DE2401300A1 - Gewindebolzen und mutter mit einer sicherungseinrichtung - Google Patents

Description

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. β MÖNCHEN 25 · LiPOWSKYSTR. IO

HI-SHEAR CORPORATION an-hI-19

BB 11. Januar 197²I-

Gewindebolzen und Mutter mit einer Sicherungseinrichtung

Die Erfindung betrifft einen Gewindebolzen und eine Mutter, die eine Sicherungseinrichtung haben, damit sie sich nicht voneinander lösen können, wenn sie mit einem vorbestimmten Drehmoment angezogen worden sind.

Es gibt viele Befestigungselemente, die mit einem Gewinde versehen sind, wie z.B. ein Bolzen mit einem Aussengewinde und eine Mutter mit einem Innengewinde, die Sperrvorrichtung·^ haben, damit sich die Mutter nicht unerwünscht von dem Gewindebolzen lösen kann. Solche Gewindebolzen und Muttern sind weit verbreitet und werden vielfach eingesetzt. Es gibt jedoch besondere Anwendungsbereiche, wie z.B. Strahltriebwerke, bei denen unbedingt sichergestellt sein muss, dass selbst wenn sich eine Mutter löst, diese nicht von einem Gewindebolzen abfallen kann. Eine entsprechende Einrichtung würde verhindern, dass die losen Teile in ein Strahltriebwerk gelangen, wo sie verheerende Wirkungen verursachen wurden. Bei den bekannten Gewindebolzen und Muttern mit Sicherungseinrichtungen ist ein Abfallen des einen oder anderen Teiles nicht gewährleistet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Befestigungseinrich*- tung aus Gewindebolzen und Mutter vorzuschlagen, die mit einem vorgegebenem Drehmoment angezogen werden kann, und wobei durch das Anziehen mit diesem Drehmoment aus dem Material der Mutter eine mechanische Sperre entsteht, so dass die Mutter nicht von dem Gewindebolzen abfallen kann.

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Ein Lösungsmittel der Aufgabe wird im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dargestellte

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Pig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Teiles der Ausführungsform. Pig. 2 zeigt eine Aufsicht entlang der Linie 2-2 der Pig. 1. Pig. 3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie 3-3 der Pig.1.

Pig. 4 zeigt einen Längsschnitt eines anderen Teiles der Ausf uhr ungs f ο rm.

Pig. 5 zeigt eine Seitenansicht in einem Teilquerschnitt eines weiteren Teiles der Ausführungsform.

Pig. 6 stellt im wesentlichen einen Längsschnitt dar und zeigt die verschiedenen Teile der Ausführungsform im Zusammenspiel mit einem Vierkstück.

Die Pig. 1 zeigt eine Mutter 1o, die eine Achse 11 und eine mittlere axiale Durchführung 12 hat. Die Mutter hat einen Abschnitt 13, dessen Durchführung auf ihrer Innenwand 15 mit einem Innengewinde 14 versehen ist. Das Gewinde 14 ist auf diesen Abschnitt beschränkt und erstreckt sich vorzugsweise nur über einen Teil seiner Länge. Aussen kann dieser Abschnitt Flächen 16 tragen, damit man ein Schraubwerkzeug ansetzen kann. Diese Flächen können in der Porm eines Sechseckes angeordnet sein. Die Mutter hat eine obere Fläche 17 und eine untere Fläche 18.

Ein Abschnitt 2o zum Anziehen ist einstückig mit der Mutter anschliessend an ihre obere Fläche 17 angeordnet. Die Durchführung ist in diesem Abschnitt innen glatt und hat an ihrer äusseren Oberfläche Flächen 21 zum Ansetzen eines Schraubwerkzeuges, um die Mutter anzuziehen. Die Flächen 21 können in der Form eines Sechseckes angeordnet sein.

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Durch eine Aussennute 23 wird ein Abschnitt 22 zum Abscheren gebildet· Gegenüber einer Torsionsbeanspruchung hat dieser Abschnitt zwischen den Mutterenden den geringsten Widerstand. Der Abschnitt 2o zum Anziehen ist mit dem Abschnitt 13 durch den Abscher ungs ab schnitt 22 verbunden.

Ein Sicherungsabschnitt 25 ist am unteren Ende 18 der Mutter ausgebildet. Er besteht aus einem verformbaren, rohrförmigen Teil 26. mit einer Abrundung 27 an seinem freien Ende. An diesem Abschnitt hat die Durchführung 12 eine glatte Wand, ebenso wie in dem gegenüberliegendem Abschnitt der Durchführung innerhalb des Abschnittes 13. Der Sicherungsabschnitt 25 hat senkrecht zur mittleren Achse einen ringförmigen Querschnitt. Seine Wanddicke ist geringer als die des mit einem Gewinde-versehenen Abschnittes der Mutter.

Eine Biegeplatte 3o hat die Form einer ringförmigen Scheibe und ist in Pig. 4 dargestellt. Sie hat zwei Seiten 31 und 32. Eine Oeffnung 33 geht von der einen Seite bis zur anderen Seite. Die 'Geffnung ist mit einer glatten Wand 33a ausgebildet. Mit "glatt" wird eine Wand bezeichnet, die nicht zum Befestigen ausgebildet ist, wie beispielsweise eine Wand ohne Gewinde. Infolgedessen bleibt dieser Sicherungsabschnitt von der Mutter und dem Gewindebolzen frei und ist mit ihnen auch nicht verbunden. Die Abmessungen des Sicherungsabschnittes sind so gewählt, dass er sich frei relativ zum Gewindebolzen und zur Mutter drehen kann, solange er nicht von ihnen zusammengedrückt wird. Eine Abbiegeoberfläche 34 ist eine Rotationsoberfläche um die Mittelachse 35 der Abbiegeplatte 3o, die auch die Mittelachse der Mutter und des Schraubbolzen ist, wenn beide miteinander verbunden sind. Die Erzeugungslinie, die in der Querschnittsdarstellung zu erkennen ist, wird um die Mittelachse rotiert um die Oberfläche zu erhalten. Die Erzeugungslinie erstreckt sich seitlich nach innen, sobald sie sich von der Seite 32 entfernt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen einen Gewindebolzen 4o, der einen Kopf 41 und einen Schaft 42 hat. Der Schaft hat ein Aussengewinde 43, an das sich eine Umfangsnute 44 anschliesst. Diese Nute hat längs der Mittelachse 45 des Gewindebolzen eine beträchtliche

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Weite. Die Nute wird in ihrem oberem Teil (Fig.5) von einer stetigen umfangsmässigen Schulter 53 begrenzt, die die Form einer Rotationsoberfläche hat, mit der Mittelachse 45 als Rotationsachse.

Der Gewindebolzen und die Mutter werden zweckmässigerweise zusammen mit einem Werkstück verwendet, wobei der Schaft in der einen oder anderen Weise mit dem Werkstück in Eingriff kommt. Die wohl gängigste Form des Zusammenbaus ist in Fig. 6 dargestellt, ilin Werkstück 46 setzt sich aus zwei Platten 47 und 48 zusammen, wobei die durch sie hindurchgehenden Bohrungen 49 und 5o miteinander fluchten. Der Zopf des Gewindebolzen passt in einen entsprechenden Sitz 51, der sich in der Platte 48 befindet. Das Gewinde des Bolzen und wenigstens ein Teil der Nute stehen auf dem Werkstück hervor.

Wenn eine Begrenzung des Drehmomentes nicht von vorneherein durch die Mutter selbst bewirkt wird, kann auf den Abschnitt 2o zum Anziehen verzichtet werden. Dann werden nur die Flächen 16 zum Ansetzen eines Schraubwerkzeuges verwendet, um die Mutter anzuziehen. Wenn andererseits der Abschnitt zum Anziehen verwendet wird, um von vornherein das Drehmoment zu begrenzen, können die Flächen 16-vorgesehen werden, um verwendet au werden, wenn der Abschnitt zum Anziehen abgedreht worden ist. Die Flächen 21 werden dazu verwendet, um die Mutter anzuziehen.

Um eine erfindungsgemässe Verbindung herzustellen, wird der Gewindebolzen in die entsprechenden Oeffnungen im Werkstück eingesetzt, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. Daraufhin wird die Abbiegeplatte über das freie Enüe des Gewindebolzens geführt, und die Mutter wird auf das Gewinde aufgeschraubt. Sie wird angezogen und bewegt sich entlang der Mittelachse, das freie Ende des Sicherungsabschnittes kommt mit der Abbiegeoberfläche in Berührung und diese biegt es als eine durchgehende Lippe 52 (Fig.6) nach innen. Diese Lippe umfasst eine durchgehende nicht mit einem Gewinde versehene Schulter 53 der Nute. Die Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Anordnung, bei der die Lippe und die Schulter in direkten Eingriff kommen, nachdem der Abschnitt 2o zum Anziehen gerade abgedreht worden ist. Normalerweise jedoch werden gewisse

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-Toleranzen- vorhanden sein, so dass die Weite der Wüte so vorgesehen sein wird, dass die Lippe im wesentlichen an jeder beliebigen Stelle entlang der Nute nach innen gebogen werden kann. Dadurch wird zwar gestattet, dass sich die Mutter in einem bestimmten Masse von dem Gewindebolzen lösen kann, jedoch ist es nicht möglich, dass sie vom Gewindebolzen abfällt. Zumindest hält sie solange, als die wirkenden Kräfte nicht ausreichen, das Haltevermögen der Lippe dadurch zu überwinden, dass sie sie gerade biegen. Es ist unwahrscheinlich, dass solche Kräfte nur durch Vibration entstehen können. Sowohl das Zusammenschrauben als auch das Entfernen der Mutter verlangen fortwährendes Verschieben von Material. Dadurch entsteht eine Selbstsicherung dieser Verbindung. Zusammenfassend wird darauf hingewiesen, das die Abbiegeplatte nicht einen Teil der Selbstsicherung dieser Verbindung darstellt. Sie dient lediglich dazu, den Sicherungsabschnitt so zu verformen, dass die Lippe in die Nute gebogen wird. Die Verbiegeplatte ist weder mit der Mutter, noch mit dem Gewindebolzen verbunden, und sie bleibt nur an Ort und Stelle, weil sie zwischen der Mutter und dem Werkstück eingeklemmt ist. Abgesehen von der Spannung, die auf sie ausgeübt wird, wenn sie zwischen der Mutter und dem Werkstück eingeklemmt ist, kann sie sich frei, relativ zu dem Gewindebolzen und zur Mutter drehen.

Die Abmessung des Sicherungsabschnittes werden so auf die Festigkeit des Materials abgestimmt, dass das Abbiegen des Sicherungsabschnittes bis zur Anwendung des maximalen Drehmomentes, das durch den Abscherungsabschnitt 23 festgelegt ist, abgeschlossen ist, damit die Verbindung zum Zeitpunkt der Anwendung dea entsprechenden Drehmomentes voll und sicher hergestellt ist.

Der Gewindebolzen, die Mutter und die Biegeplatte können aus jedem passendem Material vorzugsweise aus metallischem hergestellt sein. Aluminium, Stahl und Titaniumlegier-ungen stellen Beispiele guter Werkstoffe dar.

Das Sieherungssystem der erfindungsgemässen Verbindungselemente ist besonders geeignet zur Verwendung bei Elementen mit eigener

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Drehmomentsbegrenzung, da das Teil, das zur Sicherung dient, aus dem gleichen Material hergestellt sein kann, wie das, das die Drehmomentsbegrenzung aufweist. Ihre relativen Festigkeiten können ohne weiteres bestimmt und hergestellt werden.

Natürlich kann die eigenschaft der vorliegenden Erfindung auch bei normalen Gewindebolzen und Muttern, bei denen eine Begrenzung des Drehmomentes nicht besonders wichtig ist, oder bei denen die Begrenzung des Drehmomentes von aussen durchgeführt wird, wie beispielsweise durch die Verwendung eines Drehmoment-Schraubenschlüssels, verwendet werden.

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Claims (1)

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   Patentanspruch

   Gewindebolzen und Mutter mit einer Sicherungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindebolzen (4o) eine Mittelachse (45), einen sich axial erstreckenden Schaft (42), ein Gewinde (43), eine Umfangsnute (44) anschliessend an das Gewinde, und eine umfangsmässige Schulter (53) hat, die die Form einer Rot'ationsoberflache mit der Mittelachse (45) als Rotationsachse anschliessend an das Gewinde und in Begrenzung einer Seite der Nute (44) hat , und dass eine Abbiegeplatte (3o) mit einer Ersten (31) und ihr gegenüberliegenden zweiten Seite (32) mit einer inneren glatten Wand (33a), die eine Oeffnung (33) mit einer durch sie von Seite zu Seite hindurchgehenden Achse bildet, vorhanden ist, wobei die erste Seite (31 ) an ein Werkstück (47), mit dem der Gewindebolzen in Eingriff kommt, liegt, und wobei die Abbiegeplatte (3o) eine Abbiegeoberfläche (34) hat, die sich von der zweiten Seite (32), zur Oeffnung (33) hin erstreckt und eine Rotationsoberfläche um die Achse der Abbiegeplatte darstellt, deren Erzeugende sich zu dieser Achse erstreckt, wenn sie sich von der zweiten Seite (32) ; entfernt, und dass eine Mutter (1o) vorhanden ist mit einer Mittel*-, achse (11), einer ersten und zweiten Seite (17, 18), einer äusseren Wand, die eine sich zwischen beiden Seiten erstreckende Oeffnung begrenzt, ein Innengewinde, das sich in der äusseren Wand befindet, Einrichtungen zum Angreifen eines Werkzeuges zum Anziehen der Mutter auf dem Gewindebolzen, einen Abschnitt (2o) an der ersten Seite (17) der Mutter (1o), an dem die Anzieh- Einrichtung ausgebildet ist, einen Scherungsabschnitt (22), wobei dieser Scherungsabschnitt den geringsten Widerstand zwischen den Seiten (17, 18) der Mutter (1o) gegenüber Abscherkräften hat, die durch ein Drehmoment ausgeübt werden, wobei der Scherungsabschnitt (25)d£n Abschnitt (2o) mit dem restlichen Teil der Mutter (io) verbindet, . und dass der Abschnitt (2o) von dem restlichen Teil der Mutter (1o) bei Anwendung eines vorbestimmten Drehmomentes abgedreht wird, und dass sich ein verformbarer, umfangsmässiger, rohrartiger Siehe- ; ■rungsabschnitt (25) axial an der zweiten Seite (18) der Mutter (1o) erstreckt, wobei die Wanddicke des Sicherungsabschnittes (25) geringer ist als in dem Abschnitt der Mutter (io), der mit einem Ge-

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   winde versehen ist, wobei die seitlichen Abmessungen so gewählt sind, dass der Sicherungsabschnitt (25) über das Gewinde des Gewindebolzens geführt werden und mit der Abbiegeoberfläche (34) in Eingriff kommen kann, durch den der Sicherungsabschnitt (25) abgebogen und fortwährend durch Verschieben von Material in die Nute (44) verformt wird, so dass die Schulter (53) übergriffen wird, wenn die Mutter (1o) auf dem Gewindebolzen (4o) festgezogen ist, wodurch dem Lösen der Mutter (1ο) von dem Gewindebolzen (4o) ein Widerstand entgegengesetzt wird, wobei der Sicherungsabschnitt (25) so dimensioniert worden ist, dass er bereits in die Mute (44) gebogen worden ist, bevor eine Abscherung am Scherungsabschnitt (22) eingetreten ist, und dass eine fortwährende Verschiebung von Material des Sicherungsabschnittes (25) notwendig ist, um die Mutter (1o) von dem Gewindebolzen (4o) zu entfernen, und dass die Abbiegeplatte (3o) auf Grund ihrer glatten Wand (33a) .weder mit dan Gewindebolzen (4o) noch mit der Mutter (io) in fester Verbindung steht.