DE2555012A1

DE2555012A1 - Schraubenmutter

Info

Publication number: DE2555012A1
Application number: DE19752555012
Authority: DE
Inventors: Paul Victor Pagel; Erwin Clifford Witte
Original assignee: KAYNAR Manufacturing CO
Current assignee: KAYNAR Manufacturing CO
Priority date: 1974-12-09
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1976-06-10
Also published as: GB1477279A; US3933074A; CA999457A; FR2294356B1; JPS5167870A; FR2294356A1

Description

Dr.-Jng. Holzhäuser
Dipl. - Met. -^o'ab?.ch
Dipi.-ir .;■.'.- -.3d-er

P a t e η t ■?. η ■/· ~.i! ■ 3

605 OFFEUS/?-CH AM MAIN

Herrnstraße 27 · Telefon 88 83 84 ^5# ■^UezemDer

Kaynar Mfg. Co., Inc.

800 So. State College Boulevard

Fullerton, California 92634 /USA

Schraubenmutter

Die Erfindung betrifft Schraubenmuttern, die in verschiedener Form und Gestalt grundsätzlich bekannt sind und zusammen mit Schrauben bzw. Schraubenbolzen Verwendung finden. Durch Belastung oder Ermüdung auftretende Brüche der Mutter-Schraubenverbindung erfolgen in der Regel in dem Abschnitt bzw. dem Grenzbereich zwischen den belasteten und den nicht belasteten Gewindegängen des Bolzens, wo ein relativ hoher Belaötungsgrad nahe bei dessen ersten und zweiten fassenden Gewindegängen vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, mit deren Hilfe die besagten Nachteile bei Schrauben-

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Mutterverbindungen vermieden werden können. j

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß ein gewisser Grad j an Elastizität und Biegsamkeit bzw. eine Pufferzone im
Bereich von mehreren der ersten Gewindegänge der Schrauben-; mutter geschaffen wird, während die erforderlichen Charakteristiken für die Bruchfestigkeit bleiben, so daß der Be- , lastungsgrad im Bereich zwischen den belasteten und den | nicht belasteten Teilen des Bolzens geringer wird. Diese

Elastizität bewirkt eine verhältnismäßig gleichförmige

ι Lastverteilung und führt dazu, daß die Belastung auf alle '

miteinander verbundenen Gewindegänge übertragen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher j

erläutert. Dabei zeigen: !

Fig.1: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen ,

Schraubenmutter, deren vier ersten Gewinde-

gänge durch Rillen im Bereich der Eintritts-; öffnung unterbrochen sind;

Fig.2; eine zum Teil im Schnitt wiedergegebene ί Seitenansicht der Schraubenmutter gemäß Fig.

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Fig,3: eine Ansicht ähnlich der in Fig.1 von dem ί Eintrittsende der Schaubenmutter;

Fig.4: eine Detailansicht einer Rille in größerem Maßstab entsprechend der Position 4 in Fig.3;

Fig.5: eine Ansicht ähnlich der Darstellung in Fig.3 von einem anderen Ausführungsbeispiel;

Fig.6: eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 in Fig.5;

Fig.7: eine Schnittansicht einer herkömmlichen Schrau+- benmutter mit Bolzen mit Angabe der typischen Bruchstelle am Bolzenj

Fig.8j eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Bolzen-Schraubenmutter-Verbindung mit Angabe der verbesserten Bruch-Charakteristik;

Fig.9: eine graphische Darstellung der Bruch-Charakteristik einer Schraubenmutter gemäß der Erfindung;

Fig.10: eine Ansicht ähnlich der gemäß Fig.3 von i einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig.11: eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in j Fig.10; !

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Fig.12: eine Ansicht ähnlich der in Fig.3 von einem nochmals anderen Ausführungsbeispiel;

Fig.13: eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 in Fig.12 und

Fig.14: eine Einzelheit in größerem Maßstab von der Position 14 in Fig.6.

Wie am besten aus Fig.1 hervorgeht, besteht eine Schraubenmutter 10 aus einem Grundkörper 12 mit einer Oberfläche für einen Zwölfpunktschlüssel und einem Flansch 14 an seinem einen Ende. Die Schraubenmutter 10 besitzt eine Mittelbohrung mit einem Standardgewinde 16.

Gemäß der Erfindung ist das Gewinde 16 durch mehrere, am Umfang verteilt angeordnete und sich in axialer Richtung erstreckende Auskehlungen oder Rillen 18,20,22 und 24 unterbrochen, wodurch lastverteilende Gewindegänge geschaffen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 erstrecken sich die Rillen 18 bis 24 in axialer Richtung von dem Flansch 14 über vier Gewindegänge bis nahe zur Mitte des Gewindes 16 in der Schraubenmutter 10. Die radiale

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Tiefe der Rillen 18 bis 24 ist, wie am besten aus Fig.4 hervorgeht, derart bemessen, daß das Maß "X" nicht geringer ist als nahezu 2O?6 der Gewindetiefe, um die Möglichkeit eines Ansteigens der Belastung in dem Grundkörper 12 der Schraubenmutter 10 gering zu halten. Das Maß "X" ist dabei diejenige Höhe, die im Bereich der Rille 18 über dem Boden des Gewindeganges bleibt.

Es wurde festgestellt, daß die Vorteile der Erfindung vor allem dann erreicht werden, wenn nahezu 20% des Gewindeflankenbereiches von den lastverteilenden Gewindegängen der Schraubenmutter entfernt werden. Verhältniszahlen zwischen den kritischen Abmessungen der Schraubenmutter, durch die die besten Ergebnisse erzielt werden, sind folgende:

Abmessungen Verhältnis Durchmesser des Gewindekörpers 25

Umfang des Gewindekörpers 75

Tiefe des Gewindes 1,25

Breite der Rille 5

Tiefe der Rille 1

Aufgrund der obigen Verhältniszahlen kann jede Abmessung bei Kenntnis von nur einer einzigen Abmessung berechnet werden.

Mit anderen Worten kann, da der Prozentsatz des Gewindeteiles, das von dem Eingangs- oder Lastverteilungsgewinde entfernt werden soll, nahezu 20^ beträgt, eine Formel

MAW benutzt werden, wobei im Einzelnen bedeutet: T C

N = Anzahl der Rillen

A = Tiefe der Rille

W s Breite der Rille

T = Tiefe des Gewindes

C = Umfang des Gewindekörpers

Folgendes Beispiel soll die Anwendung der obigen Formel für eine 1/2-20 Schraubenmutter zeigen, wobei vier Rillen vorgesehen werden sollen:

20% = NAW = 4 χ , 02 χ . 1 T C .025 x 1.5

Es bleibt noch festzuhalten, daß die Rillen abgerundete, sich in axialer Richtung erstreckende Ränder bzw. Kanten 26, 28, 30 und 32 am Rillenboden und im oberen Bereich aufweisen, um ein Nachschneiden an der Spitze des Gewindes

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16 gering zu halten und um einem Belastungsanstieg am ^: Boden bzw. Grund der Rillen vorzubeugen.

Gemäß den Figuren 5 und 6 besitzt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einen Grundkörper 34 mit sechs Rillen oder Ausnehmungen 36, 38, 40, 42, 44 und 46 in dem Gewinde 48, die in axialer Richtung drei unterschiedliche Längen aufweisen. Gegenüberliegende Rillenpaare 36-46 sind gleich lang, damit die Belastung an dem Grundkörper 34 in gleichmäßiger Weise angreift. Eine zunehmende Verringerung der Elastizität der Gewindegänge 48 wird dadurch erreicht, wenn die Länge der Rillen 36-46 in axialer Richtung einwärts von dem Eintrittsende 50 der Schraubenmutter 34 aus verändert wird, wodurch ein allmählicher Anstieg der Lastübertragung zwischen der Schraubenmutter 34 und dem Bolzen zur Mitte der Schraubenmutter 34 hin erfolgt.

Fig.7 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Schraubenmutter 52 und eines entsprechenden Schraubenbolzens 54_e Wird die aus Schraubenmutter 52 und Bolzen 54 bestehende Verbindung einer Zugkräfte enthaltenden Wechselbeanspruchung ι unterworfen, so führt dies zu einem Bruch des Bolzens 54

entlang der Rißlinie 56 in Fig.7. Der Bruchbereich ist durch die gestricheltenlLinien 58 und 60 angedeutet und umfaßt die Zone 61 zwischen den tragenden und den nicht tragenden Gewindegängen des Bolzens 54.

Im Vergleich dazu zeigt Fig.8 eine Schnittansicht einer aus Schraubenmutter 62 und Schraubenbolzen 64 bestehenden Verbindung, wobei die Schraubenmutter 62 erfindungsgemäße Rillen 66 und 68 aufweist. Wird die aus Schraubenmutter 62 und Bolzen 64 bestehende Verbindung einer Zugkräfte enthaltenden Wechselbeanspruchung bis zur Ermüdung des Materials unterworfen, so führt dies zu einem Bruch des Bolzens längs der Linie 70. Die Bruchzone des Bolzens ist durch die gestrichelten Linien 72 und 74 angedeutet und liegt etwa in der Mitte der Schraubenmutter 62, was zeigt, daß sich die Zone der maximalen Kraftübertragung in axialer Richtung von dem Bereich 76 zwischen den belasteten und den nicht belasteten Gewindegängen des Bolzens zu einer Zone bewegt bzw. verlagert hat, die in der Nähe der innenliegenden Endteile der Rillen 66 und 68 liegt.

In Fig.9 sind Kurven für eine erfindungsgemäße Schraubenmutter 10 und im Vergleich dazu für eine herkömmliche

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Schraubenmutter dargestellt, die zeigen, daß die erfindungsgemäße Schraubenmutter 10 eine bedeutend höhere Lebensdauer besitzt im Vergleich zur herkömmlichen Schraubenmutter. Die Kurven ergeben sich aufgrund von bis zur Ermüdung des Materials durchgeführten Zugbeanspruchungen, wobei die Belastung der Schrauben-Mutterverbindung bei einem konstanten, wiederkehrenden Amplitudenverhältnis zwischen einer hohen Zugbelastung und einer niedrigen Zugbelastung solange aufrecht erhalten wird, bis ein Ermüdungsbruch eintritt. Das Verhältnis der hohen und der niedrigen Belastung liegt gewöhnlich bei R = 0.1.

In den Fig.10 und 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Schraubenmutter 80 mit Rillen 82,84, 86 und 88 betrifft, die wie am besten aus Fig.11 hervorgeht, von ihrem einen Ende zum anderen hin spitz zulaufen. Im Bereich des Eintrittsendes in die Schraubenmutter 80 weisen die Rillen eine Breite auf, die etwa fünfmal so groß ist wie ihre Tiefe, während sie an ihrem in axialer Richtung in die Schraubenmutter 80 hinein versetzten anderen Ende in Umfangsrichtung verhältnismäßig schmale Abmessungen aufweisen bzw. fast spitz sind.

In den Fig.12 und 13 ist noch ein anderes erfindungsge-

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mäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, das eine Schraubenmutter 90 mit Rillen 92,94,96 und 98 umfaßt. Die Rillen bis 98 besitzen in Umfangsrichtung eine konstante Breite, aber ihre Tiefe nimmt von nahezu 4/5tel der Gewindetiefe am Eintrittsende in die Schraubenmutter 90 bis zu einer Tiefe null an einem axial einwärts gelegenen mittleren Punkt der Schraubenmutter ab. Wie aus der Darstellung in Fig.13 hervorgeht, ist der Neigungswinkel der Grundfläche der Rillen 92 bis 98 als von null verschieden angegeben.

Aus dem oben gesagten geht deutlich hervor, daß Gewindegänge am Eintrittsende der erfindungsgemäßen Schraubenmutter eine in axialer Richtung sorgfältig gesteuerte Elastizität besitzen. Die Gewindegänge am Eintrittsende wirken daher als Stoßabsorbierer bzw. als Pufferzone und bewirken eine allmähliche Verteilung der Belastung auf die vollen Gewindegänge der Schraubenmutter, woraus für die Gewindegänge des verbundenen Schraubenbolzens eine Verlagerung der Stelle der maximalen Kraftübertragung zwischen Schraubenmutter und Bolzen zu einer Zone nahe bei der Mitte der Schraubenmutter, bezogen auf ihre axiale Länge und weg von dem Bereich zwischen den belasteten und

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unbelasteten Gewindegängen des Bolzens erfolgt.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr können weitere Änderungen vorgenommen werden, ohne daß dadurch von dem grundsätzlichen Erfindungsgedanken abgewichen wird. Wesentlich ist, daß die Gewindegänge vom Eintrittsende der Schraubenmutter her durch praktisch axparallel verlaufende Rillen oder Ausnehmungen bzw. Auskehlungen über einen Teil ihrer Höhe unterbrochen sind. Diese Rillen können unterschiedlich geformt sein und sich zur Mitte der Schraubenmutter hin in ihrem Querschnitt verändern bzw. vorzugsweise im Querschnitt verjüngen.

Claims

Ansprüche: ^!

Schraubenmutter mit einem etwa zylindrischen Grund- , körper und einer zum Angriff für einen Schraubenschlüssel geeigneten Oberfläche sowie mit einer Gewinde-! bohrung für einen Schraubenbolzen, gekennzeichnet
durch mehrere in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete und sich in axialer Richtung von dem
Eintrittsende für den Schraubenbolzen aus erstreckende
Rillen (18, 20, 22, 24) in den Gewindegangen.
2. Schraubenmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Rillen (18,20,22,24) sich wenigstens über zwei
Gewindegänge erstrecken und in radialer Richtung in die ■ Gewindegänge bis nahezu 4/5tel der Gewinde tiefe ragen. '·
3. Schraubenmutter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn- , zeichnet, daß die Rillen tief genug und breit genug
sind, um die Gewindegänge derart zu schwächen, daß

sie in ausreichendem Maße eine Elastizität in axialer

Richtung relativ zu den ununterbrochenen Gewindegängen ;

der Schraubenmutter zulassen, wenn sie axial gerichteten Belastungen unterworfen werden, wodurch die Zone der
maximalen Kraftübertragung zwischen der Schraubenmutter

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und dem Bolzen von der Zone zwischen den belasteter, und den nicht belasteten Gewindegängen des Bolzens zu einer Zone übertragen wird, die etwa in der Mitte der axialen Länge der Schraubenmutter liegt,
4. Schraubenmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen in der Achsrichtung der Schrau~ benmutter unterschiedliche Länge besitzen, so ;?*ß die Elastizität der Gewindegänge der Schraubenmutteraxial einwärts allmählich geringer wird und die Fähigkeit zur Übertragung von Belastungen zwischer. der Schraubenmutter und dem Bolzen in axialer Richtung allmählich steigt.
5. Schraubenmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen in Umfangsrichtung konstante Abmessungen besitzen und ihre radiale Tiefe von einem maximalen Wert von nahezu 4/5tel der Gewindetiefe am Eintrittsende der Schraubenmutter zu deren Mitte hin allmählich abnimmt und dort ausläuft.
6. Schraubenmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe der Rillen beijnahe-

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zu 4/5tel der Gewindetiefe konstant ist und ihre Breite in Umfangsrichtung von einem maximalen Wert von nahezu der fünffachen Rillentiefe am Eintrittsende der Schraubenmutter bis zu einem Minimum an einer mittleren Stelle der axialen Länge der Schraubenmutter abnimmt.
7. Schraubenmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahezu 20$ des Plankenbereichs der Gewindegänge durch die Rillen entfernt ist und daß die Rillen abmessungsmäßig zu der Schraubenmutter in Übereinstimmung j mit folgender Gleichung stehen:

20%

wobei

NAW
T C

N » Anzahl der Rillen

A = Tiefe der Rillen

W = Breite der Rillen

T = Tiefe des Gewindes

C £ Umfang des Gewindes

sind.

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