DE2628154C3 - Selbstsicherndes Befestigungselement für eine Gewindeverbindung - Google Patents
Selbstsicherndes Befestigungselement für eine GewindeverbindungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein selbstsicherndes Befestigungselement für eine Gewindeverbindung, beispielsweise
eine Schraube, eine Mutter od. dgl., mit einem Körperteil, der ein mit einem Werkstück in Eingrif£
tretendes Ende und eine mittlere Achse aufweist, wobei an dem genannten Ende eine ringförmige Anordnung
von vorragenden Zähnen gebildet ist, von denen jeder eine obere Anschlagfläche besitzt, und wobei die
Anschlagflächen auf einer zur minleren Achse des Befestigungselementes symmetrischen kegelstumpfmantelförmigen
Fläche liegen.
Es sind selbstsichernde Befestigungselemente bekannt (US-PS 30 78 899, 23 80 994,18 33 462), bei denen
die Sicherungswirkung durch Zähne an der betreffenden Fläche des Befestigungselementes erhalten wird,
wobei die Zähne im wesentlichen sägezahnartigen Querschnitt besitzen und sich über die gesamte
betreffende Fläche des Belestigungselementes erstrekken, so daß nur die Zahnkanten im wesentlichen
linienförmige Berührung mit der Gegenfläche des Werkstückes haben und sich umso tiefer in diese
Gegenfläche eingraben, je stärker das Befestigungselement angezogen wird. Die Zahnkanten haben in
Lösungsrichtung des Befestigungselementes steile Zahnflanken und in Anziehrichtung sanft ansteigende
Zahnflanken. Bei diesen Befestigungselementen besteht der Nachteil, daß bei Auftreten von Schwingungen oder
Vibrationen die Zähne sich weiter in das Material des Werkstückes eingraben, wodurch die Anpreßkraft oder
Spannung des Befestigungselementes verringert wird, die durch das Anziehen des Befestigungselementes
zwischen diesem und dem Werkstück hervorgerufen wird. Hierbei kann sich eine solche Verringerung der
ϊ Spannung ergeben, daß das Befestigungselement sich von dem Werkstück abhebt, wobei dann ein selbsttätiges
Lösen der Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Werkstück möglich ist.
Es ist versucht worden, die Tiefe des Eindringens der
lu Zähne in die Gegenfläche des Werkstückes zu
begrenzen, indem eine ringförmige tragende Fläche radial innerhalb oder radial außerhalb der Zähne
vorgesehen wurde (z.B. US-PS 36 05 845). Diese ringförmigen tragenden Flächen sind gegenüber den
is Zahnkanten axial etwas zurückgesetzt mit der Absicht,
daß nach einem vorbestimmten Eindringen der Zähne in das Werkstück die tragende Fläche zur Wirkung kommt
und ein weiteres Eindringen der Zähne verhindert In der Praxis ist jedoch gefunden worden, daß die
ringförmige tragende Fläche entweder zu weit oder nicht weit genug gegenüber den Kanten der Zähne axial
zurückgesetzt ist. Werden die Unterschiede des Anzugsdrehmomentes berücksichtigt, die sich ergeben,
wenn die Befestigungselemente von Hand angezogen werden, so ergibt es sich, daß die Zähne entweder nicht
tief genug in das Werkstück eindringen, um die tragende Fläche in Eingriff mit der Gegenfläche des Werkstückes
zu bringen, oder daii die tragende Fläche zur Wirkung kommt, bevor das an sich erforderliche Anzugsdrehmoment
erreicht ist. In beiden Fällen kann das Befestigungselement sich von allein lösen.
Es ist auch ein Befestigungselement der einleitend genannten Art bekannt (GB-PS 13 94 027, Fig. 3). Bei
diesem bekannten Befestigungselement haben die Anschlagflächen, die dazu dienen sollen, das Eindringen
der Zähne in die Fläche des Werkstückes beim Anziehen des Befestigungselementes zu steuern, vergleichsweise
schlanke viereckige Gestalt, was bedeutet, daß sie in Umfangsrichtung verhältnismäßig schmal
sind. Auch bei diesen schlanken Anschlagflächen der Zähne besteht noch die Gefahr, daß bei Auftreten von
Schwingungen oder Vibrationen die Zähne sich weiter in das Material des Werkstückes eingraben, so daß die
Spannung des Befestigungselementes und damit der Widerstand gegen Lösen des Befestigungselementes
verringert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Befestigungselement so auszuführen, daß das Eindringen der Zähne in
wirksamerer Weisp gesteuert wird. Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem selbstsichernden Befestigungselement
der einleitend genannten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß die Anschlagfläche jedes
Zahnes dreieckförmige Gestalt hat, deren Spitze in größerem Ausmaß als ihre Basis von dem genannten
Ende des Körpers vorragt
Werden die Anschlagflächen der Zähne in der beschriebenen Weise dreieckförmig gestaltet, so ergibt
sich bei zunehmendem Anziehen des Befestigungselementes ein sich schnell erhöhender Widerstand gegen
das Eindringen der Zähne, weil die Größe der Anschlagflächen von ihrer Spitze aus in Richtung gegen
die Basis sehr schnell zunimmt. Somit ist es durch Auswahl der besonderen dreieckförmigen Gestalt der
Anschlagflächen der Zähne möglich, die Eindringtiefe der Zähne für verschiedene Materialien und für
verschiedene Gebrauchsbedingungen wirksam zu steuern.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in weiteren
Ansprüchen unter Schutz gestellt
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und -, zwar einer mit einem vorspringenden Rand versehenen
Mutter.
Fig.2 ist eine vergrößerte Ansicht der Mutter von
unten, in Richtung der Pfeile 2-2 gesehen.
Fig.2A ist eine Teilansicht der Fig.2, riie einen in
einzelnen Zahn zeigt.
F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Gegenstandes
der F i g. 2.
F i g. 4,5 und 6 sind Querschnitte nach den Linien 4-4,
5-5 bzw. 6-6 der F ig. 2. ii
F i g. 7 ist eine Teilansicht, ähnlich der F i g. 2, zweier abgeänderter Ausführungsformen der Erfindung.
Obwohl die Erfindung in Anwendung auf eine Schraubenmutter dargestellt ist, versteht sich, daß sie
auch auf andere Arten einer Gewindeverbindung angewendet werden kann, beispielsweise auf Bolzen,
Unterlegscheiben, Schrauben od. dgl. Es versteht sich, daß die mit Zähnen versehenen Oberflächen der
Befestigungselemente härter sind als die mit ihnen zusammenwirkenden Flächen der (in der Zeichnung
nicht dargestellten) Werkstücke, mit denen sie in Druckberührung kommen.
Die mit einem vorspringenden Rand versehene Mutter 20 hat ein Körperteil 22 mit einer axialen
Bohrung 24, die ein Gewinde 23 aufweist Die in Mittelachse X-X (F i g. 4) erstreckt sich zwischen den
Endflächen 25 und 26. Ebene Seitenflächen 27 dienen zum Ansetzen eines Werkzeuges zum Anziehen oder
Lösen der Mutter, beispielsweise eines Schraubenschlüssels. An der Endfläche 25 befindet sich ein s=>
vorspringender Rand 28, der die Auflagefläche der Mutter vergrößert Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Rand 28 kreisförmig ausgebildet
Wie es bei der Massenherstellung von Muttern dieser Art üblich ist, befindet sich zwischen dem Gewinde 23
und der ringförmigen Fläche 19 (F i g. 2) eine Abschrägung 29.
Die Endfläche 25 trägt außerhalb der ringförmigen Fläche 19 Zähne 31 (Fig.2A) in ringförmiger
Anordnung, wie weiter unten näher beschrieben.
Die Zähne springen in Achsrichtung vor, d. h. in Richtung der Mittelachse X-X. Sie bilden einen Ring,
der durch den inneren Kreis 36 und den äußeren Kreis 38 begrenzt wird. Jeder der Zähne hat eine Anschlagfläche
30. Die Flächen 30 sind Teile einer kegelstumpfförmigen Fläche 33 (F i g. 4), die um den Winkel »a« gegen
die Ebene A-A geneigt ist, welches normal zur Mittelachse X-X steht. Die besten Ergebnisse wurden
mit einem Winkel »a« von 3° bis 15° erzielt
Jeder der Zähne 31 hat eine steile Zahnflanke 46 auf
der einen Seite und eine sanfte Flanke 48 auf der anderen Seite. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
hat jede Anschlagfläche 30 die Form eines Dreiecks, wie aus Fig.2 und 2A zu ersehen. Das
Dreieck hat eine Basis 34 (F i g. 2A) entlang des äußeren Kreises 38, eine Seitenkante 42 entlang der Schnittlinie
zwischen der Anschlagfläche 30 und der steilen Zahnflanke 46, sowie eine Seitenkante 43 entlang der
Schnittlinie zwischen der Anschlagfläche 30 und der sanft ansteigenden Zahnflanke 48. Die Seitenkanten 42
und 43 treffen sich in der Spitze 40 an dem inneren Kreis 36.
Die Seitenkanten 42 und 43 der einzelnen dreieckförmigen
Anschlagflächen 30 verlaufen nicht radial zur Mittelachse X-X, Die Seitenkante 42 (und damit die
steile Zahnflanke 46) ist eine Tangente an einen Kreis 50 (F i g. 2), aer konzentrisch zur Mittelachse X-X verläuft
Die Seitenkante 43 verbindet die Spitze 40 mit der Zahnwurzel 47 am unteren Ende der steilen Zahnflanke
46. Wie aus F i g. 3 und 4 zu ersehen, nimmt die Höhe der steilen Zahnflanke 46 (in Richtung parallel zur Achse
X-X) vom äußeren Kreis 38 zum inneren Kreis 36 zu, bis sie in der Spitze 40 endet.
Die steile Zahnflanke 46 längs der Seitenkante 42 weist in die Löserichtung der Mutter. Die steile
Zahnflanke 46 (und die Seitenkante 42) liegt auf einer Tangente an den Kreis 50 (F i g. 2). Stattdessen kann sie
auch ein Stück einer Kreislinie 46a sein, die mit einem Radius 54 um einen Punkt 60 auf einer Kreislinie 58
geschlagen wird.
Die sanft ansteigende Zahnflanke 48 entlang der Seitenkante 43 weist in Anzugsrichtung der Mutter.
Eine innere Begrenzungsfläche 52 (Fig.3 und 5) des Zahnes 31 folgt dem inneren Kreis "ίβ und trifft auf die
sanft ansteigende Zahnflanke 48. Die Spitze 40 ist gegenüber dem äußeren Kreis 38 in Loserichtung der
Mutter versetzt Dies bewirkt daß Späne, die durch die steilen Zahnflanken 46 abgerissen werden, bein; Lösen
der Mutter nach außen befördert werden. Eine andere Möglichkeit wäre, die Zähne in der anderen Richtung
schrägzustellen, so daß die Späne nach innen in die ringförmige Fläche 19 befördert werden.
Die Zähne 31 sind in einem ringförmigen Muster angeordnet, getrennt durch eine ringförmige Anordnung
von Vertiefungen, die mit den sanft ansteigenden Zahnflanken 48 zusammenfallen. Ferner ist ersichtlich,
daß die Spitzen 40 und alle anderen entsprechenden Teile der Anschlagfiächen 30 außerhalb der Spitzen 40
gleichmäßig um die Mittelachse X-X verteilt sind, um gleichzeitig mit der Gegenfläche des Werkstückes in
Eingriff zu kommen, wenn die Mutter angezogen wird.
Wie aus F i g. 2, 3, 5 und 6 zu ersehen, «teilt jede der stellen Zahnflanken 46 im Endeffekt die schneidende
oder sichernde Kante des Zahnes 31 dar, die entlang der Seitenkante 42 verläuft. Die Zahnwurzel verläuft
entlang der Ecke 47. Wie aus F i g. 4 zu ersehen, ist die Zahnwurzel 47 nach innen zu mehr und mehr vertieft,
und zwar nach einem Winkel »b« (Fig.4) gegenüber
der Ebene A -A.
Im Betrieb wird die Mutter durch Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn angezogen (siehe Pfeil der F i g. 2),
und durch Drehung im Uhrzeigersinn gelöst Da die Anschlagfiächen 30 auf einer gedachten kegelstumpfförmigen
Fläche liegen, bei der der innere Teil am Kreis 36 in Achsrichtung über den äußeren Kreis 38
herausragt, gelangen die Spitzen 40 der Zähne als erste mit dem Werkstück in Eingriff, wenn die Mutter
angezogen wird. Wenn die Mutter weiter angezogen wird, schreitet die Berührung der Anschiagflächen mit
dem Werkstück weiter nach außen in Richtung auf den äußeren Kreis 38 fort. Die Vertiefungen neben den
steilen Zahnflanken 46 ermöglichen ein Kaltfiießen d?3 verhältnismäßig weichen Werkstückmaterials in die
Vertiefungen, wenn der Anpreßdruck die Zähne 31 in die Gegenfläche des Werkstückes eindrückt. Wenn das
Anziehen beendet ist, ragt eine kleine Erhöhung des Werkstückmaterials in jede der Vertiefungen hinter den
Zahnflanken 46 hinein, um die Mutter zu sichern.
Einer der wesentlichen Vorteile des Erfindungsgegenstandes ist, daß die Anschlagflächen 30 der einzelnen
Zähne 31 in Druckberührung mit der Gegenfläche des
Werkstückes kommen, um eine unzulässige Konzentration
der Spannung und ein Einschneiden längs der Zahnkanten 42 zu vermeiden. Ferner wächst der in
Berührung kommende Anteil der Flächen 30 in dem Maße, in welchem de; Anpreßdruck steigt, da die
Druckberührung von den Spitzen 40 am inneren Kreis 36 nach außen, zum äußeren Kreis 38 fortschrei'et.
Dadurch wird die Druckkonzentration in der Werkstückfläche automatisch begrenzt, obwohl das Drehmoment
steigt, wenn die Mutter angezogen wird oder die ι Spannung des Bolzens unter Belastung steigt, da die
Berührungsfläche der Anschlagflächen 30 sich von der verhältnismäßig schmalen Spitze 40 aus nach außen zu
der verhältnismäßig breiten Basis 34 vergrößert.
Ein weitere wichtiger Vorteil des Erfindungsgegen- ι
Standes liegt darin, daß der Grad des Eindringens der Zähne 31 der Mutter leicht geändert werden kann,
indem die Größe der Anschlagflächen 30 im Verhältnis zur Größe der Ringfläche zwischen den Kreisen 38 und
36 geändert wird. In F i g. 7 ist beispielsweise eine
Seitenkante 43a gezeigt, die der Seitenkante 43 entspricht bis auf die Tatsache, daß die Anschlagflächen
30a kleiner sind als die Anschlagflächen 30. Bei der Ausiührungsform nach F i g. 7 werden daher bei jedem
gegebenen Drehmoment die Zähne tiefer in das Werkstück eindringen. Bei einer weiteren Abänderung
können die Anschlagflächen der Zähne noch weiter
. verkleinert werden, indem die Seitenkanten 43a noch weiter nach rechts verschoben werden, beispielsweise
bis zu den strichpunktierten Linien 436 der F i g. 7.
Da die Anschlagflächen 30 bzw. 30a und die zwischen ihnen liegenden Vertiefungen die ganze Ringfläche
ι· zwischen den Kreisen 38 und 36 einnehmen, folgt
notwendigerweise, daß eine Vergrößerung der von den Vertiefungen eingenommenen Fläche die Gesamtgröße
der Anschlagflächen 30 (oder 3OaJ verkleinert und
umgekehrt. Durch Verkleinerung der Gesamtgröße der
. Anschlagflächen 30 (bzw. 3OaJ wird die Konzentration
des Druckes auf die entsprechende Fläche des Werkstückes erhöht und damit das Eindringen der
Zahnkanten und der Zahnspitzen entlang der Seitenkanten 42 vergrößert, wodurch das Verhältnis Lösemo-
ii ment zu Anzugsmoment vergrößert wird. Wenn man
umgekehrt die Gesamtgröße der Anschlagflächen erhöht, indem man die Gesamtfläche der Vertiefungen
verringert, wird das genannte Verhältnis verkleinert.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Selbstsicherndes Befestigungselement für eine Gewindeverbindung, beispielsweise eine Schraube,
eine Mutter od. dgl, mit einem Körperteil, der ein mit einem Werkstück in Eingriff tretendes Ende und
eine mittlere Achse aufweist, wobei an dem genannten Ende eine ringförmige Anordnung von
vorragenden Zähnen gebildet ist, von denen jeder eine obere Anschlagfläche besitzt« und wobei die
Anschlagflächen auf einer zur mittleren Achse des Befestigungselementes symmetrischen kegelstumpfmantelförmigen
Fläche liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (30)
jedes Zahnes (31) dreieckförmige Gestalt hat, deren Spitze (40) in größerem Ausmaß als ihre Basis (34)
von dem genannten Ende des Körpers vorragt
2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (40) der dreieckförmigen
Anschlagflächen (30) näher an der mittleren Achse (X-Xi des Körperteiles des Befestigungselementes
liegen als die Basen (34).
3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die in
Löserichtung gerichtete Seitenkante (42) jeder dreieckförmigen Anschlagfläche (30) in einem
Winkel zu einer zur Mittelachse (X-X) des Körperteiles des Befestigungselementes radial verlaufenden
Linie liegen.
4. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der
Vertiefung (Zahnwurzel 47) zwischen benachbarten Zähnen (31) in Richtung von de- Basis (34) zur Spitze
(40) der dreieckförmigen Anschlagfläche (30) zunehmend größer wird.
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