DE2645519A1

DE2645519A1 - Selbsthemmendes gewinde

Info

Publication number: DE2645519A1
Application number: DE19762645519
Authority: DE
Inventors: Horace Deal Holmes
Original assignee: HOLMES HORACE DEAL
Current assignee: Microdot Inc
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2327438B1; JPS5252061A; SE426978B; JPS553566B2; CA1051329A; GB1528696A; FR2327438A1; IT1072601B; SE7611060L; DE2645519C2

Description

PATENTANWÄLTE

KLAUS D. KIRSCHNER DR, WOLFGANG DOST

DIPL.-PHYSIKER «* DIPL.-CHEMIKER

D-8OOO MÜNCHEN 2

BAVARIARINQ 38

Uneer Zeichen: _n Q-Ji Our reference: H 831

Datum: 8. Oktober 197 6

Horace Deal Holmes

Parmington Hills, Michigan, V.St.A.

Selbsthemmendes Gewinde

Die Erfindung betrifft ein selbsthemmendes Gewinde.

Es gibt bereits selbsthemmende Gewinde, bei denen ein Verbindungsoder Haftungsdruck zwischen den Gewinden der miteinander verschraubten Elemente erzeugt wird, um eine positive Verriegelung zu erzeugen (US-PS 1 657 244; 1 697 118; 1 798 604; 1 817 295 und 1 828 856 und FR-PS 40 199). Diese bekannten, selbsthemmenden Gewinde funktionieren zwar theoretisch befriedigend, sind jedoch nach praktischen und kommerziellen Gesichtspunkten unbrauchbar auf· grund der Toleranzeinschränkungen, unter denen moderne Maschinen zur Herstellung von Gewinden arbeiten müssen.

Ein verbessertes Gewinde ist in dem Hauptanspruch gekennzeichnet, während vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gewindes in den Unteransprüchen charakterisiert sind.

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Das erfindungsgemäße, selbsthemmende Gewinde kann im Gegensatz zu den an sich bekannten, selbsthemmenden Gewinden leicht mit bereits vorhandenen Maschinen und unter Berücksichtigung der üblichen Toleranzbereiche hergestellt werden. Noch wichtiger ist jedoch, daß die erfindungsgemäßen Gewindeformen nicht aufgrund einer Verbindungs- oder Haftungskraft miteinander verriegelt werden, wie es bei den Gewindeformen der oben genannten Patentschriften der Fall ist, vielmehr wird die Gewindesicherung dadurch erreicht, daß eine Relativbewegung zwischen den zusammengefügten Teilen verhindert wird. Dadurch ergibt sich eine Selbsthemmung oder Sicherung zwischen den mit dem Gewinde versehenen Elementen, die mindestens genauso gut wenn nicht besser als die Selbsthemmung der bekannten Gewinde ist.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gewindes werden im Zusammenhang mit einer Mutter und einem Bolzen beschrieben, die dadazu verwendet werden, zwei Bauteile aneinander zu befestigen und miteinander zu verklemmen oder zu verspannen. Die erfindungsgemäße Gewindeform kann sowohl bei Normalgewinden als auch bei Trapezgewinden eingesetzt werden, und es wird ein flacher Bereich oder eine Rampe an dem Gewindefuß von entweder dem Bolzengewinden oder dem Mutterngewinde verwendet. Wenn die erfindungsgemäße Gewindeform an beiden, mit Trapezgewinden versehenen Elementen eingesetzt wird, hat die Rampe an dem Gewindefuß des Bolzens einen Winkel von etwa 30° gegenüber der Bolzenachse, während die Rampe an dem Gewindefuß der Mutter unter einem Winkel von etwa 22,5° zu der Mutternachse liegt. Der Zweck der Winkellage der Rampen an den Gewindefüßen besteht darin, daß die Gewinde mit normalen Herstellungstoleranzen im kommerziellen Maßstab hergestellt werden können, und daß sie dennoch mit dem Außen- bzw. Innendurchmesser der darin eingreifenden Gewinde in Kontakt kommen, so daß eine seitliche Bewegung zwischen den mit den Gewinden versehenen Teilen und damit eine Lockerung unter Schwingungen oder anderen schwierigen Betriebsbedingungen verhindert wird. Wenn die Rampe bei einem der beiden zusammengehörigen, mit Normalgewinden versehenen Elemente eingesetzt wird, kann der Winkel der Rampe innerhalb gewisser Grenzen variiert werden, die von der Toleranzklasse, der Größe der mit den Gewinden

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versehenen Elemente und den annehmbaren Toleranzbereichen abhängen, um eine optimale Sicherung mit im Handel erhältlichen Maschinen und herkömmlicher Technologie zu erreichen. Es ist zu beachten, daß die genannten Winkel für die Trapezgewinde als Beispiele angegeben sind und besonders dann zutreffen, wenn die Mutter (das mit Innengewinde versehene Element) _aus einem verhältnismäßig weicheren Material als der Bolzen (das mit dem Außengewinde versehene Element) besteht, und daß die Winkel gleich groß, größer oder kleiner auf der Mutter oder dem Bolzen je nach der relativen Härte der Materialien, aus denen diese Elemente hergestellt sind, sein können.

Das erfindungsgemäße Gewinde ist freilaufend, wenn es unbelastet oder leicht belastet ist. Wenn die Belastung jedoch eine vorgegebene Größe erreicht, kommen die Außen- bzw. Innendurchmesser oder der Außen- bzw. Innendurchmesser in Kontakt mit den Rampen oder der Rampe des komplementären, mit einem Gewinde versehenen Elementes. Unter diesen Verspannungsbedingungen wird der Grat oder Innendurchmesser des weicheren Gewindes (in der Mutter) je nach der relativen Größe der zusammengefügten Bauteile verformt. Je mehr die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile zwischen dem Bolzen und der Mutter eingespannt werden, desto größer ist die Verformung der Gewinde und damit das Maß des Kontaktes zwischen den mit den Gewinden versehenen Elementen. Bei vollständigem Pestziehen der Mutter auf dem Bolzen ergibt sich eine volle Anlage der Gewindeflächen. Dieser Zustand wird beispielsweise bei einem Bolzen mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll mit einem Trapezgewinde erreicht, wenn ein Drehmoment von etwa 12,44 mkg aufgebracht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

P i g. 1 eine Draufsicht auf einen Bolzen, mit dem zwei Bauteile mit Hilfe eines Gewindes miteinander verbunden oder eingeklemmt werden, welches erfindungsgemäß ausgebildet ist;

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F i g. 2 eine vergrößerte, zum Teil weggebrochene Darstellung eines Gewindebolzens gemäß P i g; 1;

P i g. 3 einen vergrößerten, zum Teil weggebrochenen Schnitt durch die Gewinde auf der Mutter und dem Bolzen, wenn sie sich in dem freilaufenden Zustand befinden;

P i g. 4 eine Darstellung der in F i g. 3 gezeigten Anordnung, nachdem der Bolzen die beiden Bauteile, die in F i g. 1 gezeigt sind, mit einer minimalen Haltekraft eingeklemmt hat;

F i g. 5 eine Darstellung der Anordnung aus Fig. 4, nachdem ein erheblicher Druck auf die Mutter ausgeübt worden ist, um zu bewirken, daß das Gewinde der Mutter nach rechts fortschreitet, bis die Gewinde miteinander in Anlage kommen;

P i g. 6 eine Darstellung der Anordnung ähnlich Fig. 3, wobei nur an dem Gewindefuß des Bolzens eine schräg geneigte Fläche oder Rampe vorgesehen ist;

F i g. 7 eine Darstellung einer Anordnung ähnlich zu F i g. 6, wobei nur eine dem Gewindefuß der Mutter eine flache Fläche oder Rampe vorgesehen ist;

F i g. 8 eine graphische Darstellung, die die erhebliche Selbsthemmung oder Haltekraft verdeutlicht, die durch das erfindungsgemäße Gewinde erzielt wird;

P i g. 9 einen vergrößerten, zum Teil weggebrochenen Schnitt durch eine andere Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Gewindes, wobei die Teile im freilaufenden Zustand dargestellt sind;

Fig. 10 einen vergrößerten, zum Teil weggebrochenen Schnitt durch das Gewinde von Fig. 9» nachdem eine teilweise Belastung aufgebracht worden ist;

Fig. 11 einen vergrößerten, zum Teil weggebrochenen Schnitt durch die Gewindeform aus den F i g. 9 und 10, nachdem die Teile vollständig belastet worden sind;

Fig. 12 einen vergrößerten, zum Teil weggebrochenen Schnitt ähnlich F i g. 9 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 13 eine graphische Darstellung, die ähnlich wie F i g. 8 den "Vergleich der Selbsthemmungseigenschaften der in den F i g. 9 bis 11 gezeigten, selbsthemmenden Gewindeformen

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darstellt.

Die Fig. 1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele der'Erfindung, bei der die selbsthemmende Gewindeform bei Trapezgewinden eingesetzt wird. Ein Bolzen 11 weist einen Schaft an einem Ende, der mit einem Gewinde 12 versehen ist, und einen vergrößerten Kopf 13 auf, der an dem dem Gewinde 12 entgegengesetzten Ende des Bolzens 11 ausgebildet ist. Der Bolzen 11 (Pig. I) erstreckt sich durch zwei Bauteile 14, die miteinander durch eine Mutter 15 mit einem Innengewinde 10 verklemmt werden sollen, wobei das Innengewinde normalerweise auf dem Gewinde 12 des Bolzens frei läuft. Der Bolzen 11 besteht vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise aus einem härtbaren Stahl, beispielsweise den Stahlsorten 1335, IM Ml oder 13MO nach AISI während die Mutter 15 vorzugsweise aus einem verhältnismäßig weicheren oder besser verformbaren Stahl als der Bolzen 11, beispielsweise aus den Stahlsorten IOO8 oder 1010 nach AISI besteht. Es ist zu beachten, daß der Bolzen auch aus einem weichen Stahl hergestellt werden kann, obwohl ein härtbarer Stahl bevorzugt wird. Wie es bei Trapezgewinden üblich ist, haben die Gewinde 10, 12 eine Flanke, die einen erheblichen Winkel zur Längsachse bildet, während die gegenüberliegenden Flanken einen sehr kleinen Winkel gegenüber der Achse des Bolzens oder der Mutter bilden. Wie in den F i g. 2 bis 5 dargestellt ist, ist der Gewindefuß der Gewinde sowohl des Bolzens 11 als auch der Mutter 15 in einer Weise abgeflacht, daß eine flache Fläche oder eine Rampe gebildet wird, die gegenüber der Gewindeachse geneigt ist. Die Rampe 16 an dem Gewindefuß der Mutter 15 hat einen Winkel von etwa 22,5° gegenüber der Gewindeachse, während die Rampe 17 an dem Gewindefuß des Gewindes 12 an dem Bolzen 11 unter einem Winke!
ordnet ist.

einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Achse des Gewindes ange-

Es ist zu beachten, daß die genannten Winkel sich in Abhängigkeit von der Härte des Materials, aus dem der Bolzen 11 und die Mutter 15 hergestellt sind, ändert. Wenn der Bolzen und die Mutter aus einem Stahl ähnlicher oder gleicher Härte hergestel t sind, sind die Winkel der Rampen 16 und 17 vorzugsweise gleich -5er .»ahe?

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gleich.

Wenn die Mutter 15 sich in der in F i g. 3 gezeigten Lage befindet, wobei der Grat 19 des Gewindes 10 neben der Ecke 21 des Bolzens 11 zwischen der Rampe 17 und der Flanke 22 befindet, läuft die Mutter 15 frei auf dem Gewinde 12 und kann frei nach links gedreht werden, bis die Mutter 15 an das angrenzende Bauteil 14 anstößt. Danach bewirkt eine weitere Drehung der Mutter 15, daß der Grat 19 und die Rampe 16 sich nach rechts bewegen und an der Rampe 17 bzw. an dem Grat 23 angreifen, so daß das weichere Metall des Grates 19 verformt wird. In F i g. 4 ist gezeigt, wie der Grat 19 an der Rampe 16 der Mutter 15 angreift, was dann erfolgt, wenn ein Drehmoment von etwa 6,9 mkg auf einen 1/2 Zoll Bolzen ausgeübt wird. Dadurch wird ein erhebliches Maß an Kontakt zwischen den Gewinden erreicht, wodurch die Mutter 15 in ihrer Position entlang dem Bolzenschaft festgelegt bzw. festgeklemmt wird. Wenn eine noch größe Torsionskraft auf die Mutter 15 ausgeübt wird, ergibt sich ein noch größeres Maß an Kontakt zwischen den Rampen 16, 17 und den Graten 19, 23, bis die Vorderflanken des Gewindes an der Mutter an den entsprechenden Flanken des Gewindes an dem Bolzen angreifen, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Dies erfolgt beispielsweise, wenn ein 1/2 Zoll Bolzen einem Drehmoment von etwa 12,4 mkg ausgesetzt wird. Dadurch wird ein noch größeres Maß an Kontakt zwischen den Graten 19 und 23 und den Rampen 17 und 16 erreicht, und unter diesen Bedingungen wird jegliche seitliche Relativbewegung zwischen der Mutter 15 und dem Bolzen positiv verhindert, so daß sichergestellt ist, daß die Mutter nicht verlorengehen kann. Dieser Klemmzustand bleibt bis zu dem Zeitpunkt erhalten, an dem eine p.ositive Kraft aufgewendet wird, um das Gewinde IO der Mutter 15 von dem Gewinde 12 des Bolzens 11 abzuschrauben und zu erreichen, daß die jeweiligen Gewinde die in F i g. 3 gezeigte Lage wieder erreichen, worauf die Mutter 15 wieder frei auf dem Ende des Gewindes 12 des Bolzens läuft.

In F i g. 6 ist der Bolzen 11 ebenso ausgebildet wie der Bolzen, der im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 beschrieben wurde. Die

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Mutter 25 hat jedoch keine Rampen, die den Rampen 16 an dem Gewindefuß der Mutter 15 entsprechen würden. Daher kommt der Innengrat 19 der Mutter in Kontakt mit der Rampe 16 an dem Gewindefuß des Bolzens 11, um die Sicherung der Mutter auf dem Bolzen zu bewirken, wenn die Mutter genügend angezogen ist, nachdem die Bauteile 14 zusammengeklemmt worden sind.

Ein ähnliches Resultat wird erzielt, wenn die Gewinde in der in P i g, 7 gezeigten Weise ausgebildet sind. Bei dieser Anordnung hat das Gewinde 10 der Mutter 15 die Rampe 16, während der Bolzen 26 keine Rampe an dem Gewindefuß hat. Wenn die Mutter 15 einem vorgegebenen Maß an axialer Belastung ausgesetzt wird, beispielsweise wenn sie gegen das Bauteile 14 festgezogen wird, bewirkt eine weitere Drehung der Mutter 15, daß der Grat 23 des Bolzengewindes in Kontakt mit der Rampe 16 des Gewindes 10 der Mutter 15 kommt, so daß eine Verformung oder Eindrückung der Rampe 16 der aus einem weichem Metall bestehenden Mutter bis zu einem solchen Maße erfolgt, das mit der Größe des Drehmoments in Beziehung steht, welches aufgewandt wird, um das Bauteil 14 einzuklemmen. Wenn ein erhebliches Drehmoment angewendet wird, bewegen sich die Flanken des Mutterngewindes in Eingriff mit den Planken des Gewindes auf dem Bolzen 26, wie oben beschrieben wurde. Es ist zu beachten, daß bei den hier erläuterten Ausführungsbeispielen der Kontakt der Grate von einem oder von beiden Gewinden mit der Rampe oder den Rampen an dem Gewindefuß des komplementären Gewindes eine Deformation des weichen Metalles der Mutter oder der Mutter und des Bolzens bewirkt, so daß keine seitliche Bewegung zwischen der Mutter und dem Bolzen auftritt, wodurch wiederum sichergestellt wird, daß sich die Verbindung zwischen dem Bolzen und der Mutter nach deren Zusammenbau löst.

Die graphische Darstellung von F i g. 8 zeigt das Ergebnis gleicher Testmessungen an vier verschiedenen Mutter- Bolzenkombinationen auf einer Junkers Testmaschine, die die Bolzen mit festgezogener Mutter, die auf der Maschine angebracht sind, Schwingungen unterwirft. Die erste Kurve 27 stellt eine Testmessung dar, die mit einem Bolzen und einer Mutter mit Normalgewinde und 7/16 Zoll

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Durchmesser durchgeführt wurde, nachdem die Verbindung bis auf eine axiale Kraft von etwa 3175 kg festgezogen worden ist. Wenn dieser Bolzen mit der festgezogenen Mutter dem Rütteltest oder den Schwingungen ausgesetzt wurde, löste sich die Mutter sehr schnell, und die Haltekraft sank schnell auf erheblich unterhalb 454 kg ab. Jeder Teilstrich auf der Zeitachse entspricht etwa 2 see, so daß diese Testmessung praktisch in 10 see ablief. Die Kurve 28 zeigt eine Testmessüng an einer Kombination aus Mutter und Bolzen mit einem 7/16 Zoll Gewinde mit der erfindungsgemäßen Gewindeform, wobei zu beachten ist, daß bei einer Klemmkraft von 2948 kg die Schwingungen anfänglich eine Reibkorrosion der Mutter und ein Festsetzen der Gewindeform (jedoch keine Drehung der Mutter) bewirkte. Danach wurde jedoch eine Klemmkraft zwischen etwa I36O kg und I8l4 kg beibehalten. Die dritte Kurve 29 ist das Ergebnis einer Testmessung mit einem Bolzen und einer Mutter mit einem an sich bekannten,"selbsthemmenden 7/16 Zoll Gewinde. Die selbsthemmende Mutter war bei dieser speziellen Testmessung dreieckig. Wie sich aus der Kurve 29 ergibt, fiel die Haltekraft von 2948 kg schnell bis zum unteren Rand der graphischen Darstellung ab. Die Kurve 30 zeigt eine nachfolgende oder zweite Testmessung mit derselben Mutter und demselben Bolzen, die bereits Gegenstand der Testmessung war, die durch die Kurve 28 dargestellt ist. Die Kurve 30 verdeutlicht die Tatsache, daß die verbesserte Charakteristik der Sicherung bei dem erfindungsgemäßen Gewinde selbst dann nicht verschlechtert wird, wenn die Mutter und der Bolzen erneut verwendet werden. Der Grund dafür, daß sich die Verbindung zwischen dem Bolzen und der Mutter während der ersten Testmessung, die durch die Kurve 28 dargestellt wird, in einem größeren Maße verringert hat, als bei der Testmessung bei der erneuten Verwendung des Bolzens und der Mutter, die durch die Kurve 30 dargestellt ist, wird darauf zurückgeführt, daß sich die Gewinde bis zu einem gewissen Maß gesetzt haben und daß sich ein Schutzüberzug auf der Mutter und dem Bolzen ausgebildet hat, wodurch die Meßergebnisse bei dem ursprünglichen Test künstlich herabgesetzt wurden.

Die F i g. 9 bis 12 zeigen alternative Ausführungsbeispiele der

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selbsthemmenden Gewindeform gemäß der Erfindung, wobei die Gewindeform bei Normalgewinden nach US-Standard (USST) angewendet werden. Die erfindungsgemäße Gewindeform kann an einem de.r beiden, mit einem Gewinde versehenen Elemente vorgesehen sein, wobei dieses Element mit einem anderen mit einem Gewinde versehenen Element zusammenwirkt, welches in herkömmlicher Weise ausgebildet ist. Insbesondere zeigen die F i g. 9 bis 11 ein selbsthemmendes Gewinde 100 bei zwei, mit Gewinden versehenen Elementen, beispielsweise einer Mutter 102 und einem Bolzen 104. Die Mutter 102 kann ein Normalgewinde 106 aufweisen, wobei jeder Gewindegang konvergierende Flanken 109, HO aufweist, die einen Grat 112 und einen Gewindefuß H¹J bilden. Auf ähnliche Weise ist der Bolzen 10¹I mit einem Normalgewinde 116 ausgebildet, wobei jeder Gewindegang Flanken 118, 120, einen Grat 122 und einen Gewindefuß 12¹I aufweist.

Gemäß der Erfindung hat jeder Gewindefuß a.n dem Bolzen 10¹I eine geneigte Rampe 126, die der oben erwähnten Rampe 16 entspricht. Die Rampen 126 sind unter einem Winkel a gegenüber der Achse der Mutter 102 bzw. des Bolzens 104 geneigt. Der Winkel a wird so gewählt, daß ein positiver Kontakt des Grates 112 mit der Rampe sichergestellt ist, wenn die Mutter 102 und der Bolzen 10¹J belastet werden. Bei der Wahl des Winkels a werden auch die modernen Herstellungstoleranzen berücksichtigt.

Insbesondere hat es sich gezeigt, daß eine optimale Sicherung zwischen der Mutter 102 und dem Bolzen 104 ohne Einbußen bei der Streifenbelastbarkeit dadurch erreicht werden kann, daß man die axiale Länge der Rampen 126 etwa gleich 0,020 Zoll macht ohne den Winkel a gegenüber der Achse der Mutter 102 bzw. des Bolzens 104 so 'auslegt, daß etwa die Hälfte der maximalen Toleranz zwischen der Mutter 102 und dem Bolzen 104 plus ein Sicherheitsfaktor von etwa 0,002 Zoll innerhalb der genannten, axialen Distanz von 0,020 Zoll verbraucht wird.

Beispielsweise ist bei einem 3/8 Zoll Bolzen mit Normalgewinde und 16 Gängen pro Zoll die maximal zulässige Grenze für den Durchmesser gleich 0,3750 Zoll und die minimal annehs ^are Grenze

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für den Durchmesser gleich 0,3595 Zoll. Die Differenz zwischen diesen Grenzwerten (0,3750 Zoll - 0,3595 Zoll) ist gleich 0,0155 Zoll. Addiert man den genannten Sicherheitsfaktor von 0,002 Zoll (zur Berücksichtigung von Werkzeugabrieb und dergleichen), ergibt sich 0,175 Zoll. Die Hälfte von 0,175 Zoll ist gleich 0,0087 Zoll. Der Winkel, dessen Tangens gleich 0,0087 dividiert durch 0,020 beträgt, ist 23,5 . Daher ist der optimale Winkel, unter dem die Rampe 126 gegenüber der Achse der Mutter 102 bzw. des Bolzens 104 geneigt sein sollte, wenn es erwünscht ist, etwa die,Hälfte der gesamten, maximalen Toleranz zwischen den beiden, mit den Gewinden versehenen Elementen der genannten Größe und Toleranzklasse auf einem Abstand von 0,020 Zoll aufzunehmen, gleich 23,5 · Es ist selbstverständlich zu beachten, daß dieser Winkel sich mit Änderungen in dem Sicherheitsfaktor, der Tolerenzklasse, der Zahl der Gänge pro Zoll oder des Durchmessers der mit dem Gewinde versehenen Elemente ändert. Die folgende Tabelle enthält die akzeptablen Winkel a der Rampe 26 bei den jeweiligen Gewindegrößen, Toleranzklassen und Steigungen. Die Winkel wurden entsprechend dem oben ausgeführten Beispiel berechnet.

NORMALGEWINDE

Gewinde	Steigung	Toleranz	Toleranz	Toleranz
größe	(Gänge	klasse 1	klasse 2	klasse 3
(Zoll)	pro Zoll)	Winkel a	Winkel a	Winkel a
3/8	16	23,5+0,5°	17,,6+0,5°	15,9+0,5°
7/16	14	25,2+0,5°	18,9+0,5°	17,0+0,5°
1/2	13 ■	26,3+0,5°	19,7+0,5°	17,8+0,5°
9/16	12	27,4+0,5°	20,5+0,5°	18,5+0,5°
5/8	11	28,5+0,5°	21,4+0,5°	19,4+0,5°
11/16	12	-	20,5+0,5°	18,5+0,5°
3/4	10		22,6+0,5°	20,4+0,5°
30,1+0,5°

Wenn die Winkel a der Rampe 26 entsprechend dieser Tabelle gewählt werden, ist eine seitliche Bewegung zwischen der Mutter 102 und dem Bolzen 104 bei Anlagen einer vorgewählten Belastung praktisch ausgeschlossen, so daß sichergestellt ist, daß die Elemente, d.h. die Mutter 102 und der Bolzen 104, in ihrer gesicherten Position

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bleiben, wenn sie aus dem in F i g. 9 gezeigten Zustand, bei dem die Gewinde frei laufen, entweder in den in P i g. 10 gezeigten Zustand mit teilweiser Belastung oder in den in F i g. 11 gezeigten Zustand mit voller Belastung gebracht worden sind.

Fig. 12 zeigt ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Gewindeform, die in den F i g. 9 bis 11 gezeigt ist, wobei die geneigten Rampen an der Mutter statt an dem Bolzen angebracht sind, wie es bei der in den F i g. 9 bis 11 Gewindeform der Fall ist. Das selbsthemmende Gewinde 150, das in F i g. 12 gezeigt ist, ist bei mit Gewinde versehenen Elementen, beispielsweise einer Mutter 152 und einem Bolzen 15¹J dargestellt. Die Mutter 152 und der Bolzen 154 sind mit Normalgewinden 156 bzw. 158 versehen, wobei der Gewindefuß des Gewindes I56 mit den geneigten Rampen 160 versehen ist, wie oben beschrieben wurde. Die Winkel a, unter denen die Rampen I60 gegenüber der Achse der Mutter 152 bzw. des Bolzens 15²J geneigt sind, werden wie bei dem oben erwähnten Beispiel für die Winkel der Rampe 126 gewählt, so daß die seitliche Relativbewegung zwischen der Mutter 152 und dem Bolzen 154 auf ein Minimum herabgesetzt und daher eine optimale Sicherung innerhalb eines Bereiches von annehmbaren Toleranzen der kommerziellen Fertigung verwirklicht wird. Es ist daher zu ersehen, daß die erfindungsgemäße Gewindeform anwendbar ist, wenn entweder der mit einem Außengewinde versehene oder der mit einem Innengewinde versehene Teil mit dem selbsthemmenden Gewinde versehen wird, und daß der andere Teil keine andere spezielle Gewindeform als ein Normalgewinde haben muß, so daß die Erfindung universell anwendbar ist. Die in den F i g. 3 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele werden gegenüber den in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispielen im Hinblick auf die Streifenbelastbarkeit bevorzugt, obwohl die Streifenbelastbarkeit der Ausführungsformen mit Normalgewinde dadurch verbessert werden kann, daß man die Länge der* Gewinde etwas vergrößert.

Fi g. 13 zeigt eine graphische Darstellung ähnlich wie Fig. 8, wobei die Eigenschaften des in F i g. 12 gezeigten, selbsthemmenden Gewindes im Vergleich zu herkömmlichen Gewinden dargestellt sind.

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Fig. 13 zeigt Testmessungen mit einem 7/l6 Zoll- Bolzen der Gütestufe 5 mit einem Normalgewinde und drei verschiedenen Muttern, Die Testmessung wurde mit der oben genannten Junkers Testmaschine durchgeführt. Die Kurve 162 stellt eine Testmessung dar, die mit einem Bolzen und einer Mutter mit Normalgewinde durchgeführt wurde, wobei keine Maßnahmen zur Selbsthemmung getroffen waren. Es ist ersichtlich, daß die effektive Selbsthemmung in weniger als 14 see nahezu auf Null abfällt. Die Kurve 164 zeigt die Ergebnisse einer Testmessung mit einem Bolzen mit einem Normalgewinde und einer an sich bekannten, selbsthemmenden Mutter, die angewürgt oder deformiert wird. Diese spezielle Anordnung mit Selbsthemmung ist zwar der durch die Kurve l62 dargestellten Anordnung überlegen, sie verliert jedoch ihre Selbsthemmung sehr schnell, so daß die Selbsthemmung nach etwa 26 see praktisch nicht mehr vorhanden war. Die Kurve 166 zeigt eine Testmessung mit der in P i g. 12 gezeigten Gewindeform, wobei der Bolzen ein Normalgewinde hatte und die Mutter mit den Rampen 126 versehen war. Es ist klar ersichtlich, daß die Sicherung oder Selbsthemmung dieser Gewindeform wesentlich besser als bei den durch die Kurven 162 und 164 dargestellten Gewindeformen ist, und daß die Selbsthemmung der erfxndungsgemäßen Gewindeform ein hohes, annehmbares Niveau während der gesamten Dauer der Testmessung beibehielt.

Durch die Erfindung wird demnach ein selbsthemmendes Gewinde geschaffen, welches an verschiedenen mit Innengewinde oder mit Außengewinde versehenen Elementen, beispielsweise an einem Bolzen und einer Mutter oder an einem Bolzen und einem Gußteil, einem Preßteil oder dergleichen mit einer Gewindebohrung, vorgesehen werden kann. Die allgemeine Gewindeform kann als Normalgewinde (American Standard oder Unified Standard: USST) oder ein Trapezgewinde sein. Die Gewinde sind freilaufend, bis eine vorgegebene Belastung ausgeübt wird, wobei von diesem Zeitpunkt an die Sicherung oder Selbsthemmung des Gewindes auftritt, so daß eine seitliche Relativbewegung zwischen der Mutter und dem Bolzen verhindert wird, wodurch wiederum ein Lockern der miteinander verschraubten Teile unter Schwingungen oder ähnlichen schwierigen Arbeitsbedingungen positiv widerstanden wird. Das selbsthemmende Gewinde kann entweder an

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einem oder an beiden mit einem Gewinde versehenen Elementen vorgesehen sein. Andererseits ist das selbsthemmende Gewinde gemäß der Erfindung auch dann wirksam, wenn das seIbsthemmende Gewinde mit solchen Gewindeteilen zusammenwirkt, die ein herkömmliches Gewinde haben.

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Claims

Patentansprüche

\l_v/ Selbsthemmendes Gewinde zur Verwendung bei zwei miteinander durch Schraubung zu verbindenden Elemente, beispielsweise einen Bolzen und einer Mutter, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde freilaufend ist, bis eine vorgegebene axiale Belastung auf die Gewinde der Elemente (11,15; 11,25; 15,26; 102,104; 152,15^) angelegt wird, wonach ein positiver Kontakt zwischen den Gewinden auftritt, um eine seitliche Relativbewegung der Elemente zu verhindern, daß der Gewindefuß von wenigstens einem Element derart ausgebildet ist, daß eine schräg verlaufende Rampe (16,17,126,160) gebildet wird, die gegenüber der Achse des Elementes unter einem Winkel geneigt ist, der erforderlich ist, um etwa die Hälfte der maximalen Standard-Herstellungstoleranz zwischen Mutter und Bolzen auf einem Abstand von etwa 0,020 Zoll aufzunehmen.

2. Gewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (16,17,126,160) unter Berücksichtigung der Größe der mit dem Gewinde versehenen Elemente, der Steigung und der Toleranzklassen unter den in der folgenden Tabelle angegebenen Winkeln gegenüber der Gewindeachse orientiert ist.

NORMALGEWINDE

Gewinde
größe
(Zoll) Steigung
(Gänge
pro Zoll) Toleranz
klasse 1
Winkel a Toleranz
klasse 2
Winkel a Toleranz
klasse 3
Winkel a 3/8 16 23,5+0,5° 17,6+0,5° 15,9+0,5° 7/16 14 25,2+0,5° 18,9+0,5° 17,0+0,5° 1/2 13 26,3+0,5° 19,7+0,5° 17,8+0,5° 9/16 12 27,4+0,5° 20,5+0,5° 18,5+0,5° 5/8 11 28,5+0,5° 21,4+0,5° 19,4+0,5° 11/16 12 20,5+0,5° 18,5+0,5° 3/4 10 22,6+0.5° 20.4+0.5° 30.1+0,5°

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3. Gewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Rampe (16,17,126,160) unter Berücksichtigung eines
Sicherheitsfaktors berechnet wird, um Abweichungen bei der Herstellung zu berücksichtigen.
k. Gewinde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitsfaktor etwa 0,002 Zoll beträgt.
5. Gewinde nach Ansprich 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Gewinden versehenen Elemente Normalgewinde aufweisen.

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