DE2645519C2

DE2645519C2 - Selbsthemmendes Gewinde

Info

Publication number: DE2645519C2
Application number: DE19762645519
Authority: DE
Inventors: Horace Deal Farmington Hills Mich. Holmes
Original assignee: Individual
Current assignee: Microdot Inc
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1986-07-31
Also published as: JPS5252061A; JPS553566B2; SE426978B; FR2327438A1; DE2645519A1; GB1528696A; IT1072601B; FR2327438B1; CA1051329A; SE7611060L

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsthemmendes Gewinde zur Verwendung bei zwei miteinander durch Schrauben

zu verbindenden Elementen, beispielsweise ein Bolzen und eine Mutter, bei denen das Gewinde freilaufend ist, bis eine vorgegebene axiale Belastung auf die Gewinde der Elemente wirkt und einen positiven Kontakt zwischen den Gewinden ausübt, um eine seitliche Relativbewegung der Flanken zu verhindern, wobei der Gewindefuß von wenigstens einem Element von der zur Gewindeachse parallelen Richtung abweicht.

Ein solches selbsthemmendes Gewinde ist beispielsweise aus der US-PS 18 17 295 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift besitzt der Schraubenbolzen einer selbsthemmenden Schrauben-Mutter-Verbindung zwei schräg zur Schraubenlängsachse verlaufende Rampenbereiche, wobei der Neigungswinkel der ersten Rampe zur Schraubenlängsachse etwas größer ist als der der zweiten Rampe. Der Gewindekopf des Muttergewindes ist dabei ebenfalls zu einer Rampe abgewinkelt, die sich mit der zweiten, flacher geneigten Rampenfläche des Schraubengewindes beim Festziehen der Verbindung verkeilt.

Die Herstellung dieser zweigeteilten Rampenfläche ist sehr teuer, und sowohl die Maschinen- als auch die Werkzeugrichtung müssen sehr präzise sein, da bereits etwas abgearbeitetes Werkzeug solche Toleranzen mit sich bringt, daß die selbsthemmende Verkeilung der Gewindeelemente nicht mehr gewährleistet ist.

Diese Problematik trifft gleichermaßen für die Herstellung des Gewindekopfes des Mutterngewindes zu, das gemäß der US-PS 18 17 295 leicht V-förmig ausgebildet sein muß. Da die Rampenflächen des Gewindefußes sowie des Gewindekopfes sehr genau zueinander ausgebildet werden müssen, werden dazu sehr teure, präzise Werkzeuge benötigt, die bereits durch geringe Verschleißtoleranzen unbrauchbar werden.

Eine weitere selbsthemmende Gewindeverbindung ist in der US-PS 18 28 856 beschrieben. Bei dieser Gewindeverbindung ist ebenfalls der Gewindefuß des Schraubengewindes in zwei Bereiche unterteilt, einen freilaufenden und einen sperrenden Gewindebereich. Diese sind gemäß der US-PS 18 28 856 entweder halbrund oder trapezförmig und erfordern eine äußerst präzise Herstellung, insbesondere des Übergangsbereichs, da bei fehlerhaften Toleranzen entweder die Selbsthemmung nicht mehr zustande kommt oder das Gewinde zerstört so wird.

Wegen der Problematik und der damit verbundenen hohen Fertigungskosten konnten sich diese Arten selbsthemmender Gewinde auch in der Praxis nicht durchsetzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein selbsthemmendes Gewinde der genannten Art zu schaffen, das einfach und wirtschaftlich hergestellt werden kann und darüber hinaus auch bei den herstellungsübliehen Fertigungstoleranzen, die teilweise durch die Abnutzung der Werkzeuge bedingt sind, eine sichere Funktion gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1, dadurch, daß der Gewindefuß zu einer schräg zur Gewindeachse verlaufenden Rampe ausgebildet ist und der Neigungswinkel der Rampe zur Gewindeachse jeweils konstant bleibend 15° bis 45°, vorzugsweise 20° bis 30° beträgt.
Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gewindes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Erfindungsgemäße, selbsthemmende Gewinde kann im Gegensatz zu den an sich bekannten selbsthemmenden Gewinden leicht mit bereits vorhandenen Maschinen unter Berücksichtigung der üblichen Toleranzenbereiche hergestellt werden. Darüberhinaus werden die erfindungsgemäßen Gewindeformen nicht aufgrund einer Formschlußverbindung miteinander verriegelt, wie dies bei den in oben genannten Patentschriften beschriebenen Gewindeformen der Fall ist, sondern es wird die Gewindesicherung dadurch erreicht, daß durch eine Materialverformung eine Reibschlußverbindung hergestellt wird.

Dies hat den Vorteil, daß keine Formschluß-Paßverbindungen der Gewindeelemente notwendig sind, die aufwendig und somit teuer in der Herstellung sind.

AusfOhrungsformen des erfindungsgemäßen selbsthemmenden Gewindes werden am Beispiel einer Gewindebolzen-Mutter-Verbindung beschrieben, mit der zwei Bauteile aneinander befestigt und miteinander verklemmt oder verspannt werden. Die erfindungsgemäße Gewindeform kann sowohl bei Normalgewinden als auch bei Trapezgewinden eingesetzt werden, wobei eine Rampe am Gewindefuß entweder des Bolzengewindes oder des Muttergewindes vorgesehen ist Wenn die erfindungsgemäße Gewindeform an beiden, mit Trapezgewinden versehenen Elementen eingesetzt wird, weist die Rampe des Bolzens einen Winkel von etwa 30° gegenüber der Bolzenachse auf, während der Winkel der Rampe am Gewindefuß der Mutter zur Mutterachse etwa 22,5° beträgt Der Zweck dieser Winkellage der Rampen an den Gewindefüßen besteht darin, daß aüe Gewinde innerhalb normaler Herstellungstoleranzen in Großserie hergestellt werden können und dennoch stets mit dem Außen-bz%v. Innendurchmesser der mit ihnen in Eingriff stehenden Gewinde in Anlage sind, so daß eine seitliche Bewegung zwischen den mit den Gewinden versehenen Teil und somit eine Lockerung der Gewindeverbindung unter Schwingungseinfluß oder anderen schwierigen Betriebsbedingungen verhindert wird. Wenn die Rampe bei einem der beiden zusammengehörigen, mit Normalgewinden versehenen Elementen eingesetzt wird, kann der Winkel der Rampe innerhalb gewisser Grenzen variiert werden, die von der Toleranzklasse, der Größe der mit den Gewinden versehenen Elementen und den annehmbaren Toleranzbereichen abhängen, um eine optima-Ie 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 uns insbesondere dann gültig sind, wenn die Mutter (bzw. das mit Innengewinde versehene Element) aus einem weicheren Material besteht als der Bolzen, d. h. das mit dem Außengewinde versehene Element, und daß die Winkel des Mutter- und auch des Bolzengewindes je nach der relativen Härte der verwendeten Materialien variieren 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 Außenbzw. 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 Festziehen 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 dann erreicht, wenn ein Anzugsmoment von etwa 122 Nm (12,44 mkg) aufgebracht wird.

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

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Bolzen, mit dem zwei Bauteile mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gewindes miteinander verbunden oder eingeklemmt werden;

F i g. 2 eine vergrößerte, zum Teil weggebrochene Darstellung des Gewindebolzens aus F i g. 1;

F 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;

F 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 Fi g· 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;

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

F i g. 7 eine Darstellung einer Anordnung entsprechend F i g. 6, wobei nur am Gewindefuß der Mutter eine schräg geneigte Fläche oder Rampe vorgesehen ist;

F i g. 8 ein Diagramm, das die erhebliche Selbsthemmung oder Haltekraft verdeutlicht, die durch das erfindungsgemäße Gewinde erzielt wird;

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

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

Fig. 11 einen vergrößerten, zum Teil weggebrochenen Schnitt, durch die in Fig.9 und 10 dargestellte Gewindeform, nachdem die Teile vollständig belastet worden sind;

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

Fig. 13 ein Diagramm, das ähnlich wie Fig.8 den Vergleich der Selbsthemmungseigenschaften der in den F i g. 9 bis 11 gezeigten, selbsthemmenden Gewindeform darstellt.

Die F i g. 1 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die selbsthemmende Gewindeform bei Trapezgewinden eingesetzt wird. Ein Bolzen 11 weist an einem Ende einen Schaft, der mit einem Gewinde 12 versehen ist, und am dem Gewinde entgegengesetzten Ende einen vergrößerten Kopf 13 auf. Der Bolzen 11 (Fig. 1) erstreckt sich durch zwei Bauteile 14, die durch das Aufschrauben einer mit einem Innengewinde 10 versehenen Mutter 15 miteinander verklemmt werden sollen, wobei das Innengewinde 10 der Mutter normalerweise auf dem Gewinde 12 des Bolzens frei läuft. Der Bolzen 11 besteht vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise aus einem härtbaren Stahl, während die Mutter 15 vorzugsweise aus einem weicheren oder besser verformbaren Stahl als der Bolzen 11 besteht. Es können beispielsweise für den Bolzen die Stahlsorten 1335, 1441 oder 1340 und für die Mutter die Stahlsorten 1008 oder 1010 nach AISI verwendet werden. Es ist jedoch auch möelich. den Bolzen aus einem weichen Stahl herzustellen, 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 Längsachse des Bolzens oder der Mutter bilden.
Wie in F i g. 2—5 dargestellt, ist der Gewindefuß der Gewinde sowohl des Bolzens U als auch der Mutter 15

derart abgeflacht, daß eine ebene Fläche, d. h. eine Rampe gebildet wird, die gegenüber der Gewindeachse geneigt ist. Die Rampe 16 an dem Gewindefuß der Mutter 15 ist in einem Winkel von etwa 22,5° zur Gewindeachse geneigt, während die Rampe 17 am Gewindefuß des Gewindes 12 des Bolzens 11 um einen Winkel von etwa 30° gegenüber der Achse des Gewindes geneigt ist.
Es ist zu beachten, daß die genannten Winkel sich in Abhängigkeit von der Härte des Materials, aus dem der

ίο Bolzen und die Mutter aus einem Stahl ähnlicher oder gleicher Härte hergestellt sind, sind die Winkel der Rampen 16 und 17 vorzugsweise gleich oder nahezu gleich.

In der in F i g. 3 dargestellten Lage der Mutter 15 in der der Grat 19 des Gewindes 10 dem zwischen der Rampe 17 und der Flanke 22 gebildeten Winkel des Bolzens 11 gegenüberliegt, kann die Mutter 15 auf dem Gewinde 12 frei laufend nach links gedreht werden, bis sie an das angrenzende Bauteil 14 anstößt. Eine weitere

Drehung der Mutter 1i5 bewirkt, daß sich der Grat 19 und die Rampe 16 nach rechts verschieben und unter Verformung des weicheren Metalls des Grates 19 an der Rampe 17 bzw. am Grat 23 angreifen, wodurch die die Schraubverbindung selbstsichernde Klemmwirkung erzielt wird. Das in F i g. 4 dargestellte Angreifen des Grates 19 an der Rampe 16 der Mutter 15 erfolgt bei einem 1/2 Zoll Bolzen ab einem Anzugsmoment von etwa 67,7 Nm. Dadurch wird ein erhebliches Maß an Kontakt zwischen den Gewinden erzielt, durch den die Mutter in

ihrer Stellung bzgl. des Bolzens entlang dessen Schaft festgelegt bzw. festgeklemmt wird. Bei Erhöhung des auf die Mutter 15 ausgeübten Anzugsmoments ergibt sich eine größere Verformung und somit eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen den Rampen 16,17 und den Graten 19,23, bis die Vorderflanken des Gewindes der Mutter an den entsprechenden Flanken des Bolzengewindes anliegen, wie in Fig.5 dargestellt. Dies wird beispielsweise bei einem 1/2 Zoll Bolzen durch ein Anzugsmoment von etwa 121,6 Nm erreicht. Dadurch wird

der Kontakt zwischen den Graten 19 bzw. 23 und den Rampen 17 bzw. 16 noch erhöht, und unter diesen Bedingungen ist auch jede seitliche Relativbewegung zwischen dem Bolzen 11 und der Mutter 15 verhindert, so daß die Mutter sich nicht vom Gewindebolzen lösen und abfallen kann. Dieser Klemmzustand bleibt solange erhalten, bis durch eine aufgebrachte Kraft das Gewinde der Mutter 15 vom Gewinde des Bolzens 11 losgeschraubt wird, wodurch die jeweiligen Gewinde wieder ihre in F i g. 3 dargestellte Lage einnehmen und somit die Mutter 15 wieder frei auf dem Gewinde 12 des Bolzens 11 läuft.

Der in Fig.6 dargestellte Bolzen 11 entspricht denjenigen Bolzen, die in Fig. 1-5 dargestellt sind. Jedoch weist die Mutter 25 keine Rampen auf, wie die Rampen 16 am Gewindefuß der Mutter 15. Daher kommt der nach innen weisende Grat 19 der Mutter in Kontakt mit der Rampe 17 am Gewindefuß des Bolzens 11, wodurch, nach dem Zusammenklemmen der Bauteile 14, bei genügend starkem Anziehen der Mutter, diese auf dem Bolzen gesichert ist.

Ein ähnliches Resultat wird mit den in F i g. 7 dargestellten Gewindeformen erzielt. Bei dieser Auslührungsform ist eine Rampe 16 am Gewinde 10 der Mutter 15 ausgebildet, während der Gewindefuß des Bolzens 26 keine Rampe aufweist Wird die Mutter einer vorgegebenen axialen Belastung ausgesetzt, wenn sie beispielsweise gegen das Bauteil 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 die Verformung der Rampe 16 der aus weichem Metall bestehenden Mutter im Verhältnis zum Drehmoment steht, das zum Zusammendrücken des Bauteils 14 eingesetzt wird. Wenn ein großes Anzugsmoment aufgebracht wird, bewegen sich die Flanken des Muttergewindes in Eingriff mit den Flanken des Gewindes des Bolzens 26, wie oben beschrieben. 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 am Gewindefuß des komplementären Gewindes eine Verformung der aus weichem Metall bestehenden Mutter oder der Muttern und des Bolzens bewirkt, so daß keine seitliche Relativbewegung zwischen dem Bolzen und der Mutter stattfinden kann, wodurch sichergestellt wird, daß sich die Verbindung zwischen dem Bolzen und der Mutter nach deren Zusammenbau nicht mehr löst.

F i g. 8 zeigt in einem Diagramm das Ergebnis gleicher Testmessungen auf einer Junkers-Testmaschine, wobei vier verschiedene Mutter-Bolzen-Kombinationen mit auf den Bolzen festgezogenen Muttern auf der Testmaschine befestigt und Schwingungen unterworfen wurden. Die erste Kurve 27 stellt eine Testmessung dar, wobei die Verbindung einer Mutter mit einem Bolzen, die beide ein 7/16ZoIl Normalgewinde aufweisen, auf eine Axialkraft von etwa 31.150 N angezogen worden war. Als dieser Bolzen mit der darauf festgezogenen Mutter

einem Rütteltest unterzogen wurde, löste sich die Mutter sehr schnell, und die Haltekraft sank dabei auf erheblich weniger als ca. 4.454 N ab. Jeder Teilstrich auf der Zeitachse entspricht etwa 2 see, so daß die Testmessung in insgesamt 10 see. ablief. Die Kurve 28 stellt das Ergebnis der Testmessung dar, die mit einer Bolzen-Mutter-Verbindung mit 7/16 Zoll Gewinde der erfindungsgemäßen Gewindeform durchgeführt wurde, wobei zu beachten ist, daß die Schwingungen bei einer anfänglichen Klemmkraft von etwa 28.920 N eine

Reibkorrosion der Mutter und ein Festsetzen der Gewindeform (jedoch keine Drehung der Mutter) bewirken. Danach wurde eine Klemmkraft von etwa 13340 N bis 17.795 N beibehalten. Die dritte Kurve 29 stellt das Ergebnis einer Testmessung mit einer Bolzen-Mutter Verbindung mit einem bekannten selbsthemmenden 7/16 Zoll Gewinde dar. Die selbsthemmende Mutter war bei diesem Test dreieckig. Wie sich aus der Kurve 29 ergibt, fiel die Haltekraft von etwa 28.920 N schnell bis zum unteren Rand des Diagramms. Die Kurve 30 zeigt

eine nachfolgende zweite Testmessung mit derselben Mutter und demselben Bolzen wie in der Testmessung gemäß der Kurve 28. Die Kurve 30 verdeutlicht, daß sich die verbesserten Sicherungseigenschaften des erfindungsgemäßen Gewindes selbst dann nicht verschlechtern, wenn eine bereits benutzte Bolzen-Mutter Verbindung erneut verwendet wird. Der Grund dafür, daß sich die Haltekraft der Bolzen-Mutter- Verbindung bei der

durch die Kurve 28 dargestellten ersten Testmessung stärker verringert hat als bei der durch die Kurve 30 dargestellten zweiten Testmessung derselben Verbindung, wird darauf zurückgeführt, daß sich die Gewinde bis zu einem gewissen Maß gesetzt haben und daß sich ein Schutzüberzug auf der Mutter und auf dem Bolzen ausgebildet hat, wodurch die Meßergebnisse im ersten Test künstlich herabgesetzt wurden.

In den F i g. 9—12 sind alternative Ausführungsformen des selbsthemmenden Gewindes gemäß der Erfindung dargestellt, wobei insbesondere beispielsweise Normalgewinde nach US-Standard (USST) dargestellt sind. Die erfindungsgemäße Gewindeform kann an einem von zwei, mit einem Gewinde versehenen Elementen vorgesehen sein, wobei dieses Element mit dem anderen, mit einem Gewinde versehenen Element zusammenwirkt, welches in herkömmlicher Weise ausgestaltet ist. Die F i g. 9— 11 zeigen insbesondere bei zwei, mit Gewinden versehenen Elementen, beispielsweise eine Mutter 102 und ein Bolzen 104, ein selbsthemmendes Gewinde 100. Die Mutter 102 kann ein Normalgewinde aufweisen, wobei jeder Gewindegang konvergierende Flanken 109, 110 besitzt, die einen Grat 112 und einen Gewindefuß 114 bilden. Der Bolzen 104 ist in ähnlicher Weise mit einem Normalgewinde 116 versehen, wobei jeder Gewindegang Flanken 118,120, einen Grat 122 und ein Gewindefuß 124 aufweist.

Gemäß der Erfindung weist jeder Gewindefuß des Bolzens 104 eine geneigte Rampe 126 auf, die der oben genannten Rampe 16 entspricht. Die Rampen 126 sind um einen Winkel a gegenüber der Achse der Mutter 102 bzw. des Bolzens 104 geneigt. Der Winkel a wird so gewählt, daß bei Belastung der Mutter 102 und des Bolzens 104 ein Kontakt des Grates 112 mit der Rampe 126 sichergestellt ist. Bei der Wahl des Winkels a werden auch die allgemein üblichen Herstellungstoleranzen berücksichtigt.

Insbesondere hat sich gezeigt, daß eine optimale Sicherung der Mutter 102 auf dem Bolzen 104, ohne Einbußen bei der Streifenbelastbarkeit, dadurch erreicht werden kann, daß die axiale Länge der Rampen zu etwa 0,5 mm und der Winkel a gegenüber der Achse der Mutter 102 bzw. des Bolzens 104 so gewählt werden, daß etwa die Hälfte der maximalen Toleranz zwischen der Mutter 102 und dem Bolzen 104, einschl. eines Sicherheitsfaktors von etwa 0,05 mm, innerhalb der genannten axialen Distanz von etwa 0,5 mm liegt.

Beispielsweise liegt für einen Bolzen mit 3/8ZoIl Normalgewinde und 16 Gängen pro Zoll die maximale zulässige Grenze des Durchmessers bei 9,525 mm (0,375 Zoll) und die minimal annehmbare Grenze des Durchmessers bei 9,131 mm (0,3595 Zoll). Die Differenz dieser Grenzwerte (9,525 mm—9,131 mm) beträgt 0,394 mm (0,0155 Zoll). Addiert man den genannten Sicherheitsfaktor von 0,05 mm (zur Berücksichtigung des Werkzeugabriebs und dgl.), ergibt sich ein Wert von 0,444 mm. Die Hälfte dieses Wertes sind 0,222 mm. Der Winkel, dessen Tangens gleich 0,222 mm geteilt durch 0,5 mm beträgt, ist etwa 23,5°. Wenn die Hälfte der gesamten maximalen Toleranz zwischen den beiden mit Gewinden versehenen Elementen der genannten Größe und Toleranzklasse auf der Länge von 0,5 mm aufgenommen werden soll, beträgt der optimale Winkel, unter dem die Rampe 126 gegenüber der Achse der Mutter 102 bzw. des Bolzens 104 geneigt sein sollte, daher etwa 23,5°. Es ist selbstverständlich zu beachten, daß dieser Winkel sich mit Änderungen des Sicherheitsfaktors, der Toleranzklasse, 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	Steigung	Toleranzklasse 1	Toleranzklasse 2	Toleranzklasse 3	40	κ
Gewindegröße	(Gänge pro Zoll)	Winkel a	Winkel a	Winkel a
(Zoll)	16	23,5 ± 0,5°	17,6 ± 0,5°	15,9 ± 0,5°
3/8	14	25,2 ± 0,5°	18,9 ± 0,5°	17,0 ± 0,5°	45	η
7/16	13	26,3 ± 0,5°	19,7 ± 0,5°	17,8 ± 0,5°
1/2	12	27,4 ± 0,5°	20,5 ± 0,5°	18,5 ± 0,5°
9/16	11	28,5 ± 0,5°	21,4 ± 0,5°	19,4 ± 0,5°
5/8	12	—	20,5 ± 0,5°	18,5 ± 0,5°		,1
11/16	10	30,1 ± 0,5°	22,6 ± 0,5°	20,4 ± 0,5°	50
3/4

Wenn die Winkel a der Rampe 126 entsprechend dieser Tabelle gewählt werden, ist nach Anlegen einer vorgewählten Belastung eine seitliche Bewegung zwischen der Mutter 102 und dem Bolzen 104 praktisch ausgeschlossen, so daß sichergestellt ist, daß die Elemente, d. h. die Mutter 102 und der Bolzen 104, in ihrer gesicherten Stellung verharren, wenn sie aus dem in F i g. 9 dargestellten Zustand, in dem die Gewinde frei laufend sind, entweder in den in F i g. 10 dargestellten Zustand unter teilweiser oder in den in F i g. 11 dargestellten Zustand unter voller Belastung gebracht worden sind.

F i g. 12 zeigt ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in den F i g. 9— 11 dargestellten Gewindeform, wobei die geneigten Rampen an der Mutter statt an dem Bolzen vorgesehen sind, wie dies bei der in den Fig.9—11 dargestellten Gewindeform der Fall ist. Das in Fig. 12 dargestellte selbsthemmende Gewinde ist beispielsweise in Verbindung mit einer Mutter 152 und einem Bolzen 154 gezeigt. Die Mutter 152 und der Bolzen 154 sind mit Normalgewinden 156 bzw. 158 versehen, wobei der Gewindefuß des Gewindes 156 gemäß obiger Beschreibung geneigte Rampen 160 aufweist Die Winkel a, unter denen die Rampen 160 gegenüber der Achse der Mutter 152 bzw. des Bolzens 154 geneigt sind, werden für die Rampe 126 gemäß dem oben genannten Beispiel gewählt, so daß die seitliche Relativbelastung zwischen der Mutter 152 und dem Bolzen 154 auf ein Minimum herabgesetzt ist und daher eine optimale Sicherung innerhalb eines Bereiches von annehmbaren Toleranzen der kommerziellen Fertigung verwirklicht wird. Es ist daher zu ersehen, daß die erfmdungsgemäße Gewindeform anwendbar ist, wenn entweder das das Innengewinde oder das das Außengewinde aufweisende

Element mit dem selbsthemmenden Gewinde versehen wird, wobei das jeweils andere Element ein herkömmliches Normalgewinde aufweisen kann, so daß die vorliegende Erfindung universell einsetzbar ist. Die in den Fig.3—7 dargestellten Gewindeformen werden gegenüber den in den Fig.9—12 gezeigten Ausführungsbeispielen im Hinblick auf die Streifenbelastbarkeit bevorzugt, obwohl die Streifenbelastbarkeit der Ausführungsformen mit Normalgewinde dadurch verbessert werden kann, daß die Länge der Gewinde etwas größer gewählt wird.

F i g. 13 zeigt ein Diagramm, das dem in F i g. 8 dargestellten entspricht, wobei die Eigenschaften des in F i g. 12 gezeigten selbsthemmenden Gewindes im Vergleich zu herkömmlichen Gewinden dargestellt sind. F i g. 13 zeigt Testmessungen an einem 7/16 Zoll Bolzen der Gütestufe 5 mit einem Normalgewinde und drei verschiedenen Muttern.

Die Testmessungen wurden mit der oben genannten Junkers Testmaschine durchgeführt. Die Kurve 162 stellt das Ergebnis einer Testmessung dar, die mit einem Bolzen und einer Mutter mit Normalgewinde durchgeführt wurde, wobei keine Maßnahmen zur Selbsthemmung getroffen worden waren. Es ist leicht zu erkennen, daß die effektive Selbsthemmung in weniger als 14 see. nahezu auf Null fällt. Die Kurve 164 zeigt die Ergebnisse einer Testmessung mit einem Bolzen mit Normalgewinde und einer an sich bekannten selbsthemmenden Mutter, die angequetscht oder deformiert wird. Diese spezielle selbsthemmende Anordnung ist zwar der durch die Kurve 162 gekennzeichneten Anordnung überlegen, jedoch verliert sie ihre selbsthemmende Wirkung sehr schnell, so daß diese nach ca 26 see. praktisch nicht mehr vorhanden war. Die Kurve 166 zeigt das Ergebnis einer Testmessung mit der in F i g. 12 gezeigten Gewindeform, wobei der Bolzen ein Normalgewinde aufwies und die Mutter

mit den Rampen 126 versehen war. Es ist klar ersichtlich, daß die Sicherung oder Selbsthemmung bei dieser Gewindeform wesentlich besser als bei den durch die Kurven 162 und 164 gekennzeichneten Gewindeform ist, und daß die Selbsthemmung der erfindungsgemäßen Gewindeform während der gesamten Dauer der Testmessung ein hohes, erstrebenswertes Niveau beibehalten.

Durch die Erfindung wird demnach ein selbsthemmendes Gewinde geschaffen, welches an verschiedenen mit

Innengewinde oder Außengewinde versehenen Elementen, beispielsweise an einem Bolzen und einer Mutter oder an einem Bolzen und einem mit einer Gewindebohrung versehenen Guß- oder Preßteil oder dgl., vorgesehen werden kann. Die allgemeine Gewindeform kann ein Normalgewinde oder ein Trapezgewinde sein. Beispielsweise können solche Gewinde gemäß des American Standard oder des Unified Standard, USST, verwendet werden. Die Gewinde sind frei laufend, bis auf sie eine vorgegebene Belastung ausgeübt wird, wobei von diesem Punkt an die Selbsthemmung des Gewindes auftritt, so daß eine seitliche Relativbewegung zwischen der Mutter und dem Bolzen verhindert wird, durch die ein Lockern der miteinander verschraubten Teile unter Schwingungen oder ähnlich schwierigen Betriebsbedingungen möglich wird. Das selbsthemmende Gewinde kann entweder nur an einem der beiden mit einem Gewinde versehenen Elemente vorgesehen sein oder an beiden. Andererseits ist das selbsthemmende Gewinde gemäß der Erfindung auch dann wirksam, wenn das selbsthemmende Gewinde mit herkömmlichen Gewindeteilen zusammenwirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsthemmendes Gewinde zur Verwendung bei zwei miteinander durch Schraubung zu verbindenden Elementen, beispielsweise ein Bolzen und eine Mutter, bei denen das Gewinde freilaufend ist bis eine vorgegebene axiale Belastung auf die Gewinde der Elemente wirkt und einen positiven Kontakt zwischen den Gewinden ausübt, um eine seitliche Relativbewegung der Flanken zu verhindern, wobei der Gewindefuß wenigstens einem Element von der zur Gewindeachse parallelen Richtung abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindefuß zu einer schräg zur Gewindeachse verlaufenden Rampe (16,17,126,160) ausgebildet ist und der Neigungswinkel der Rampe (16, 17, 126, 160) zur Gewindeachse jeweils konstant

ίο bleibend 15° bis45°, vorzugsweise 20° bis 30° beträgt

2. Selbsthemmendes Gewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel der Rampe (16, 160) am Gewindefuß der Mutter (15,152) kleiner als am Gewindefuß des Bolzens (11,154) ist

3. Selbsthemmendes Gewinde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Winkeldifferenz vorzugsweise 7,5" beträgt.

4. Selbsthemmendes Gewinde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel der Rampe am Gewindefuß der Mutter und der Winkel der Rampe am Gewindefuß des Bolzens etwa gleich groß bei etwa gleich hartem Material sind.

5. Selbsthemmendes Gewinde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Flanken der Grate (19,23) einen spitzen Winkel bilden.

6. Selbsthemmendes Gewinde nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitsfaktor etwa 0,05 mm beträgt um Abweichungen bei der Herstellung zu berücksichtigen.