DE2813494C2

DE2813494C2 -

Info

Publication number: DE2813494C2
Application number: DE2813494A
Authority: DE
Inventors: Paul Albert Trimmer
Original assignee: Harvard Industries Inc
Current assignee: Harvard Industries Inc
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1989-02-09
Also published as: IT1116351B; GB1603146A; JPS53131356A; GB1603148A; US4282913A; JPS6249490B2; SE7803214L; FR2401352A1; IT7848600A0; DE2813494A1; FR2401352B1; CA1123638A

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstsperrende Sicherungsmutter mit einem Metallkörper mit einem ersten und einem zweiten sich gegenüberliegenden Ende, einem Schrauben-Innengewinde mit vorbestimmten größerem und kleinerem Nenndurchmesser, das zwischen den Enden verläuft und nahe dem ersten Ende des Körpers ein erstes axiales Ende aufweist, in das ein komplementäres Element mit Außengewinde eingeführt werden kann, mit einer Aussparung im Metallkörper, die sich von dessen zweiten Ende axial hinweg zu dessen erstem Ende erstreckt und eine in Umfangsrichtung durchgehende Innenfläche aufweist, die koaxial mit der Gewindeachse und ihr zugewandt in einem Abstand von mehr als dem halben größeren Durchmesser des Gewindes verläuft, und mit einer in Umfangsrichtung durchgehenden Sicherungshülse aus von einem Gewinde eindrückbarem, thermoplastischen Material, die in der Aussparung angeordnet ist und mindestens einen wesentlichen Teil einer im wesentlichen gleichmäßigen radialen Dicke aufweist.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer selbstsperrenden Sicherungsmutter, bei dem man eine selbstsichernde Hülse aus durch ein Gewinde eindrückbarem, thermoplastischen Material in einem Metall-Mutternkörper ausbildet, der ein erstes und ein zweites sich gegenüberliegendes Ende, ein Innengewinde mit vorbestimmten größerem und kleinerem Nenndurchmesser zwischen den Enden und eine Aussparung aufweist, die axial vom zweiten Ende zum Gewinde hin verläuft und zum zweiten Ende und zum Gewinde offenliegt, wobei die Aussparung eine in Umfangsrichtung durchgehende Innenfläche hat, die mit der Gewindeachse koaxial und von dieser in einem Abstand von mehr als dem halben größeren Gewindedurchmesser verläuft.

Eine selbstsperrende Sicherungsmutter der eingangs erwähnten Art ist aus der US-PS 24 50 694 bekannt und weist wie ein in Fig. 1 der Zeichnung dargestellter Längsschnitt der Sicherungsmutter 12 verdeutlicht, einen Metallkörper 14 mit einem Schrauben-Innengewinde 16 mit vorbestimmten größerem und kleinerem Nenndurchmesser auf. In ein erstes axiales Ende 18 der Sicherungsmutter 12 und des Schrauben-Innengewindes 16 kann ein komplementäres Element mit Außengewinde (nicht gezeigt) eingeführt werden. An einem zweiten axialen Ende 20 des Schrauben-Innengewindes 16 befindet sich eine ringförmige Aussparung 22, die teilweise von einem in Umfangsrichtung kontinuierlichen Flanschteil 24 gebildet wird, der axial vom ersten Ende 18 absteht und eine zylindrische Fläche 26 aufweist, die koaxial mit der Achse des Schrauben-Innengewindes 6 verläuft und dieser zugewandt ist. Der Metallkörper 14 weist weiterhin eine ringförmige Senkschulter 27 auf, die vom Ende 18 weggewandt verläuft und die Fläche 26 und das zweite Ende 20 des Schrauben-Innengewindes 16 miteinander verbindet.

Die Sicherungsmutter 12 weist weiterhin eine z. B. spritzgeformte Sicherungshülse 28 aus Nylon auf, die in der Aussparung 22 mechanisch festgehalten ist. Zu diesem Zweck ist der Flanschteil 24 auf die obere Fläche 30 der Sicherungshülse 28 umgebördelt, wodurch diese in der Aussparung 22 festgehalten ist und ihre Drehung gegenüber dem Metallkörper 14 verhindert wird. Der Widerstand der Sicherungshülse 28 gegen ein Drehen kann unterstützt werden, indem der auf der Sicherungshülse 28 befindliche Teil des Flansches 24 an vorbestimmten Stellen 32 eingedrückt wird. Die Sicherungshülse 28 hat eine zylindrische Innenfläche 34, die mit der Achse des Schrauben-Innengewindes 16 koaxial und dieser zugewandt verläuft, und die einen Durchmesser hat, der etwas geringer als der Spitzendurchmesser des Außengewindes des komplementären Elementes ist, so daß bei kontinuierlichem Eindrehen des komplementären Elementes mit Außengewinde dieses nach dem Durchlaufen des Schrauben-Innengewindes 16 auf die zylindrische Fläche 34 der Sicherungshülse 28 trifft, sich in diese eindrückt und die gewünschte Selbstsicherung bewirkt. Da die Sicherungshülse 28 vorgeformt ist, weist sie am axialen Ende der Fläche 34, das an das Schrauben-Innengewinde 16 angrenzt, meistens eine scharfe Kante auf.

Die vorgeformte Sicherungshülse 28 hat eine verhältnismäßig große radiale, zwischen der Innen- und der Außenfläche gemessene Dicke, so daß die Gesamtabmessungen der Sicherungsmutter 12 gewissen Einschränkungen unterliegen, die in einigen Fällen unerwünscht sind, wie nachfolgend dargelegt wird. So muß der auf der Sicherungshülse 28 befindliche Teil des Flansches 24 eingedrückt bzw. umgebördelt werden, nachdem die Sicherungshülse 28 in die Aussparung 22 eingesetzt worden ist. Durch diese notwendige Maßnahme wird zum einen die Härte und damit die erreichbare Zugfestigkeit der Sicherungsmutter 12 in nachteiliger Weise begrenzt, da eine Wärmebehandlung, mit der diese Zugfestigkeit eingestellt werden soll, abgeschlossen sein muß, bevor die Sicherungshülse 28 in die Aussparung 22 eingesetzt wird, d. h. vor dem Eindrückvorgang. Zum anderen läßt sich der Rohling für die Sicherungsmutter 12 nicht aus hochkalthärtbarem Werkstoff kaltformen. Weiterhin verläuft bei der Sicherungsmutter 12 der eingedrückte bzw. umgebördelte Flanschteil über die Sicherungshülse 28 und axial über diese hinaus, so daß er zur axialen Höhe der Sicherungsmutter 12 beiträgt, nicht aber zu deren Sicherungseigenschaften oder Festigkeit.

Bekannt ist weiterhin eine Sicherungsmutter (US-PS 33 16 338), bei der ein Metallkörper mit Innengewinde mit einer axial verlaufenden ringförmigen Aussparung an einem Ende des Schrauben-Innengewindes der Sicherungsmutter versehen ist. Eine Ringnut ist in diese Aussparung zu einer doppelt unterschnittenen Konfiguration eingebracht. Die radiale Fläche der Sicherungsmutter, die an die Aussparung angrenzt, ist gerändelt, damit sie ein Sicherungselement besser greifen kann. Ein Bolzen mit einem Gewinde und einem glatten Schaftteil entsprechend dem Kerndurchmesser des Schrauben-Innengewindes wird in dieses eingeschraubt, wobei der glatte Schaftteil sich mit der Aussparung ausrichtet. Diese Anordnung wird dann in Kunststoffpulver getaucht, so daß die Aussparung sich mit dem Pulver füllt und dieses auch am Bolzenschaft entlang emporsteigt. Danach wird die Bolzen- Sicherungsmutter-Anordnung zusammen mit dem Pulver auf eine Heizplatte aufgesetzt, um einen Schmelzvorgang durchzuführen, indem die Anordnung auf die Schmelztemperatur des Pulvers erwärmt wird. Das Pulver verschmilzt dabei zu einer einheitlichen Masse, die nach dem Abkühlen und Verfestigen angeblich fest am Metallkörper haftet. Nach dem Abkühlen wird der Bolzen aus der Sicherungsmutter so ausgeschraubt, daß der Schaft das Schrauben-Innengewinde durchläuft. Das abgekühlte Kunststoffmaterial, das sich über die Flächen des Metallkörpers erstreckt, soll dabei mit der Sicherungsmutter eine Einheit bilden.

Der Metallkörper dieser bekannten Sicherungsmutter ist komplex und daher in der Herstellung teuer - insbesondere infolge der Notwendigkeit, die doppelt unterschnittene Ringnut in die Aussparung einzuschneiden. Weiterhin ist die Radialabmessung der Aussparung verhältnismäßig groß, so daß sich ein Sicherungselement ergibt, bei dem das Verhältnis der axialen Länge zur radialen Dicke anscheinend nicht größer als Eins ist, d. h. in der gleichen Größenordnung wie das Verhältnis der axialen Länge zur radialen zwischen der Innen- und Außenfläche gemessenen Dicke der Sicherungshülse der nach der US-PS 24 50 694 bekannten Sicherungsmutter.

Bei dem aus der US-PS 33 16 338 bekannten Verfahren zur Herstellung der Sicherungsmutter kann nicht verhindert werden, daß das Kunststoff-Sicherungselement weit über die angrenzende Stirn des Metallkörpers hinaus vorsteht. Auch ist ein solches Verfahren für die Massenproduktion ungeeignet.

Bekannt ist schließlich eine Sicherungsmutter mit einem standardisierten Metallkörper und einem in Umfangsrichtung ununterbrochenen Schrauben-Innengewinde (US-PS 39 75 787). Die Selbstsicherung ergibt sich hier aus einem ringförmigen Kunststoffauftrag mit einer Ausdehnung von mehr als 180° in Umfangsrichtung, der am Schrauben-Innengewinde haftet. Diese Sicherungsmutter ist zufriedenstellend für Anwendungsfälle, bei denen die hohe Leistungsfähigkeit der aus der US-PS 24 50 694 bekannten Sicherungsmutter nicht erforderlich ist, und sie wird nach einem Verfahren hergestellt, bei dem der Metallkörper mit einer Stirnfläche auf einen Stift aufgesetzt wird, der einen sich verjüngenden Teil aufweist, der mit dem in Umfangsrichtung ununterbrochenen Schrauben-Innengewinde zusammen einen Innenraum bildet, in den das Kunststoffpulver eingefüllt wird. Der Metallkörper wird dann erwärmt, um das Pulver zu schmelzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstsperrende Sicherungsmutter der eingangs erwähnten Art in kostensparender Weise zu schaffen, die, ohne hinsichtlich ihrer Abmessungen eingeschränkt zu sein, ein einfach herstellbarer, hohen Leistungskriterien genügender Massenartikel ist. Insbesondere soll das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen selbstsperrenden Sicherungsmutter in zuverlässiger, einfacher und kostengünstiger Weise eine Massenproduktion ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aussparung zum zweiten Ende des Metallkörpers offen liegt, daß die Sicherungshülse eine Außenfläche besitzt, die durch Klebung an der Innenfläche der Aussparung festgelegt ist, wobei das Verhältnis der axialen Länge zur radialen, zwischen der Innen- und der Außenfläche gemessenen Dicke der Sicherungshülse größer als 2,5 : 1 ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen selbstsperrenden Sicherungsmutter ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 13.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man das Verfahren mit Hilfe eines Dorns ausführt, der eine Auflagefläche für den Mutternkörper, einen zylindrischen Abdichtabschnitt mit einem Durchmesser, der gerade klein genug ist, um in das Gewinde zu passen, und einen einen Hohlraum bildenden Abschnitt aufweist, der koaxial mit dem Abdichtbereich verläuft und eine kleinere Querabmessung als dieser aufweist, daß man den Mutternkörper mit dem ersten Ende nach vorn auf den Dorn aufschiebt, bis das erste Ende auf der Mutternauflagefläche aufliegt, der Abdichtabschnitt sich innerhalb des Gewindes befindet und der einen Hohlraum bildende Abschnitt sich mindestens teilweise in der Aussparung des Mutternkörpers befindet, um mit der Innenfläche der Aussparung einen ringförmigen und nach oben offenen Hohlraum am zweiten Ende des Körpers zu bilden, daß man ein Pulver des thermoplastischen Materials in den Hohlraum einbringt und dann das Pulver zu einer einheitlichen verschmolzenen Masse erwärmt, die die Innenfläche der Aussparung über deren gesamte Umfangsfläche kontaktiert und benetzt, jedoch von dem vom einen Hohlraum bildenden Dornabschnitt radial auswärts beabstandet liegt, daß man dann den Mutternkörper abkühlt, um das thermoplastische Material zu verfestigen und die selbstsichernde Hülse mit einer zylindrischen Außenfläche zu versehen, die durch Klebung an der Innenfläche der Aussparung festgelegt ist, und ferner mit einer Innenfläche auszubilden, die der Gewindeachse zugewandt ist, sie umgibt und im wesentlichen koaxial mit und von ihr in einem Abstand von weniger als dem halben größeren Gewindedurchmesser verläuft, und daß man die Mutter schließlich vom Dorn abnimmt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen 15 bis 17.

Der Metallkörper der erfindungsgemäßen selbstsperrenden Sicherungsmutter läßt sich kostengünstig durch Kaltverformung herstellen. Insbesondere ermöglicht das Verhältnis der axialen Länge zur radialen, zwischen der Innen- und der Außenfläche gemessenen Dicke der Sicherungshülse von größer als 2,5 : 1 die Erschmelzung des Pulvers zu einer einheitlich verschmolzenen, die endgültige Hülsenform bildende Masse, die die Innenfläche der Aussparung über deren gesamte Umfangsfläche benetzt und kontaktiert, allein durch Erwärmung ohne zusätzliche maschinelle Bearbeitung. Auf diese Weise kann die Innenfläche in gewünschter optimaler Weise parallel zum Außengewinde hergestellt werden. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Innenfläche der Aussparung nicht größer als 105% des größeren Gewindedurchmessers und die axiale Länge der Sicherungshülse größer als die doppelte Ganghöhe. Vorzugsweise ist das Verhältnis der axialen Länge zur radialen, zwischen der Innen- und der Außenfläche gemessenen Dicke der Sicherungshülse 3,4 : 1 oder größer. Die radiale Dicke zwischen der Innen- und der Außenfläche ist maximal gleich der Gewindetiefe.

Im Abschnitt 6.13 des HANDBOOK H 28 (1969) SCREW-THREAD STANDARDS FEDERAL SERVICES vom März 1970 des National Bureau of Standards (SD Catalog No. C 13.11:28) ist die Gewindetiefe wie folgt definiert: "Die Gewindetiefe eines Gewindes, d. h. die Höhe eines spitzen V-förmigen Gewindeganges, ist die radial gemessene Entfernung zwischen dem Spitzen- und dem Wurzelzylinder bzw. -kegel.

Vorzugsweise liegt die Aussparung zum zweiten Ende offen, befindet sich ein erster Teil der selbstsichernden Hülse auf dem Muttergewinde und ist die selbstsperrende Hülse mit einer Außenfläche durch Klebung an der Innenfläche der Aussparung und am Muttergewinde festgelegt.

Vorzugsweise wird beim Pulvereinbringschritt auf dem zweiten Ende des Mutternkörper sein Pulverüberschuß vorgesehen, der vor dem Erwärmen entfernt wird. Die Erwärmung erfolgt, indem der Dorn mit der aufgesetzten Mutter zwischen zwei Induktionsheizelementen so hindurchgeführt wird, daß meist das radial am weitesten außen liegende Pulver schmilzt und der Schmelzvorgang sich dann radial einwärts fortsetzt.

Die erfindungsgemäße selbstsperrende Sicherungsmutter stellt einen kostengünstigen Massenartikel dar, der hohen Leistungskriterien genügt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr zuverlässig und ermöglicht die Herstellung des Metallkörpers der Sicherungsmutter durch Kaltverformung in kostengünstiger Weise.

Die erfindungsgemäße selbstsperrende Sicherungsmutter und das Verfahren zu ihrer Herstellung werden nun anhand der Fig. 2 bis 14 beschrieben. Dabei sind:

Fig. 2 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der Sicherungsmutter mit einem Metallkörper und einer Sicherungshülse;

Fig. 3 ein Schnitt auf der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der Sicherungsmutter mit einem Metallkörper und einer Sicherungshülse;

Fig. 5 ein Schnitt auf der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 ein vergrößerter Teilschnitt des Metallkörpers nach Fig. 2 und 3, wobei in die Sicherungsmutter ein Dorn eingesetzt ist und thermoplastisches Pulver den Hohlraum zwischen dem Metallkörper und dem Dorn ausfüllt;

Fig. 7 einer der Fig. 6 ähnliche Darstellung, wobei jedoch die fertige Sicherungsmutter der Fig. 2 und 3 sowie der Zusammenhang zwischen den Abmessungen des Metallkörpers, der Sicherungshülse und des Dorns gezeigt sind;

Fig. 8 bis 11 Ansichten, die im Axialschnitt den Metallkörper der Fig. 2, 3, 6 und 7 und weiterhin als Seitenriß den Dorn der Fig. 6, 7 zeigen, wobei diese Darstellungen eine Schrittfolge des Verfahrens zur Herstellung der Sicherungsmutter der Fig. 2 und 3 zeigen;

Fig. 12 eine der Fig. 6 ähnliche Darstellung, die jedoch einen modifizierten Metallkörper sowie einen modifizierten Dorn zeigt;

Fig. 13 eine der Fig. 7 ähnliche Darstellung, die eine dritte Ausführungsform der Sicherungsmutter zeigt, die aus dem Metallkörper der Fig. 12 mit Hilfe des Dorns der Fig. 12 hergestellt werden kann, wobei für diese Ausführungsform die Abmessungszusammenhänge zwischen der Sicherungshülse, dem Metallkörper und dem Dorn gezeigt sind; und

Fig. 14 eine der Fig. 13 ähnliche Darstellung, die eine vierte Ausführungsform der Sicherungsmutter zeigt, die sich aus dem Metallkörper der Fig. 12 mit Hilfe des Dorns der Fig. 12 herstellen läßt, wobei für diese Ausführungsform die Abmessungszusammenhänge zwischen Sicherungshülse, dem Metallkörper und dem Dorn gezeigt sind.

Die Fig. 2, 3, 7 und 11 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der Sicherungsmutter 36, die einen einteiligen Metallkörper 38 mit einem ersten Ende 40 aufweist, das der Sicherungsmutter 36 die Aufspannfläche zum Werkstück erteilt, sowie einem dem ersten Ende 40 gegenüberliegenden und zu diesem parallelen zweiten Ende 42. Der Metallkörper 38 ist gleichermaßen in den Fig. 6, 8, 9 und 10 gezeigt.

Der Metallkörper 38 weist ein in Umfangsrichtung ununterbrochenes Innengewinde 44 mit vorbestimmtem kleinerem und größerem Nenndurchmesser auf, das zwischen den Enden 40, 42 verläuft. Die Achse des Innengewindes 44 verläuft rechtwinklig zu den Enden 40, 42 und ein axiales Ende des Innengewindes 44 grenzt an das Ende 40 des Metallkörpers 38 an, so daß dort ein komplementäres Element mit Außengewinde eingeführt werden kann.

Der Metallkörper 38 weist weiterhin eine ringförmige Senkschulter 46, die die Achse des Innengewindes 44 umgibt und von der Fläche 40 am anderen Ende des Innengewindes 44 weggewandt ist, und eine Aussparung 48 auf, die axial vom zweiten Ende 42 des Metallkörpers 38 zum Innengewinde 44 hin vorsteht und zum Ende 42 und zum Innengewinde 44 hin offen ist. Die Aussparung 48 weist eine in Umfangs- und Axialrichtung kontinuierliche zylindrische Fläche 50 auf, die koaxial mit dem Innengewinde 44 verläuft und von der Gewindeachse einen größeren Abstand hat als der halbe größere Nenndurchmesser. Die Fläche 50 hat eine vorbestimmte axiale Länge und verbindet das zweite Ende 42 des Metallkörpers 38 mit der Schulter 46.

Die Sicherungsmutter 36 weist weiterhin eine dünnwandige Sicherungshülse 52 aus einem thermoplastischen Material wie Nylon auf, in die ein Gewinde sich eindrücken kann, die in der Aussparung 48 sitzt und deren in Umfangsrichtung kontinuierliche Außenfläche 54 mit der Fläche 50 über im wesentlichen deren gesamte axiale und Umfangsausdehnung aufgeklebt ist. Die Sicherungshülse 52 weist weiterhin eine in Umfangsrichtung kontinuierliche Fläche 56 auf, die koaxial mit der Gewindeachse und dieser zugewandt verläuft und von dieser einen Abstand von weniger als dem halben größeren Nenndurchmesser einhält. Das axiale Ende der Sicherungshülse 56 am Innengewinde 44 kann mit einer auswärts verlaufenden leichten Aufweitung 58 versehen sein (vgl. insbesondere Fig. 7), um das Einführen des komplementären Elementes mit Außengewinde in die Sicherungshülse 52 zu erleichtern.

Der Metallkörper 38 ist auch mit Außensechskantflächen 60 zum Ansetzen eines Schlüssels versehen, die von der Gewindeachse gleichbeabstandet sind und axial über einen wesentlichen Teil der axialen Länge des Metallkörpers 38 verlaufen. Die Flächen 60 bilden einen Schlüsselsechskant vorbestimmter Normschlüsselweite.

Der Metallkörper 38 weist weiterhin eine konische Außenfläche 62 auf, die koaxial mit dem Innengewinde 44 verläuft und das Ende 42 mit dem Sechskanteflächen 60 verbindet, so daß das Ende 40 vom Ende 42 durch Betrachten unterschieden werden kann und die Sicherungsmutter 36 sich in automatisierten Zufuhranlagen einwandfrei ausrichten läßt.

Nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren sind Sicherungsmuttern 36 der US-Normgewindegröße 5/8-18 hergestellt und erfolgreich geprüft worden.

Für alle diese Sicherungsmuttern 36 der US-Normgewindegröße 5/8-18 gelten folgende Parameter:

Tabelle 1 Sicherungsmuttern 36 - Gewindegröße 5/8-18

Gesamthöhe der Sicherungsmutter (Abstand der Flächen 40 und 42): 19,30 mm;
Mutternhöhe (Fläche 40 bis Fläche 42): 15,39 mm;
Höhe der Fläche 50 und axiale Länge der Sicherungshülse 52: 3,91 mm;
Durchmesser der Fläche 50: 16,28 bis 16,46 mm;
Durchmesser der Hülsenfläche 56: 14,15 bis 14,45 mm;
Radiale Dicke der Sicherungshülse 52: 0,91 bis 1,17 mm;
Kleinere Nenndurchmesser des Innengewindes 44: 13,13 bis 14,71 mm;
Größere Nenndurchmesser des Innengewindes 44: 15,88 mm minimum;
Senkschulter 46: eingeschlossener Winkel 170°;
Schlüsselweite (Abstand zweier diametraler Flächen 60): 23,57 bis 23,88 mm;
Gewicht pro 100 Stück: 4,313 kg.

Zum Vergleich gelten die folgenden Parameter für die aus der US-PS 24 50 694 bekannte 5/8-18 Sicherungsmutter 12 mit Schlüsselsechskant:

Tabelle 2 Sicherungsmutter 12 nach der US-PS 24 50 694 - Gewinde 5/8-18

Gesamthöhe der Sicherungsmutter: 19,05 mm;
Mutternhöhe (Ende 18 bis Fläche 26): 15,14 mm;
Durchmesser der Fläche 26: 21,03 mm;
Durchmesser der Fläche 34: 14,02 mm, meistens gleich dem größeren Nenndurchmesser des Innengewindes;
Größerer Nenndurchmesser des Innengewindes: 14,50 bis 14,71 mm;
Kleinerer Nenndurchmesser des Innengewindes: 15,88 mm;
Senkschulter 27: aufgespannter Winkel 170°;
Schlüsselweite: 23,57 bis 23,88 mm;
Gewicht pro Stück 100 Stück: 4,041 kg.

Bei der Herstellung der bekannten Sicherungsmutter 12 wird dieses beim Aufbördeln des Flansches 24 auf die obere Fläche 30 der Sicherungshülse 28 leicht verformt. Während des Zusammensetzens mit dem Metallkörper 14 liegen die zylindrischen Innen- und Außenflächen und die koaxialen oberen und die unteren ebenen parallelen Flächen rechtwinklig zur oberen und unteren Fläche. Die Ausgangsabmessungen der Sicherungshülse 28 für die Sicherungsmutter 12 (5/8-18-Gewinde) sind wie folgt:

Tabelle 3 Sicherungshülse 28 nach der US-PS 24 50 694 für die Sicherungsmutter 12 (3/8-18-Gewinde)

Durchmesser der Innenfläche (wird zur Fläche 34): 14,81 bis 14,96 mm;
Durchmesser der Außenfläche (liegt a. d. Fläche 26 an): 20,65 bis 20,75 mm;
Radiale Dicke: 2,84 bis 2,97 mm;
Abstand von oberer zu unterer Stirnfläche: 3,43 bis 3,68 mm;

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Sicherungsmutter 66, bei der zum Tragen kommt, daß keine Verformung von Metall nach dem Einsetzen des Sicherungselementes erforderlich ist.

Die Sicherungsmutter 66 weist einen einteiligen Metallkörper 68 mit einem ersten Ende 70 auf, an dem ein zylindrischer Außenflansch 71 für eine Aufsetzfläche der Sicherungsmutter 66 zum Werkstück sorgt, während ein zweites Ende 72 dem ersten Ende 70 gegenüber und parallel zu ihm angeordnet ist. Der Flansch 71 ist in Axialrichtung sehr dünn.

Der Metallkörper 68 weist weiterhin ein in Umfangsrichtung ununterbrochenes Innengewinde 74 mit vorbestimmtem kleinerem und größerem Nenndurchmesser auf, das zwischen den Enden 70, 72 verläuft. Die Achse des Innengewindes 74 verläuft rechtwinklig zu den Enden 70, 72. Ein axiales Ende des Innengewindes 74 liegt am Ende 70 des Metallkörpers 60, so daß ein komplementäres Element mit Außengewinde in das Ende eingeführt werden kann.

Der Metallkörper 68 weist weiterhin eine ringförmige Senkschulter 76, die die Achse des Innengewindes 74 umgibt und von der Fläche 70 am anderen Ende des Innengewindes 74 abgewandt liegt, und eine Aussparung 78 auf, die axial vom zweiten Ende 72 des Metallkörpers 68 zum Innengewinde 74 verläuft und zum Ende 42 und zum Innengewinde 74 hin offen ist. Die Aussparung 78 hat eine in Umfangsrichtung und axial ununterbrochene zylindrische Innenfläche 80, die koaxial mit dem Innengewinde 74 und von dessen Achse in einem Abstand von mehr als dem halben kleineren Nenndurchmesser des (Bolzen-)Gewindes beabstandet verläuft. Die Fläche 80 hat eine vorbestimmte axiale Ausdehnung und verbindet das zweite Ende 72 des Körpers 68 mit der Schulter 76.

Die Sicherungsmutter 66 weist weiterhin eine dünnwandige selbstsichernde Hülse 82 aus einem thermoplastischen Werkstoff wie Nylon auf, in die ein Gewinde sich eindrücken kann und die eine in Umfangsrichtung durchgehende -Außenfläche 84 aufweist, die auf die Fläche 80 über im wesentlichen deren gesamte axiale und Umfangsausdehnung aufgeklebt ist. Die Hülse 82 hat weiterhin eine in Umfangsrichtung durchgehende Innenfläche 86, die im wesentlichen koaxial mit der Gewindeachse dieser zugewandt und in einer Entfernung von weniger als dem halben größeren Nenndurchmesser des (Bolzen-)Gewindes beabstandet ist. Das axiale Ende der Innenfläche 86 am Innengewinde 74 kann mit einer leichten Aufweitung - ähnlich wie in Fig. 7 gezeigt - versehen sein, um das Einführen des komplementären Elementes mit Außengewinde zu erleichtern.

Der Metallkörper 68 ist weiterhin mit Sechskant-Außenflächen 90 versehen, die äquidistant zur Gewindeachse liegen und axial über einen wesentlichen Teil der axialen Länge des Metallkörpers 68 verlaufen. Die Ansatzflächen 50 bis 90 bilden einen Schlüsselsechskant vorbestimmter Standardschlüsselweite, die jedoch kleiner als die des Metallkörpers 38 ist.

Weiterhin weist der Metallkörper 68 eine konische Außenfläche 92 auf, die koaxial mit dem Innengewinde 74 verläuft und das Ende 72 mit dem Schlüsselsechskant 90 verbindet. Diese Fläche bietet eine Sichtbestimmung der Fläche 70 im Unterschied zum Ende 72 und weiterhin ein Mittel, um die Sicherungsmutter in einer automatisierten Zufuhreinrichtung einwandfrei auszurichten.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wurden Sicherungsmuttern 66 mit Standardgewinde 5/8-18 hergestellt und erfolgreich getestet.

Die folgenden Parameter gelten für diese Sicherungsmuttern 66 mit 5/8-18-Gewinde:

Tabelle 4 Sicherungsmutter 66 mit 5/8-18-Gewinde

Gesamthöhe der Sicherungsmutter (Abstand der Fläche 70 zur Fläche 72): 17,40 mm;
Mutternhöhe (Abstand der Fläche 70 zur Fläche 80): 13,49 mm;
Höhe der Fläche 80 und axiale Länge der Hülse 82: 3,91 mm;
Durchmesser der Mutternfläche 80: 16,28 bis 16,46 mm;
Durchmesser der Hülsenfläche 86: 14,15 bis 14,45 mm;
Radiale Dicke der Hülse 82: 0,91 bis 1,17 mm;
Kleinere Nenndurchmesser des Gewindes (Bolzen) 74: 14,50 bis 14,71 mm;
Größere Nenndurchmesser des Gewindes (Bolzen) 74: min. 15,88 mm;
Senkschulter 76, aufgespannter Winkel 170°;
Schlüsselweite (Abmessung diametral über Ansatzflächen 90): 21,97 bis 22,28 mm;
Außendurchmesser des Flansches 71: 26,59 mm;
Gewicht pro Stück: 3,223 kg.

Wie ersichtlich, erreicht die Sicherungsmutter 66 mit 5/8-18-Gewinde eine Gewichtseinsparung von etwa 20% gegenüber der Sicherungsmutter 12 mit 5/8-18-Gewinde nach der US-PS 24 50 694. Diese Gewichtsersparnis wird ermöglicht durch den Umstand, daß nach dem Einsetzen des Sicherungselementes in den Metallkörper keine Metallverformung stattfindet, so daß der Metallkörper wärmebehandelt werden kann, um seine Festigkeit zu erhöhen und seine Größe zu verringern, indem primär ein kleinerer, aber noch normalgroßer Schlüsselsechskant verwendet wird.

Läßt man die Festigkeit außer Betracht, so ergeben sich immer noch erhebliche Gewichtseinsparungen (geringere Abmessungen des Schlüsselsechskants). Bei der Sicherungsmutter 12 mit 5/8-18-Gewinde nach der US-PS 24 50 694 erfordert der Durchmesser der Fläche 26 mit 21,03 mm einen Außendurchmesser des Flanschteils 24 von 22,66 mm. Die letztere Abmessung muß kleiner sein als die Ausdehnung über die Schlüsselansatzflächen des Schlüsselsechskants. Es wäre also nicht möglich, bei einer Sicherungsmutter 12 mit Gewinde 5/8-18 nach der US-PS 24 50 694 die Schlüsselweite von 21,97 bis 22,28 mm der 5/8-18-Sicherungsmutter 66 zu verwenden, was bei letzterer infolge der geringen radialen Dicke der Sicherungshülse 52 möglich ist.

Die geometrischen Einschränkungen der Ausdehnung des Schlüsselsechskants sind somit überwunden. Bezüglich der Geometrie ist lediglich erforderlich, daß die Diagonalentfernung zwischen zwei Ansatzflächen des Schlüsselsechskants größer als der Durchmesser der Fläche 50 oder 80 ist.

5/8-18-Sicherungsmuttern 12 nach der US-PS 24 50 694 sowie die Sicherungsmuttern 36 mit dem gleichen Innengewinde, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, wurden auf Momenterhalt nach der Prüfnorm "Military Specification MIL-N-25027" geprüft. Beide bestanden die Prüfung mit im wesentlichen gleichwertigen Ergebnissen, wobei die Zahlenwerte in 1,15 · 10^-2 Kpm angegeben sind.

Tabelle 6

Momentprüfung

5/8-18-Sicherungsmutter n. d. US-PS 24 50 694

5/8-18-Sicherungsmutter 36

Die MIL-N-25027-Prüfnorm fordert für jedes An-Moment maximal 3,45 m · kg und für jedes Ab-Moment ein Minimum von 0,368 m · kg.

Bei dem Verfahren zur Herstellung der Sicherungshülse 36 wird ein Pulver aus thermoplastischem Werkstoff wie Nylon verwendet, das in den Hohlraum innerhalb der Fläche 50 des Metallkörpers 38 eingebracht wird; dieses erwärmt man dann, um das Pulver zu schmelzen. Beim Kühlen verfestigt sich das thermoplastische Material zu der gewünschten Sicherungshülse 52, die fest an der Fläche 50 haftet.

Insbesondere sind die Schritte des Verfahrens in den Fig. 6 bis 11 gezeigt. Das Verfahren wird mit Hilfe eines Dorns 100 durchgeführt. Der Dorn ist aus einem Werkstoff, an dem das geschmolzene thermoplastische Material nicht haftet. Beispiele für geeignete Dornwerkstoffe sind die Fluoroplastharze wie Teflon.

Der Dorn 100 hat einen unteren zylindrischen Teil 102 mit vorbestimmtem Durchmesser, einen zwischenliegenden bzw. Verschlußteil 106 mit kleinerem Durchmesser als der untere Teil 102 und einen oberen, einen Hohlraum bildenden Teil 110 mit kleinerem Durchmesser als der Zwischenteil 108. Der obere zylindrische Teil 110 hat an dem vom Teil 102 entfernt liegenden axialen Ende eine abgerundete Spitze 112.

Die Teile 102, 106 und 110 sind koaxial miteinander. Die Teile 102, 106 werden von einer ebenen Ringschulter bzw. Auflagefläche 104 für den Metallkörper miteinander verbunden, die rechtwinklig zur Achse des Dorns 100 verläuft, während die Teile 106, 110 mit einer ebenen Ringschulter bzw. Verschlußfläche 108 verbunden sind, die ebenfalls rechtwinklig zur Achse des Dorns 100 verläuft. Der Übergang vom Teil 106 zur Verschlußfläche 108 ist abrupt, damit eine scharfe Ecke zwischen ihnen entsteht.

Die Abmessungen des Dorns 100, der bei der Herstellung von Sicherungsmuttern 36 mit 5/8-18-Gewinde eingesetzt wurde, sind wie folgt:

Tabelle 7 Dorn 100 für Sicherungsmutter 36 mit 5/8-18-Gewinde

Durchmesser des Unterteils 102 und Außendurchmesser der Auflagefläche 104: 20,62 mm;
Durchmesser des Zwischenteils 106 und Außendurchmesser der Verschlußfläche 108: 14,27 mm;
Durchmesser des Oberteils 110: 12,12 bis 12,27 mm;
Axiale Länge des Zwischenteils 106: 15,14 mm:
Axiale Länge des Oberteils 110: 4,93 mm;
Gemeinsame Länge der Teile 106, 110: 20,07 mm;
Rundungsradius bei 112: 1,52 mm.

Der Metallkörper 38 wird auf den Dorn 100 gesetzt, dessen Achse vertikal steht, bis das Ende 40 auf der Tragfläche 104 aufliegt und die Achse des Innengewindes 44 im wesentlichen in die Achse des Dorns 110 fällt. Bei so mit dem Dorn 100 zusammengesetztem Metallkörper 38 ergibt sich folgender Zusammenhang: Der Zwischenteil 106 liegt innerhalb des Innengewindes 44 bei einem radialen Spiel von etwa 0,1 bis 0,2 mm zwischen Teil 106 und Innengewinde 44. Die Verschlußfläche 108 liegt in einer Ebene etwa 0,25 mm unter Ebene der Fläche 50 am Innengewinde 44. Das axiale Ende des Dorns 100, das vom Teil 102 entfernt ist, liegt in einer Ebene etwa 0,76 mm über der Fläche 42.

Gemeinsam bilden der Metallkörper 38 und der Dorn 100 einen Ringraum 114, der am Ende 42 des Metallkörpers 38 offenliegt.

Insbesondere wird der Hohlraum 114 von der Fläche 50, dem oberen Ende des Innengewindes 44 und der Schulter 46 des Metallkörpers 38 und vom oberen zylindrischen Teil 110 sowie der Verschlußfläche 108 des Dorns 100 gebildet. Der Hohlraum 114 hat eine radiale Ausdehnung von etwa 2,03 bis 2,13 mm.

Bei mit dem Dorn 100 zusammengesetztem Metallkörper werden diese Teile unter einem Pulverspeiserohr 116 (Fig. 8) hindurchgeführt, das eine konstant fließende Strömung 118 des Pulvers aus dem thermoplastischen Werkstoff liefert, so daß sich das Pulver im Hohlraum 114 ablagert, bis er vollständig gefüllt ist. Während dieses Füllvorgangs kann sich ein Pulverüberschuß auf der Fläche 42 des Metallkörpers 38 und auf der vom Teil 102 abgewandten Stirnfläche 100 des Dorns 100 ansammeln. Die Verschlußfläche 108 verhindert, daß ein wesentlicher Pulveranteil unten aus dem Hohlraum 114 herausfällt.

Dieses überschüssige Pulver wird entfernt, indem der auf dem Dorn 100 befindliche Metallkörper 38 unter eine Haube 124 in Form eines umgedrehten Trichters geführt und auf das hohlraumseitige Ende dieser Anordnung einen Luftstoß 122 aufgebracht wird, wie in Fig. 9 gezeigt.

Das Beseitigen des Pulverüberschusses kann man unterstützen, indem man das obere Ende der Anordnung aus Metallkörper 38 und Dorn 100 mit einem Wischelement aus Filz (nicht gezeigt) abwischt, nachdem man das Pulver eingebracht hat (Fig. 8) und bevor man die Anordnung mit dem Luftstoß 122 abbläst.

Nach dem Entfernen des Pulverüberschusses liegt eine Situation vor, wie sie am besten aus der Fig. 6 hervorgeht, wobei Pulver den Hohlraum 114 bis zu einem Niveau 120 vollständig ausfüllt und geringfügig zur Abrundung 112 des Dorns 100 hin ansteigt.

Sodann wird die Anordnung aus Metallkörper 38 und Dorn 100 zwischen zwei parallelen Induktionsheizelementen 126 hindurchgeführt, die nahe am Metallkörper 38 in axialer Nähe des oberen Teils 110 des Dorns 100 liegen, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Induktionsheizelemente 126 erwärmen den Metallkörper 38 auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Pulver 120 zu schmelzen. Zuerst schmilzt dabei das an der Fläche 50 anliegende Pulver. Der Schmelzvorgang pflanzt sich von dort einwärts fort, bis das gesamte Pulver 120 geschmolzen ist. Nachdem das Pulver 120 aus thermoplastischem Material geschmolzen und wieder verfestigt wurde, ist das Volumen des verfestigten thermoplastischen Materials wesentlich geringer als das, das das Pulver vorher eingenommen hat. Es kann dabei grob angenommen werden, daß das verfestigte Material nur etwa das halbe Volumen des Pulvers einnimmt. Da das Schmelzen des Pulvers 120 von außen nach innen fortschreitet, zieht die Oberflächenspannung des geschmolzenen thermoplastischen Materials an der Oberfläche 50 eine ausreichende Menge des unmittelbar einwärts des bereits geschmolzenen liegenden Pulvers in die Schmelze hinein, und so weiter, bis das gesamte Pulver 120 geschmolzen ist und eine einheitliche Masse bildet, die die Fläche 50 berührt und benetzt, aber von Teil 110 des Dorns 100 radial auswärts beabstandet liegt.

Beim nachfolgenden Abkühlen verfestigt sich das thermoplastische Material innerhalb der Fläche 50 und bildet dabei die gewünschte Sicherungshülse 52 aus, die fest an der Fläche 50 haftet. Fig. 7 zeigt die abmessungsmäßigen Zusammenhänge zwischen der Sicherungshülse 52 und dem Dorn 100. Infolge der Oberflächenspannung der Pulverschmelze weiten sich die axialen Enden der Fläche 56 der Sicherungshülse 52 geringfügig zu einer meniskusartigen Kontur nach außen auf.

Zu einem geeigneten Zeitpunkt nach dem Schmelzbeginn des Pulvers 120 nimmt man die Mutter 36 vom Dorn 100 ab, wie in Fig. 11 gezeigt.

Das dem Innengewinde 44 entfernt liegende axiale Ende der Sicherungshülse 52 fällt in Axialrichtung mit dem Ende 42 des Metallkörpers 38 zusammen, so daß abmessungsmäßige Einschränkungen vermieden sind.

Die Haftung der Sicherungshülse 52 am Metallkörper läßt sich durch eine kiesbestrahlte Oberfläche 50 verbessern, die bis zu dreieinhalbmal größer als die ursprüngliche Oberfläche ist, indem ein Chromat- oder ein Eisenphosphat-Umwandlungsbelag (0,43 bis 0,097 mg/cm²) zum Schutz gegen ein Eindringen von Wasser entlang der Klebelinie zwischen dem Metallkörper 38 und der Sicherungshülse 52 sowie eine Grundierung (beispielsweise ein Epoxymaterial) auf die Oberfläche 50 aufgebracht und/oder ein Nylonpulver verwendet wird, das die Grundierung bereits enthält. Z. B. kann ein Nylonpulver verwendet werden, das eine Grundierung enthält. Die Teilchengrößen verteilen sich etwa wie folgt:

5% gröber als 80 mesh
45% zwischen 80 und 200 mesh und
50% feiner als 200 mesh.

Zu beachten ist die Neigung des geschmolzenen thermoplastischen Materials durchzuhängen, d. h. sich am Boden des Hohlraums 114 zu konzentrieren, bevor es sich hat verfestigen können. Wenn das Durchhängen schwerwiegend wird, erhält man eine nicht mehr zufriedenstellende Sicherungsmutter.

Es hat sich herausgestellt, daß man das Durchhangproblem umgehen kann, wenn man das Verhältnis der axialen Länge der Sicherungshülse 52 bzw. 82 zu deren radialen, zwischen der Innen- und der Außenfläche gemessenen Dicke sehr groß macht. Vorteilhafterweise stellt sich das Durchhängen nicht mehr als Problem dar, wenn dieses Verhältnis mindestens etwa 2,5 beträgt. für die 5/8-18-Sicherungsmuttern 36, 66, die wie oben angegeben bemessen sind, kann das Verhältnis zwischen etwa 3,4 und 4,3 schwanken.

Aus der angegebenen Abmessung der Sicherungshülse 28 der 5/8-18-Sicherungsmutter 12 nach der US-PS 24 50 694 ist zu ersehen, daß der Maximalwert des Verhältnisses der axialen Länge der Sicherungshülse 28 zu seiner radialen Dicke etwa 1,3 beträgt - ein Wert, der typisch für alle Größen der Sicherungsmuttern 121 ist.

Der Durchmesser der Fläche 56, 86 der Sicherungshülse 52 bzw. 82 wird im wesentlichen vorbestimmt von der gewünschten Sicherungswirkung der Sicherungsmutter, desgleichen die axiale Länge der Sicherungshülse 52, 82, die größenordnungsmäßig die Länge mehrerer Gewindegänge hat. Um das Verhältnis der axialen Länge der Sicherungshülse 52, 82 zu ihrer radialen Dicke so groß wie möglich zu machen, sollte der Durchmesser der Fläche 50 oder 80 so gering wie möglich gewählt werden, und zwar gerade groß genug, daß die Integrität der Klebung der Fläche 54, 84 der Sicherungshülse 52 bzw. 82 an der Fläche 50, 80 der Sicherungsmutter 36 bzw. 66 nicht zerstört wird, wenn das Außengewinde eines komplementären Bolzenelements sich in die Sicherungshülse 52, 82 einschneidet.

Für die 5/8-18-Sicherungsmuttern 36 und 66, die wie oben bemessen sind, beträgt der Durchmesser der Flächen 50, 80 103% des größeren Gewindedurchmessers. Bei anderen Ausführungsformen der Sicherungsmutter kann der Durchmesser 50, 80 bis zu 105% des größeren Gewindedurchmessers betragen.

Andere Verfahren, um das Durchhangproblem zu umgehen, sind das Aufnehmen eines thixotropen Mittels (beispielsweise Kieselerde oder Glimmerteilchen) in das thermoplastische Mittel, das Umdrehen der Sicherungsmutter während des Kühlvorgangs und/oder ein beschleunigtes Abkühlen durch Abschrecken in einem Ölbad.

Der Ausdruck "thermoplastisches Material", wie er hier verwendet wird, soll daher auch Materialien umfassen, die solche Zusätze - wie Grundierungen und thixotrope Mittel - enthalten.

Um den festen Sitz der Sicherungshülse zu verbessern, kann beispielsweise die Oberfläche 50 oder 80 elliptisch ausgebildet werden, um für einen teilweisen Gewindeeingriff entlang der kurzen Ellipsenachse zu sorgen oder nicht, oder die Fläche 50 oder 80 wird mit Gewindeabschnitten unterbrochen, die zum Ende 42 bzw. 72 des Metallkörpers verlaufen, oder die Fläche 50 oder 80 wird aufgerauht, indem man dort flache Wellungen, Nuten oder dergleichen vorsieht, oder die Fläche 50 oder 80 mit einer umgekehrten Verjüngung zum Beispiel durch Feststecken des Endes 42 bzw. 72 während der Formung des Metallkörpers 38 bzw. 68 ausbildet.

Bei dem Verfahren zur Herstellung der Sicherungsmutter sind mehrere Sekunden erforderlich, damit das Pulver 120 vollständig schmilzt, nachdem die Anordnung aus dem Metallkörper 38 und dem Dorn 100 durch die Induktionsheizelemente 126 läuft. Es hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, den Metallkörper 38 vom Dorn 100 jederzeit nach dem sicheren Schmelzbeginn, aber bevor der Schmelzvorgang beendet ist, abzunehmen, ohne daß das Endprodukt zu beeinträchtigen. Es ist ebensowenig erforderlich, daß der Metallkörper 38 auf dem Dorn 100 verbleibt, bis das thermoplastische Material sich vollständig verfestigt hat. Daher brauchen die Teile einander körperlich nie so zugeordnet zu sein, wie Fig. 7 es zeigt.

Zuweilen wird gefordert, daß die axiale Länge der Sicherungsmutter auf ein Maximum beschränkt ist und daß keinerlei Spielraum für ein über das Innengewinde hinaus vorstehendes Sicherungselement verbleibt.

Eine wesentliche Verkleinerung der axialen Länge der Sicherungsmutter läßt sich erzielen, wenn die aus den Fig. 12, 13 und 14 hervorgehenden Verfahrensweisen angewendet werden.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine dritte und eine vierte Ausführungsform der Sicherungsmutter 128 bzw. 130, die jeweils einen modifizierten einteiligen Metallkörper 132 aufweist (Fig. 12, 13 und 14). Die Sicherungsmutter 128 weist weiterhin eine dünnwandige selbstsichernde Hülse 134 aus thermoplastischem Material wie Nylon auf, in das ein Gewinde sich eindrücken kann. Die Sicherungsmutter 130 hat eine dünnwandige selbstsichernde Hülse 136. Die Hülsen 134, 136 unterscheiden sich nur nach ihrer Innenkonfiguration.

Der Metallkörper 132 hat ein (nicht gezeigtes) erstes Ende als Auflagefläche für das Werkstück, ein zweites Ende 138 und ein in Umfangsrichtung ununterbrochenes Innengewinde 140 mit vorbestimmtem größeren und kleineren Nenndurchmesser und vorbestimmter Ganghöhe, das zwischen Anlagefläche und dem Ende 138 verläuft. Die Achse des Innengewindes 140 verläuft rechtwinklig zur Auflagefläche und zum Ende 138. Ein axiales Ende des Innengewindes 140 grenzt an die Auflagefläche an, so daß dort ein komplementäres Element mit Außengewinde eingeführt werden kann. Der Metallkörper 132 weist weiterhin eine Aussparung 142 auf, die axial vom zweiten Ende 138 zum Innengewinde 140 verläuft und zum Ende 138 und zum Innengewinde 140 hin offen ist. Die Aussparung 142 hat eine in Umfangs- und Axialrichtung kontinuierliche Innenfläche 144, die koaxial mit dem Innengewinde und von dessen Achse in einer Entfernung beabstandet ist, die größer als der halbe größere Nenndurchmesser des Gewindes des Bolzens ist. Die Fläche 144 geht in das zweite Ende 138 über und verläuft von diesem in einer vorbestimmten axialen Länge zum Innengewinde 140. Die letzterwähnte axiale Länge kann in der Größenordnung von einem Gewindegang liegen.

Das axiale, vom Ende 138 entfernte Ende der zylindrischen Fläche 144 geht in eine Senkfläche 146 über, die koaxial mit der Fläche 144 verläuft und einen vorbestimmten Kegelwinkel aufspannt, der im Metallkörper 132 etwa 60° beträgt. Das Innengewinde 140 endet auf der Senkfläche 146.

Der Durchmesser der Fläche 144 und die Größe des Winkels der Fläche 146 sind derart gewählt, daß die Fläche 146 das Innengewinde 140 über eine axiale Länge unterbricht, die in der Größenordnung von einem Gewindegang oder geringfügig mehr liegen kann.

Der Durchmesser der Fläche 144 kann zwischen etwa 101% und etwa 105% des größeren Gewindedurchmessers liegen.

Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen den Metallkörper 132 auf einem Dorn 148, der aus einem Werkstoff besteht, an dem das geschmolzene thermoplastische Material für die Sicherungselemente 134, 136 nicht haftet. Der Dorn 148 weist einen zylindrischen unteren Teil (nicht gezeigt) mit vorbestimmtem Durchmesser, der eine Auflagefläche für den Metallkörper bildet, einen abschließenden zylindrischen Zwischenteil 150 mit geringerem Durchmesser als der Unterteil und schließlich einen einen Hohlraum bildenden Teil 152 mit abgerundeter Spitze 154 an dem dem Teil 150 abgewandten Ende desselben auf.

Der einen Hohlraum bildende Teil 152 wird teilweise von einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 156 gebildet, der mit dem zylindrischen Teil 150 koaxial verläuft und axial in diesen übergeht. Der Abschnitt 156 hat seinen größten Durchmesser am Schnittkreis zum Teil 150. Der einen Hohlraum bildende Teil 152 ist weiterhin gebildet von einem zylindrischen Abschnitt 158, der koaxial mit dem Abschnitt 156 und axial vom Ende des Elements 156 zur abgerundeten Spitze 154 verläuft.

Der Durchmesser des zylindrischen Teils 150 ist geringfügig kleiner als der kleinere Nenndurchmesser und so groß, daß das Innengewinde 140 den Teil 150 gerade noch frei aufnehmen kann.

Der Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Elements 156 kann etwa 30° sein, seine axiale Länge zwischen dem Schnittkreis zum zylindrischen Teil 150 und dem Schnittkreis zum zylindrischen Element 158 etwa eineinhalb bis zwei Gänge des Gewindes.

Der Metallkörper 132 wird auf den Dorn 148 bei vertikaler Dornachse 148 aufgesetzt, bis die Auflagefläche des Metallkörpers auf der Auflagefläche des Dorns 148 aufliegt und die Achse des Innengewindes 144 im wesentlichen in die Achse des Dorns 148 fällt. Bei auf diese Weise aufeinandergesetztem Metallkörper 132 und Dorn 148 fällt die Ebene des Übergangskreises des kegelstumpfförmigen Elements 156 zum zylindrischen Element 158 völlig oder fest in die Ebene des Übergangskreises von der Senkfläche 146 zum Zylinder des kleineren Nenndurchmessers. Die axiale Länge des zylindrischen Elements 158 ist derart, daß das vom Element 156 abgewandte axiale Ende des Elements 158 in eine Ebene geringfügig über dem zweiten Ende 138 des Metallkörpers 132 liegt.

Der Metallkörper 132 und der Dorn 148 bilden zusammen einen ringförmigen Hohlraum 160 (Fig. 12), der am Ende 138 des Metallkörpers 132 offen ist. Insbesondere wird der Hohlraum 160 von der Fläche 144, der Fläche 146, dem dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 156 zugewandten Teil des Innengewindes 140, dem kegelstumpfförmigen Element 156 selbst und dem zylindrischen Abschnitt 158 gebildet.

Bei auf den Dorn 148 aufgesetztem Metallkörper 132 wird der Hohlraum 160 mit einem Pulver 162 aus thermoplastischem Material gefüllt, wie in Fig. 12 gezeigt und oben bereits beschrieben ist. Danach führt man die Anordnung aus Metallkörper 132 und Dorn 158 durch zwei Induktionsheizspulen hindurch, die den Metallkörper 132 auf eine Temperatur erwärmen, die ausreicht, um das Pulver 162 zu schmelzen, so daß es eine einheitliche Masse wird, die die Fläche 144, die Fläche 146 und den angrenzenden Teil des Innengewindes 140 berührt und benetzt.

Beim folgenden Abkühlen verfestigt sich das thermoplastische Material im Metallkörper 132 und bildet dabei die Sicherungshülse 134 (Fig. 13) oder 136 (Fig. 14), deren Außenfläche mit der Fläche 144, der Fläche 146 und dem umlaufenden Gewindegang 140 an der Fläche 146 verklebt ist, wie bei 140 a gezeigt. Die axiale Ausdehnung der Sicherungshülse 134 oder 136 auf dem Gewinde ist, wie gezeigt, etwas größer als ein Gewindegang. Der am Gewinde 140 haftende Teil der Sicherungshülse kann in Umfangsrichtung kontinuierlich, wie bei den Sicherungsmuttern 128 und 130 oder auch in Umfangsrichtung begrenzt sein. Im letzteren Fall kann der auf dem Innengewinde 140 befindliche Teil der Sicherungshülse in Form mindestens eines axial verlaufenden Fingers vorliegen.

Die Sicherungsmutter 128 oder 130 kann nach der Ausbildung der Sicherungshülse 134 oder 136 beispielsweise kadmiert werden. Dieses Kadmieren sollte in einem sauren Bad erfolgen, da es sich herausgestellt hat, daß bei einem alkalischen Bad - beispielsweise mit Cyanid - die Haftung des Sicherungselements am Metallkörper beeinträchtigt wird. Überraschenderweise ist dies bei einem sauren Kadmierbad nicht der Fall.

Die Innenfläche 164 der Sicherungshülse 134 (Fig. 13) ist der Gewindeachse zugewandt und zu dieser um weniger als den halben größeren Durchmesser des Gewindes 140 beabstandet. Insbesondere hat die Innenfläche 164 von der Gewindeachse einen Abstand, der weniger als der halbe kleinere Nenndurchmesser des Gewindes 140 beträgt. Es wird weiterhin darauf verwiesen, daß der an das Ende 138 angrenzende Teil der Innenfläche 164 infolge eines geringen Durchhangs beim Abkühlen des thermoplastischen Materials leicht konvex ist. Der vom Ende 138 axial abgewandte Teil der Innenfläche 164 folgt im allgemeinen der Kontur des Innengewindes 140 und ist am axialen Ende der Sicherungshülse 134, in das das komplementäre Element mit Außengewinde eingeführt wird, geringfügig aufgeweitet.

Die Sicherungshülse 136 (Fig. 14) weist eine Innenfläche 166 auf, die der Gewindeachse zugewandt und von dieser um weniger als den halben größeren Durchmesser des Innengewindes 140 beabstandet ist. Insbesondere ist die Innenfläche 166 von der Gewindeachse um weniger als den halben kleineren Durchmesser des Innengewindes 140 beabstandet. Der an das Ende 138 angrenzende Teil der Innenfläche 166 ist im wesentlichen zylindrisch. Der vom Ende 138 axial abgewandte Teil der Innenfläche 166 folgt allgemein der Kontur des Innengewindes 140 und ist am axialen Ende der Sicherungshülse 136, wo das komplementäre Element mit Außengewinde eingeführt wird, geringfügig aufgeweitet.

Sowohl die Sicherungsmutter 128 als auch die Sicherungsmutter 130 wurden hergestellt mit thermoplastischer Pulvermischung aus einem Nylonpulver und Epoxymaterial, wobei letzteres zum Verbessern der Haftung der Sicherungshülse am Metallkörper aufgenommen wurde. Verschiedene Verhältnisse des Epoxymaterials zum Gesamtgewicht der Mischung wurden geprüft. Es stellte sich heraus, daß bei einem Verhältnis von 15% oder mehr die Sicherungshülse unerwünschterweise zur Rißbildung neigt, was vom Gesichtspunkt des Aussehens her zu wünschen übrig läßt.

Für die Sicherungsmuttern 128, 130 ist das Verhältnis des in der Aussparung 142 befindlichen Teils des Sicherungselementes zu dessen radialer Dicke wesentlich geringer als 2,5. Es hat sich herausgestellt, daß in diesem Fall die Verwendung des Nylonpulvers allein zu Schwierigkeiten mit dem Durchhängen führt. Jedoch erhält man hier verblüffende Ergebnisse, wenn man das Verhältnis des Epoxymaterials zum Gesamtgewicht der Mischung auf mehr als etwa 3,5% einstellt. Epoxy allein hängt erheblich durch. Ist das Verhältnis jedoch größer als 3,5%, tritt dieser Effekt nur noch weit schwächer auf.

Folglich erstreckt sich der Vorzugsbereich für dieses Verhältnis von 3,5 bis 15%. Insbesondere wird ein Verhältnis von etwa 7,5% empfohlen.

Auf jeden Fall enthält die Mischung, die zur Herstellung der Sicherungsmuttern 128 und 130 diente, etwa 10% Epoxymaterial und 90% Nylonpulver.

Bei der Herstellung der Sicherungsmutter 128 wurde der Metallkörper 132 während des Abkühlens aufrecht gehalten, während bei der Herstellung der Sicherungsmutter 130 der Metallkörper 132 während des Abkühlens umgedreht wurde. Dieser Verfahrensunterschied trägt dem Unterschied zwischen den Konturen der Flächen 164 und 166 der jeweiligen Sicherungshülse Rechnung, wobei die Kontur der Fläche 164 der der Fläche 166 vorgezogen wird.

Durch Anwendung der Verfahrenstechniken gemäß den Fig. 12, 13 und 14 wurde es möglich, die axiale Länge der Sicherungsmutter um etwa 1,5 bis 2 Gewindegänge zu reduzieren.

Die Teile brauchen dabei nicht immer körperlich einander so zugeordnet zu sein, wie es die Fig. 13 und 14 zeigen, und zwar aus den im Zusammenhang mit Fig. 7 angegebenen Gründen.

Alternativ kann die Sicherungsmutter hergestellt werden, indem das Sicherungselement vorgeformt und in die Aussparung des Metallkörpers eingesetzt und dann das vorgeformte Sicherungselement mit der Innenfläche der Aussparung verklebt wird.

Claims

1. Selbstsperrende Sicherungsmutter mit einem Metallkörper mit einem ersten und einem zweiten sich gegenüberliegenden Ende, einem Schrauben-Innengewinde mit vorbestimmten größerem und kleinerem Nenndurchmesser, das zwischen den Enden verläuft und nahe dem ersten Ende des Körpers ein erstes axiales Ende aufweist, in das ein komplementäres Element mit Außengewinde eingeführt werden kann, mit einer Aussparung im Metallkörper, die sich von dessen zweiten Ende axial hinweg zu dessen erstem Ende erstreckt und eine in Umfangsrichtung durchgehende Innenfläche aufweist, die koaxial mit der Gewindeachse und ihr zugewandt in einem Abstand von mehr als dem halben größeren Durchmesser des Gewindes verläuft, und mit einer in Umfangsrichtung durchgehenden Sicherungshülse aus von einem Gewinde eindrückbarem, thermoplastischen Material, die in der Aussparung angeordnet ist und mindestens einen wesentlichen Teil einer im wesentlichen gleichmäßigen radialen Dicke aufweist, wobei die Innenfläche der Sicherungshülse koaxial zur Gewindeachse und ihr zugewandt in einem Abstand von weniger als dem halben größeren Durchmesser des Gewindes verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (48) zum zweiten Ende (42) des Metallkörpers (38) offen liegt, daß die Sicherungshülse (52) eine Außenfläche besitzt, die durch Klebung an der Innenfläche (50) der Aussparung (48) festgelegt ist, wobei das Verhältnis der axialen Länge zur radialen, zwischen der Innen- und der Außenfläche gemessenen Dicke der Sicherungshülse (52) größer als 2,5 : 1 ist.

2. Sicherungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Hülse (52) größer als die doppelte Ganghöhe des Gewindes (44) ist.

3. Selbstsperrende Sicherungsmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke der Sicherungshülse (52) zwischen der Innen- und der Außenfläche maximal gleich der Gewindetiefe und die axiale Länge der Sicherungshülse (52) maximal gleich der doppelten Ganghöhe des Gewindes (44) ist.

4. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse nicht außerhalb des Mutternkörpers (38) vorsteht.

5. Sicherungsmutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse sich vollständig innerhalb der Aussparung (48) befindet.

6. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Innenfläche der Aussparung nicht größer als 105% des größeren Gewindedurchmessers ist.

7. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungshülse durch Erschmelzen eines Pulvers aus durch ein Gewinde eindrückbarem, thermoplastischen Material in der Mutter selbst ausgebildet ist.

8. Sicherungsmutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine Mischung aus Teilchen thermoplastischen und Epoxymaterials aufweist und daß der Gewichtsanteil des Epoxymaterials in der Gesamtmischung eine untere Grenze von 3,5% und eine obere Grenze von weniger als 15% hat.

9. Selbstsperrende Sicherungsmutter mit einem Metallkörper mit einem ersten und einem zweiten sich gegenüberliegenden Ende, einem Schrauben-Innengewinde mit vorbestimmten größerem und kleinerem Nenndurchmesser zwischen den Enden, wobei das Gewinde am ersten Ende des Körpers ein erstes axiales Ende aufweist und ein komplementäres Element mit Außengewinde dort einführbar ist, mit einer Aussparung im Metallkörper, die sich von dessen zweitem Ende axial hinweg zu dem Gewinde erstreckt und eine in Umfangsrichtung durchgehende Innenfläche aufweist, die der Gewindeachse zugewandt ist, und ihre Innenfläche in einem Abstand von mehr als dem halben größeren Durchmesser des Gewindes verläuft, und mit einer selbstsichernden Hülse aus von einem Gewinde eindrückbarem, thermoplastischen Material, wobei die Innenfläche der selbstsichernden Hülse der Gewindeachse zugewandt und von ihr in einem Abstand von weniger als dem halben größeren Gewindedurchmesser liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung zum zweiten Ende (138) des Metallkörpers (132) offen liegt, daß ein erster Teil der selbstsichernden Hülse (134) sich in der Aussparung und ein zweiter Teil der selbstsichernden Hülse (134) sich auf dem Muttergewinde (140) befinden, und daß die selbstsichernde Hülse (134) mit einer Außenfläche durch Klebung an der Innenfläche (144) der Aussparung und am Muttergewinde festgelegt ist.

10. Sicherungsmutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutternkörper eine eingesenkte Fläche (146) aufweist, die axial zwischen der Aussparung und dem ersten Ende des Mutternkörpers liegt, daß die Gewindegänge an der eingesenkten Fläche auslaufen, und daß die selbstsichernde Hülse axial über die eingesenkte Fläche verläuft und zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Mutterngewindes endet.

11. Sicherungsmutter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die selbstsichernde Hülse (134) durch Erschmelzen eines Pulvers eines durch ein Gewinde eindrückbaren thermoplastischen Materials in der Mutter selbst ausgebildet ist.

12. Sicherungsmutter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine Mischung aus Teilchen aus thermoplastischem und Epoxymaterial aufweist, wobei der Gewichtsanteil des Epoxymaterials in der Gesamtmischung eine untere Grenze von 3,5% und eine obere Grenze von weniger als 15% hat.

13. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der axialen Länge zur radialen Dicke der Hülse größer als 2,5 : 1 ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer selbstsperrenden Sicherungsmutter, bei dem man eine selbstsichernde Hülse aus durch ein Gewinde eindrückbarem, thermoplastischen Material in einem Metall-Mutternkörper ausbildet, der ein erstes und ein zweites sich gegenüberliegendes Ende, ein Innengewinde mit vorbestimmten größerem und kleinerem Nenndurchmesser zwischen den Enden und eine Aussparung aufweist, die axial vom zweiten Ende zum Gewinde hin verläuft und zum zweiten Ende und zum Gewinde offenliegt, wobei die Aussparung eine in Umfangsrichtung durchgehende Innenfläche hat, die mit der Gewindeachse koaxial und von dieser in einem Abstand von mehr als dem halben größeren Gewindedurchmesser verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren mit Hilfe eines Dorns ausführt, der eine Auflagefläche für den Mutternkörper, einen zylindrischen Abdichtabschnitt mit einem Durchmesser, der gerade klein genug ist, um in das Gewinde zu passen, und einen einen Hohlraum bildenden Abschnitt aufweist, der koaxial mit dem Abdichtbereich verläuft und eine kleinere Querabmessung als dieser aufweist, daß man den Mutternkörper mit dem ersten Ende nach vorn auf den Dorn aufschiebt, bis das erste Ende auf der Mutternauflagefläche aufliegt, der Abdichtabschnitt sich innerhalb des Gewindes befindet und der einen Hohlraum bildende Abschnitt sich mindestens teilweise in der Aussparung des Mutternkörpers befindet, um mit der Innenfläche der Aussparung einen ringförmigen und nach oben offenen Hohlraum am zweiten Ende des Körpers zu bilden, daß man ein Pulver des thermoplastischen Materials in den Hohlraum einbringt und dann das Pulver zu einer einheitlichen verschmolzenen Masse erwärmt, die die Innenfläche der Aussparung über deren gesamte Umfangslänge kontaktiert und benetzt, jedoch von dem vom einen Hohlraum bildenden Dornabschnitt radial auswärts beabstandet liegt, daß man dann den Mutternkörper abkühlt, um das thermoplastische Material zu verfestigen und die selbstsichernde Hülse mit einer zylindrischen Außenfläche zu versehen, die durch Klebung an der Innenfläche der Aussparung festgelegt ist, und ferner mit einer Innenfläche auszubilden, die der Gewindeachse zugewandt ist, sie umgibt und im wesentlichen koaxial mit und von ihr in einem Abstand von weniger als dem halben größeren Gewindedurchmesser verläuft, und daß man die Mutter schließlich vom Dorn abnimmt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man im Pulvereinbringschritt auf dem zweiten Ende des Mutternkörpers einen Pulverüberschuß vorsieht und den Pulverüberschuß vor dem Erwärmen entfernt.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß man erwärmt, indem man den Dorn mit der aufgesetzten Mutter zwischen zwei Induktionsheizelementen so hindurchführt, daß zuerst das radial am weitesten außen liegende Pulver schmilzt und der Schmelzvorgang sich dann radial einwärts fortsetzt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man den Mutternkörper während des Abkühlens umdreht.