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Titel der Erfindung
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Verfahren zur Herstellung von Unterlegscheiben, insbesondere für hochfeste
Schraubenverbindungen Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten Unterlegscheiben und kann als hochfeste
Schraubenverbindung auf allen Gebieten der Technik angewendet werden, wo eine große
Punktions cherheit zu gewährleisten ist, wie beispielsweise im Fahrzeug- und Landmaschinenbau,
Schiffsbau, Schienenfahrzeugbau, Werkzeugmaschinen- und Anlagenbau, in der Konsumgüterproduktion
sowie im Individualbereich.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Unterlegscheiben
und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in einer Vielzahl bekannt. In den letzten
Jahren ist dabei die Festigkeit von Verbindeelementen, wie Bolzen, Schrauben und
Muttern, ständig gestei-
gert werden Unterlegscheiben sind dieser
Entwicklung Jedoch nicht gefolgt.
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Die Auflageflächen bekannter Unterlegseheiben gestatten wohl die Übertragung
hoher Schraubenkräfte auf PU-geteile mit wesentlich geringerer Festigkeit, aber
z.tischen einer hochfesten Schraube bzw. Mutter und einer konventionellen Unterlegscheibe
ist dagegen die Flächenpressung so hoch, daß diese Unterlegscheibe plastisch verformt
wird, d. h., die Schraube drückt sich in die Unterlegscheibe ein. Diese plastische
Deformation führt zu Verlusten an Vorspannkraft und somit zum zum Lockern der Sohraubenverbindung.
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Die Erhaltung einer möglichst hohen Vorspannkraft ist Jedoch Hauptziel
Jeder Berechnung, Dimensionierung und konstruktiven Gestaltung von Schraubenverbindungen.
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Mit den konventionellen Unterlegscheiben relativ niedrigerer Festigkeit
sind der Erhöhung bzw. Erhaltung der Vorspannkraft Grenzen gesetzt.
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Die Dicke der konventionellen Unterlegsoheiben liegt im Bereich des
0,14 bis 0«27 fachen der betrachteten Schraubendurchmeaser. Diese Dicken sind auf
Grund der allgemein üblichen Festigkeit von Unterlegscheiben (etwa 300 bis 350 MPa)
für die funktionellen Aufgaben auch notwendig Eine Verringerung der Dicke der Scheiben
- im Interesse eines geringeren MatefiialauPNandes und des Leichtbaues - ist deshalb
nicht möglich.
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Die Herstellung der konventionellen Unterlegsoheiben erfolgt durch
Stanzen. Die Materialausautzung beträgt dabei etwa 50 %. Das bedeutet, daß die Hälfte
des Materials für die Produktion von Unterlegscheiben als Abfall und damit ungenutzt
anfällt.
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Die festliegenden Durchmesser und Dicken der konventionellen Unterlegscheiben
gestatten es außerdem nicht, mehrere Unterlegscheiben verschiedener Größen ohne
Vorarbeitsmaße ineinander anzuordnen und in einem Arbeitsgang auszustanzen. Die
hierbei auftretenden absoluten Dickenabweichungen der unterschiedlichen Größen,
auf ihren Nennwert bezogen, bringen Probleme bei der Herstellung und in der Anwendung
der Unterlegscheiben mit sich.
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Diese Problematik wird verdeutlicht am Verfahren zur Herstellung von
Unterlegscheiben nach DD-PS 58 728.
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Hier werden aus einem dickeren Ausgangsmaterial mehrere Unterlegscheiben
verschiedener Größe mit Vorarbeitsmaßen ineinander angeordnet und ausgestanzt.
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In einem zweiten Arbeitsgang werden diese Rohlinge auf einer anderen
Maschine durch Kaltumformung auf ihre Fertigmaße gestaucht. Obwohl hier eine bessere
Materialausnutzung als vorher beschrieben erreicht wird, hat sich dieses Verfahren
auf Grund zu hohen Fertigungsaufwandes nicht durchsetzen können.
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Außerdem treten bei den nach diesem Verfahren hergestellten Unterlegscheiben
herköunlicher Festigkeit gleichfalls die bereits beschriebenen plastischen Deformationen
mit all ihren funktionellen Nachteilen auf.
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Nach einem weiteren bek<Lnten Verfahren werdon Unterlegsoheiben
abfallos hergestellt. Auf einer ersten Maschine wird ein Drahtring gebogen. Dieser
Drahtring wird auf einer zweiten Maschine flach gepreßt. Die hierbei entstehende
Unterlegscheibe ist jedoch eine s OgenaSlte unganze Scheibe", und die Stoßstelle
des Drahtringes übertrltgt sich auf die Scheibe.
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Wohl ist es möglich, den Drahtring nach Art eines Kettengliedes zu
schweißen, aber der technologische Aufwand für eine dritte Maschine ist dafür zu
hoch.
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Die Fertigung solcher Unterlegscheiben hat sich deshalb gleichfalls
nicht durchgesetzt0 Abgesehen davon erreichen solche Unterlegscheiben keine höhere
Pestigkeit als die konventionellen, gestanzten Scheiben, verformen sich ebenfalls
plastisch, können an der Stoßstelle auseinanderklaffen und von hier aus schneller
korrodieren und weisen deshalb noch mehr funktionelle Nachteile als die konventionellen,
gestanzten Unterlegscheiben auf.
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Nach einem weiteren bekannten Verfahren hergestellte gewölbte, federnde
Scheiben, wie sie als Sicherungselemente angeboten werden, weisen die rein funktionellen
Nachteile von konventionellen Unterlegscheiben nicht auf. Ihr Federeffekt ist jedoch
ohne Einfluß auf die Runktion der Gesamtverbindung. Die gewölbte Xorm dieser Scheiben
erfordert eine aufwendige Technologie für die Herstellung, wie Stanzen und Prgen,
gesondertes Härten und Anlassen. Aufgrund der höheren Festigkeit des Ausgangsmaterials
der gewlbten, federnden Scheiben beträgt ihre Dicke im Durchschnitt zwar nur 50
% derjeniger konventioneller Unterlegsheiben, die Materialausnutzung der gewölbten
federnden Scheiben entspricht jedoch gleichfalls nur derjeniger konventioneller
Scheiben, also 50 Yo, da ein ineinander Anordnen dieser Scheiben ebenfalls nicht
möglich ist.
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Die geschilderten bekannten Verfahren zur Herstellung konventioneller
Unterlegscheiben weisen gemeinsame Mängel auf, so ist ihre Eigenfestigkeit zu niedrig,
um
plastische Deformationen und damit Verluste an Vorspannkraft zu verhindern, zum
anderen gestattet ihre festgelegte geometrische Konfiguration keine höhere Ausnutzung
des für die Herstellung verwendeten Ausgangsmaterials, z. B. Bandmaterial. Letzteres
ist auch für gewölbte, federnde Scheiben zutreffend.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der
beschriebenen Nachteile durch Schaffung einer Unterlegscheibe hoher Festigkeit und
eines Verfahrens zu ihrer Herstellung, welche bei Einbeziehung in eine hochfeste
Schraubenverbindung zu einer Erhöhung der Funktionsgüte des gesamten Verbindungssystems
führt, bei gleichzeitiger Steigerung der Arbeitsproduktivität durch Senkung des
Material- als auch Fertigungsaufwandes und Verbesserung des Materialausnutzungsgrades.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Es ist die Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zur Herstellung einer Unterlegscheibe hoher Festigkeit zu schaffen,
wobei sich die Unterlegscheiben bei Montage mit Schrauben hoher Festigkeit nicht
deformieren, die Streuung der Oberflächenreibung eingeengt ist und durch Dickenminimierung
insgesamt der Materialeinsatz gesenkt ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem, ausgehend
von Unterlegscheiben für hochfeste Schraubenverbindungen, die Fertigdurchmesser
ausgewählter Nenngrößen so ausgewählt wurden, daß sie in einer Schnittbildkombination
in an sich bekannter Weise ineinander vordenbar sind und eine bestimmte Werkstoffdicke
Jeweils für eine gesamte Maßreihe bestimmend ist, wobei bei der Wahl des Ausgangsmaterials,
vorzugsweise Bandstahl, davon auszugehen ist, daß bei vorgegebener Dicke der inneren
Unterlegscheibe die Festigkeitseigenschaften der äußeren Unterlegscheiben gewährleistet
sind. Zur Verringerung der Oberflächenreibung können die Unterlegscheiben mit einer
an sich bekannten Gleitbeschichtung, wie Lack, Wachs und dergleichen, versehen werden.
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Das Ausgangsmaterial, z. B. Bandstahl, kann dabei entweder die auf
die Jeweilige Schrauben-Festigkeitsklasse (z. B. 8.8 oder 10.9) abgestimmte Festigkeit
aufweisen oder weich und vergütbar sein, um auf noch höhere Schrauben-Festigkeitsklassen
(z. B. 12.9 oder 14.9) abgestimmt werden zu können.
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Nach der erfindungsgenäßen Lösung werden erhebliche Vorteile in der
Materialausnutzung, sowohl bei der Herstellung als auch Anwendung im Sinne des Leichtbaues,
erzielt, bei gleichzeitiger Senkung des Fertigungsaufwandes und Erhöhung der 1?unItionssicherheit
der hochfesten Schraubenverbindung.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt das Prinzip der Scheiben- bzw. Schnittbildkombination
zur Herstellung hochfester Unterlegscheiben.
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Nenngröße Größter Außen-(Gewinde- 3 6 12 24 durchmesser d.
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größe) Reihe Fertig-Durchm. 3,2 6,4 12,5 24,5 44 (Lochdurchm.) Nenngröße
(Gewinde- 3t5 7 14 27 größe) Fertig-Durchm. 3,7 7,4 14>5 28 50 (Lochiurchm.)
Nenngröße (Gewinde- 4 8 16 30 größe) Fertig-Durchm. 4,3 8,4 17 31 60 (Lochdurohm.)
Nenngröße (Gewinde- 5 10 20 33 größe) Pertig-Durchm. 5a3 10,5 21 34 60 (Lochdurchm.)
Nenngröße (Gewinde- 18 33 größe) Fertig-Durchm. 19 34 60 (Lochdurohm.) Wird nun
bspw. für eine Schnittbildkombination eine Scheibe der Nenngröße 16 zugrundegelegt,
so paßt in diese eine Scheibe der Nenngröße 8, in welche wiederum eine Scheibe der
Nenngröße 4 einordenbar ist.
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Will die Scheibe 16 fünfmal nebeneinander angeordnett so läßt sich
eine Scheibe der Nenngröße 6 noch viermal in Lücke dazu anordnen und innerhalb dieser
nochmais 4 Scheiben der Nenngröße 3.
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Die Materialausnutzung einer solchen Sahnittbildkomw «leation beträgt
dabei rund 70 /.
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Das Ausgangsmaterial, z. B. Bandstahl, kann dabei entweder die auf
die Jeweilige Schrauben-Festigkeitsklasse (z. B. 8,8 oder 10,9) abgestimmte Festigkeit
aufweisen oder weich und vergütbar sein, um sich einerseits leicht stanzen und sich
andererseits auf noch höhere Schrauben-Festigkeitsklassen (z. B. 12,9 oder 14,9)
abstimmen zu lassen.
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Das Ausstanzen aller Scheiben einer Sohnittbildkombination erfolgt
in einem Arbeitsgang und mit allen Fertigmaßen.
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Die Dicke der größten Abmessung, die der Schnittbildkombination zugrundegelegt
worden ist und die die Dicke des Ausgangsmaterials bestimmt, beträgt dabei nur rund
50 % der Dicke der abmessungsgleichen konventionellen Unterlegscheibe.
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