DE3507740C2 - Selbstverriegelnde, lösbare Verriegelungsmutter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstverriegelnde, lösbare Ver­ riegelungsmutter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verriegelungsmuttern, die auf eine mit einem Keil oder einer Keilbahn versehene Spindel aufgeschraubt werden können und die in einer ausgerichteten Stellung verriegelt werden können, sind bekannt. Zu den bestbekannten Anwendungen gehört die Rad­ lagerungsmutter, die bis zu einem bestimmten Betrag festgezo­ gen wird, beispielsweise bis zu einem leichten Widerstand, und die dann an ihrer Stelle verriegelt wird. Herkömmliche Muttern werden im allgemeinen festgezogen und dann bis zu der nächsten geeigneten Ausrichtestellung für das Einsetzen eines Keils zurückgedreht. Jedoch sind diese Muttern nicht selbst-verrie­ gelnd und sie hängen in ihrer Verriegelungswirkung von dem ein­ gesetzten Keil ab. Ohne den Keil kann die Mutter sich durch Vibrationen lösen. Wenn der Keil versagt, kann sich die Mutter lösen.

Um die Nachteile solcher herkömmlichen Muttern zu beseitigen, wurden Anstrengungen unternommen, um Muttern zu schaffen, die nach dem Festziehen wirksame Verriegelungselemente haben, die gelöst werden müssen, bevor die Mutter von der Welle abgedreht werden kann. Beispiel solcher Muttern finden sich in den US 3 581 609, 3 705 524, 3 851 690 und 3 942 570.

Die Bemühungen zur Beseitigung der Nachteile der mit Keilen gesicherten Muttern haben neue Probleme aufgeworfen, die die Durchsetzung einer guten Idee verzögert haben. Eines dieser Probleme ist die Notwendigkeit, immer ein spezielles Werkzeug haben zu müssen, wenn die Mutter gelöst oder festgezogen werden soll. Reparaturen im laufenden Einsatz oder im Betrieb ohne ein solches Werkzeug sind nicht möglich, und dies ist ein er­ heblicher Nachteil.

Die aus der DE 31 24 041-A1 bekannte Mutter der eingangs bezeichneten Gattung ist zur Verwendung bei Achsspindeln oder Achszapfen bestimmt, ohne daß diese eine Keilnut besitzen müßten. Zu der Mutter in ihrer Gesamtheit gehören eine eigen­ ständige Sicherungsplatte und ein eigenständiger Sicherungs­ ring, wobei erstere eine Öffnung mit 12 Ecken und darüber hinaus 13 Eindrückungen aufweist, in welch letztere ein Axialstift zum Einsatz bringbar ist, der einer zur Mutter gehörenden Druckscheibe zugeordnet ist. Die Sicherungsscheibe ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie drehfest auf einer Achsspindel aufsitzt, wozu sie eine nahezu polygonale Öffnung für die Achsspindel mit entsprechendem Querschnitt hat. Durch Eingreifen des Axialstifts in einen der Eindrücke ist die Mutter gegen Verdrehen fixiert. Zur Sicherung des Verriege­ lungsrings dient ein eigener Sicherungsring, der in eine Nut der Mutter einzusetzen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verriegelungs­ mutter der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß sie bei ihrer Verriegelung von einer an einer Welle bzw. Spindel vorgesehenen Keilnut Gebrauch macht, jedoch die dies­ bezüglich bekannten und oben generell angegebenen Nachteile überwindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Mutter gemäß der vorliegenden Erfin­ dung kann festgezogen oder gelöst werden mit irgendeinem Drehmomentwerkzeug, das die Mutter ergreifen kann, aber die Mutter ist gegen ein Lösen festgehalten, wenn nicht ein aus­ reichendes Drehmoment direkt auf einen bestimmten Teil der Mutter aufgebracht wird, was mit vielen Arten von gebräuchli­ chen Werkzeugen geschehen kann. Dieser spezielle Teil der Mut­ ter ist gegen ein Lösen mit Ausnahme dieser direkt einwirkenden Kräfte festgehalten.

Durch die Erfindung wird ferner eine Anordnung mit einer Ver­ riegelungsmutter geschaffen, die leicht zusammengebaut werden kann und die danach eine untrennbare Einheit bildet, wodurch die Möglichkeiten zum Verlieren von Teilen oder des falschen Anordnens oder Verlegens lösbarer Teile ausgeschlossen sind.

Wahlweise soll gemäß der Erfindung ferner eine Verriegelungs­ mutter geschaffen werden, die leichter festzuziehen als zu lösen ist, um dadurch die selbstverriegelnden Eigenschaften der Anordnung zu verbessern.

Eine Verriegelungsmutter gemäß der Erfindung weist eine Axial- Druckscheibe auf, die eine Scheibe mit einer zentralen Achse hat sowie eine zentrale Öffnung für den Durchgang einer Welle, einer Spindel oder eines Bolzens (im allgemeinen als Welle be­ zeichnet), und die ferner eine Zunge zum Eingriff in eine axiale Nut in der Welle und einen Umfangskragen aufweist, der sich von der Scheibe weg erstreckt. Der Kragen weist eine sich in axialer Richtung erstreckende Keilbahn oder Keilnut auf. Innerhalb des Kragens befinden sich ein Mutterring und ein Verriegelungsring, die koaxial zueinander angeordnet sind. Der Verriegelungsring ist zwischen der Scheibe und einem Teil des Mutterrings angeordnet, und eine Vorspannfeder ist zwischen dem Verriegelungsring und der Scheibe angeordnet und spannt den Verriegelungsring in Richtung auf den Mutterring vor. Der Mutterring trägt ein Innengewinde, das zum Eingriff mit der Welle kommt.

Der Verriegelungsring trägt einen Keil, der in einer Keilbahn oder Keilnut läuft oder aufgenommen wird, so daß er sich nicht relativ zu der Axial-Druckscheibe verdrehen kann, aber er kann sich axial gegenüber dem Vorspannring bewegen. Der Mutterring und der Verriegelungsring tragen komplementäre Zähne, die auf­ einanderzuweisen. Sie greifen ineinander ein, ausgenommen wenn der Verriegelungsring in axialer Richtung von dem Mutter­ ring weg gegen die Vorspannfeder gedrückt wird. Der Mutterring trägt Mittel zum Eingriff eines Drehmomentwerkzeugs, z. B. eine Ausnehmung, in die ein Einsatz oder ein Vorsprung eingesetzt werden kann, um den Mutterring zu drehen und, falls erwünscht, den Verriegelungsring zu verlagern, also zu entriegeln.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1, 2 und 3 sind Axialansichten, teilweise im Schnitt,

Fig. 4 und 5 sind Schnitte nach den Linien 4-4 und 5-5 in Fig. 1,

Fig. 6 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 3,

Fig. 7 ist eine bruchstücksweise Seitenansicht nach der Linie 7-7 in Fig. 5,

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines Merkmals der Erfindung.

Wenn in dieser Beschreibung der Ausdruck "Welle" verwendet wird, so ist damit auch jeder andere längliche mit Gewinde ver­ sehene Körper gemeint, beispielsweise ein Bolzen oder ein Stift sowie eine Spindel. Eine Radachsenspindel wird als die gegen­ wärtig am besten geeignete Verwendung des Erfindungsgegenstandes angesehen und durch den Ausdruck "Welle" umfaßt. Die Welle hat ein Außengewinde 15, auf das die Verriegelungsmutter aufzuschrau­ ben und auf dem sie zu verriegeln ist.

Die Verriegelungsmutter 10 hat eine zentrale Achse, die koaxial mit der Achse 12 der Welle 11 ist und weist eine Axial-Druck­ scheibe 20 auf. Die Axial-Druckscheibe hat einen zentralen Scheibenteil 21, der flach ist und mit einer Fläche 22 versehen ist, die zur Anlage an einem Ring 14 kommt, sowie eine innere Fläche 23, die mit einem anderen Teil der Verriegelungsmutter zusammenarbeitet, wie später ersichtlich wird. Der Scheiben­ teil 21 hat eine zentrale Öffnung 24, durch die sich die Welle 11 hindurch erstrecken soll. Ein Vorsprung 25 ist einstückig mit dem Scheibenteil 21 ausgebildet und ragt in die Öffnung vor, um in die Keilnut 13 der Welle einzugreifen und so die Axial- Druckscheibe gegen Verdrehung relativ zu der Welle festzuhalten. Ein Umfangskragen 26 ist einstückig mit der Scheibe ausgebil­ det und erstreckt sich axial von dieser weg. Drei sich axial erstreckende Keilnuten 27 sind in dem Kragen ausgebildet, und diese Ausbildung wird möglich gemacht durch eine Gruppe von Schlitzen 28, die die Ausbildung der Axialdruckscheibe durch Ausstanzen oder Prägen aus einem einzigen Metallstück erleich­ tern. Die Schlitze 28 bilden Laschen 29, in denen die Keilnuten 27 ausgebildet sind. Diese Laschen sind für den Zusammenbau der Verriegelungsmutter bequem, weil sie über Vorsprünge auf einem noch zu beschreibenden Verriegelungsring hinwegspringen können, und dadurch wird die Verriegelungsmutter als eine ein­ stückige Anordnung ausgebildet.

Innerhalb des Kragens befindet sich ein Mutterring 30, der einen zentralen Bund 31 hat, der sich axial erstreckt und ein Innen­ gewinde 32 zum Aufschrauben auf das Gewinde der Welle 11 auf­ weist. Der Mutterring 30 erstreckt sich bis zu einer Lagerflä­ che 33, die gegen die innere Fläche 23 der Axial-Druckscheibe anliegt, um so einen Axialdruck auf diese zu übertragen. Der Mutterring 30 hat auch eine überhängende Schulter 34, die an ihrer zu dem Scheibenteil hin gewandten Oberfläche eine Viel­ zahl von Zähnen 35 hat.

Es ist auch eine Vielzahl von Ausnehmungen 36 vorgesehen, die durch die Schulter hindurchgehen und die einen Teil des noch zu beschreibenden Mechanismus freilegen. Es handelt sich dabei um Ausnehmungen zum Eingriff von Drehmomentwerkzeugen, welche Ausnehmungen Kanten 37 und 38 haben, die dazu geeignet sind, ein Drehmoment von dem Werkzeug aufzunehmen, um den Mutterring zu drehen.

Zwischen dem Mutterring und dem Scheibenteil oder genauer zwi­ schen der überhängenden oder vorragenden Schulter 34 und dem Scheibenteil befindet sich ein Verriegelungsring 40. Der Ver­ riegelungsring hat eine innere Öffnung 41, die kürzer ist als diejenige des äußeren Teils des Bundes. Der Verriegelungsring 40 weist eine Vielzahl von Zähnen 42 auf, die zu den Zähnen 35 hinweisen und die komplementär zu diesen ausgebildet sind. Der Verriegelungsring weist auch drei Lappen oder Vorsprünge 43 auf, die sich jeweils in eine der Keilnuten des Kragens erstreck­ en, um den Verriegelungsring gegen eine wesentliche Verdrehung festzulegen, aber die eine wesentliche axiale Bewegung des Ver­ riegelungsrings zulassen.

Eine Vorspannfeder 45, vorzugsweise in der Form einer kreis­ förmigen Wellenfeder, erstreckt sich um den Bund herum und liegt zwischen dem Scheibenteil und dem Verriegelungsring, um den Verriegelungsring auf die vorspringende Schulter des Mutter­ rings zu und gegen diese vorzuspannen.

Die Gestalt der Zähne 35 und 42 ist für die Erfindung wichtig. Bei allen Ausführungsbeispielen haben die Zähne zueinander passende oder aneinander anliegende Oberflächen 46 und 47, die sich in jeder Richtung erstrecken und sich an einem Schei­ tel treffen. Der Scheitel kann flach, scharf oder leicht abge­ rundet sein, und er wird in bezug auf das Konstruktionsmaterial gewählt, so daß sich keine Verriegelungsflächen ergeben und ein gewünschter Widerstand gegenüber einem Gleiten geschaffen ist. Dies soll heißen, daß die Anlage- oder Gleitflächen nicht innerhalb des Verriegelungswinkels des Materials liegen, aber daß sie so gestaltet sind, daß sie eine gleitende, nockenartige Wirkung zulassen, die noch eine ausreichende Verriegelungswir­ kung hat. Dies bedeutet, daß bei einem ausreichenden, auf den Mutterring aufgebrachten Drehmoment die Oberflächen 46 und 47 übereinandergleiten, und weil der Mutterring mit einem Gewinde in Eingriff steht, ist das Ergebnis, daß sich der Verriegelungs­ ring gegen die Vorspannkraft verlagert und daß es dem Verriege­ lungsring möglich ist, sich selbst entweder auf den Mutterring zu oder von diesem weg zu verschieben, selbst ohne daß eine axiale Kraft von dem Drehmomentwerkzeug ausgeübt wird. Dies macht es möglich, daß die Verriegelungsmutter mit oder ohne ein spezielles Werkzeug angebracht oder entfernt werden kann. Die beste Art der Handhabung besteht aber darin, ein Werkzeug zu verwenden, insbesondere bei Arbeitsvorgängen in Werkstätten oder bei Fertigungsvorgängen.

Ein solches Werkzeug 50 ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Es ist vorzugsweise rohrförmig und weist vier Zungen 51 auf, die in die Ausnehmungen 36 eingesetzt werden können. Die Weite oder Breite der Ausnehmungen 36 und der Zungen 51 ist derart, daß die Zungen wenigstens eine Mehrzahl der Zähne überbrücken können, so daß in jeder Winkelstellung jeweils mindestens ein Zahn immer gegen eine entsprechende Zunge anliegt. Demgemäß wird bei Verwendung des Werkzeugs dessen Schulter 52 gegen die Verriegelungsmutter gedrückt und seine Zungen 51 werden gegen die Spitzen der Zähne des Verriegelungsrings gedrückt, um die­ sen zu verlagern, und der Mutterring kann installiert oder ent­ fernt werden, ohne daß es nötig ist, daß eine Gleitwirkung auf­ tritt. Die Zähne werden einfach durch die von dem Werkzeug aufgebrachte Kraft voneinander freigegeben.

Während die Zähne symmetrisch sein können, wobei beide Oberflä­ chen der Zähne den gleichen Winkel in bezug auf die Achse bil­ den, können wichtige Vorteile erzielt werden, wenn die Zahnwin­ kel verschieden sind. In Fig. 8 ist das bevorzugte Ausführungs­ beispiel veranschaulicht. Drehmomentübertragungsflächen 62, 63 an den Teilen 30 und 40 bilden einen Winkel 61 mit einer Tangente 64 an eine axiale Linie 65. An den Teilen 30 und 40 sind ferner Entriegelungsflächen 70 und 71 ausgebildet. Diese bilden einen Winkel 60 zwischen der genannten Tangente und der Axiallinie. Diese Flächen sind für eine rechtsgängige Gewindemutter gezeigt, deren Festziehrichtung durch den Pfeil 75 gezeigt ist. Der Win­ kel 60 ist größer als der Winkel 61. Beispiele hierfür sind 45° und 30°.

Wenn der Mutterring 30 Widerstand leisten soll, ist sein Nocken­ winkel an den Flächen 70 und 71 steiler, und dies macht ein Entriegeln schwieriger als ein Festziehen, weil der Nockenwin­ kel für die Ausübung des Drehmoments beim Fest ziehen kleiner ist.

Es wird angenommen, daß die Wirkungsweise der Vorrichtung aus der vorstehenden Beschreibung klargeworden ist. Wie am besten Fig. 1 zeigt, wird die Mutter auf die Welle aufgebracht und festgezogen, und zwar mit oder ohne Verwendung eines Werkzeugs. Wenn das endgültige Festziehen eintritt, wird das Werkzeug wie in Fig. 2 gezeigt angedrückt, um den Verriegelungsring zu verlagern und das Festziehen zu ermöglichen, ohne daß eine Nockenwirkung auftreten muß. Der Mutterring liegt gegen den Scheibenteil an, um die Axialkraft aus dem Zusammenwirken der Gewindeteile zu übertragen. Dann wird, wie in Fig. 3 gezeigt, das Werkzeug zurückgezogen, und der Mutterring gleitet, falls nötig, von selbst zurück in den engen komplementären in Fig. 3 gezeigten Eingriff. Das Zurückdrehen oder Lösen kann in umge­ kehrter Weise wie der vorbeschriebene Vorgang durchgeführt werden, oder es kann einfach erreicht werden durch Anwendung irgendeines Drehmomentwerkzeugs, das den Verriegelungsring nicht verlagern muß, wobei einfach die Mutter losgedreht wird, während die Ringe nockenartig infolge der Gestalt der Zähne auseinandergleiten.

Die Stirnflächen der Zähne sind normalerweise flach oder eben, aber sie müssen es nicht sein. Sie können statt dessen auch wellenförmig sein. Wenn für die Mutter ein linksgängiges Gewinde verwendet wird, ist die Orientierung der Drehmomentübertragungs- und Entriegelungs-Flächen der Zähne umgekehrt.

Claims (10)

1. Verriegelungsmutter zum Aufschrauben auf eine Welle und zur Selbsthalterung auf einer Welle, wobei die Verriegelungs­ mutter eine zentrale Achse aufweist, mit

• - einer Axial-Druckscheibe (20) mit einem Scheibenteil (21), einer zentralen Öffnung (24) durch den Scheibenteil zum Durchgang für die Welle (11),
• - einem Mutterring (30) mit einer zentralen Öffnung, die durch eine Innenwand begrenzt ist und mit einem Gewinde (32) auf der Wand und mit Eingriffsmitteln (36) für ein Drehmomentwerkzeug, die vom einen Ende des Mutterrings (30) her zugänglich sind,
• - einem Verriegelungsring (40) mit einer zentralen Öffnung (41) und Einrichtungen, um einer Verdrehung des Verriege­ lungsrings Widerstand zu leisten,
• dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Axial-Druckscheibe (20) mit einer Zunge (25), die sich in die Öffnung (24) erstreckt, um in eine Keilnut (13) der Welle einzugreifen, und mit einem Umfangskragen (26) aus­ gestattet ist, der sich axial von der Scheibe (21) weg erstreckt, wobei der Kragen eine darin ausgebildete und sich axial erstreckende Keilnut (27) aufweist,
• - der Mutterring (30) mit Zähnen (35) an dem anderen Ende ausgestattet ist,
• - der Verriegelungsring (40) als Einrichtungen, um seiner Verdrehung Widerstand zu leisten, mit Zähnen (42) an einem Ende, wobei die Zähne (42) komplementär zu den Zähnen (35) an dem Mutterring (30) ausgebildet sind, und mit einem Vorsprung (43) ausgestattet ist, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er in die Keilnut (27) des Kragens (26) hineinragt, und eine Axialbewegung des Verriegelungs­ rings (40) in dem Kragen (26) zuläßt, und
• - Vorspannmittel (45) vorgesehen sind, die den Verriege­ lungsring (40) axial auf den Mutterring (30) zu vor­ spannen, so daß die Zähne (35, 42) miteinander in Eingriff kommen, wobei die Zähne so bemessen und angeordnet sind, daß sie bei Ausübung eines ausreichenden Drehmoments die Ringe (30, 40) nockenartig auseinanderschieben.

2. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähne (35, 42) symmetrische Flächen haben.

3. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähne (35, 42) komplementär zu­ einander, aber unsymmetrisch (62, 63, 70, 71) sind.

4. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähne (35, 42) komplementär, aber asymmetrisch (62, 63, 70, 71) sind, wobei der Winkel (60, 61), der in Bezug auf eine Tangente (64) gebildet ist, für diejenigen Flächen (62, 63), die das Festziehdrehmoment auf die Verriegelungsmutter übertragen, kleiner ist als für diejenigen Flächen (70, 71), die das Entriegelungs-Drehmo­ ment übertragen.

5. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorspannfeder (45) eine kreis­ förmige Wellenfeder ist.

6. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eingriffsmittel (36) für das Drehmomentwerkzeug eine Ausnehmung in dem Mutterring (30) aufweisen.

7. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eingriffsmittel (36) für das Drehmomentwerkzeug eine Ausnehmung oder Öffnung in einer Schulter (34) des Mutterrings (30) aufweisen.

8. Verriegelungsmutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung oder Öff­ nung in dem Mutterring (30) einen Zugang zu einer Vielzahl von Zähnen (42) an dem Verriegelungsring (40) freigibt.

9. Kombination aus Verriegelungsmutter gemäß Anspruch 1 und einem zugehörigen Werkzeug (50), das eine Vielzahl von Zungen (51) aufweist, die zum Eingriff in die Ausnehmung oder Öffnung ausgebildet sind und die Spitzen der Zähne (42) ergreifen, um den Verriegelungsring (40) zu verlagern, wodurch der Verriegelungsring (40) aus dem Eingriff mit dem Mutterring (30) freigegeben wird.

10. Verriegelungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutterring (30) einen Bund (31) aufweist, der das Gewinde trägt und der teleskop­ artig in die Öffnung (41) in dem Verriegelungsring (40) ein­ greift, und daß die Zähne (35) an dem Mutterring (30) von einer Schulter (34) getragen sind, die den Verriegelungsring (40) übergreift, und daß ein Ende des Bundes (31) den Schei­ benteil (21) berührt, wenn die Verriegelungsmutter festgezo­ gen ist.