DE3641836A1 - Selbstsicherndes befestigungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstsicherndes Befestigungs­ element, insbesondere Mutter, Bolzen, Schraube oder dgl. mit einer Vielzahl über wenigstens eine oder mehrere Teilflächen der Auflagefläche des Befestigungselementes hinterteilt und zueinander wechselweise aufeinanderfolgend angeordneten Erhöhun­ gen und Vertiefungen.

Selbstsichernde Befestigungselemente dieser Art sind insbeson­ dere in Ausführungen bekannt, bei denen wenigstens eine oder mehrere Teilflächen ihrer Auflagefläche, meistens aber die gesamte Auflagefläche mit axial vorspringenden Rippen oder Zähnen besetzt ist, die beim Anziehen des Befestigungselementes über eine bestimmte Tiefe hin in das zu verspannende Bauteil einsinken oder einschneiden sollen und dadurch das Befestigungs­ element gegen unbeabsichtigtes Drehen in Löserichtung sichern sollen. Die Zuverlässigkeit solcher Sperrverzahnungen hängt aber von einer Reihe von Faktoren, insbesondere von der angewand­ ten Anzugskraft beim Anziehen des Befestigungselementes und ferner von der Festigkeit des Materials des Bauteiles ab. Weist das Material des Bauteiles eine höhere als die optimale Festig­ keit auf, so ergibt sich entweder kein oder nur ein ungenügendes Einsinken der Rippen bzw. Zähne in das Material des Bauteiles und werden die vom Befestigungselement zu übertragenden Lasten ausschließlich über die Zahn- bzw. Rippenköpfe übertragen, was einerseits zu nachträglichen Setzungen und Hand in Hand zu einem Verlust an Vorspannkraft führt und andererseits eine unzureichende Sicherung gegen unbeabsichtigtes Drehen in Löserich­ tung zur Folge hat. Ist das Material des Bauteiles weicher, als vorgesehen und der gewählten Zahn- oder Rippenquerschnitts­ form angemessen, so führt das Anziehen des Befestigungselementes zu übermäßigen Abschabungen der Oberfläche des Bauteiles, was gleichfalls nachteilig ist.

Unabhängig von den genannten Nachteilen haftet aber allen mit dieser Gattung von Sicherungsmitteln ausgestatteten selbstsi­ chernden Befestigungselementen der Nachteil an, daß beim beab­ sichtigten Lösen des Befestigungselementes die Oberfläche des Bauteiles mehr oder minder stark angegriffen wird und daher bei einem erneuten Anziehen des Befestigungselementes völlig unkontrollierbare Verhältnisse vorliegen. Weiterhin führt hierbei das beabsichtigte Lösen des Befestigungselementes immer zu einem gewissen Materialabtrag an der Oberfläche des Bauteiles, was bei Bauteilen aus Eisenmetall Korrosions- und Rostangriff übermäßig fördert.

Zur Beseitigung der vorstehend aufgezeigten Nachteile der über­ wiegenden Mehrzahl der bekannten Ausbildungen der Sicherungsmittel selbstsichernder Befestigungselemente ist durch die DE-PS 25 46 985 bereits vorgeschlagen werden, an der Auflagefläche des selbstsichernden Befestigungselementes radial zu dessen Achse gerichtete und im Querschnitt symmetrisch gerundete Rippen anzuordnen, wobei die Rippen auch gekrümmt verlaufen können. Durch die symmetrisch gekrümmte Ausbildung der Querschnittsform radial oder spiralenförmig gekrümmt verlaufender Rippen soll erreicht werden, daß sowohl beim Anziehen, als auch beim Lösen des Befestigungselementes eine spannende oder sonstwie abtragen­ de Beschädigung der Oberfläche vermieden wird, während die Sicherungswirkung ausschließlich darauf beruht, daß die Vorspan­ nung des Befestigungselementes und die sich beim bestimmungsge­ mäßen Gebrauch der Verschraubung ergebenden Lasten allein durch die linienförmige Anlage der Rippenköpfe am Bauteil übertragen werden und die sich daraus ergebende extrem hohe Flächenpres­ sung die Hemmkraft gegen ein unbeabsichtigtes Lösen des Befesti­ gungselementes bildet. Ferner soll bei dieser bekannten Bau­ art eines selbstsichernden Befestigungselementes die Sicherungs­ wirkung der im wesentlichen radial gerichteten Rippen zusätzlich noch dadurch erhöht werden, daß sich unter der Wirkung der extrem hohen Flächenpressung der lediglich linienförmigen Anla­ ge der Rippenköpfe zwischen benachbarten Rippen Aufwölbungen der Oberfläche des Bauteiles ergeben. Um solche bestimmungs­ gemäße Unterstützung der Sicherungswirkung der Rippen dienende Aufwölbungen der Oberfläche des Bauteiles zwischen benachbarten Rippen überhaupt zu ermöglichen, müssen die Rippen einen entspre­ chend großen Abstand voneinander aufweisen, was die Gesamtauflage­ fläche des Befestigungselementes naturgemäß auf ein Minimum reduziert und woraus naturgemäß auch ein nachträgliches Einsin­ ken der Rippen in das Bauteil resultiert, wenn nämlich die Rippen des Befestigungselementes nicht nur die bestimmungsgemäße Vorspannkraft des Befestigungselementes, sondern auch noch die bestimmungsgemäße Belastung des Befestigungselementes übertra­ gen müssen. Ein solches Einsinken der Rippen des Befestigungsele­ mentes in das Material des Bauteiles führt aber notwendigerweise zu einem Verlust an Vorspannung und damit zu einem Verlust an Sicherungswirkung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein selbstsichern­ des Befestigungselement, wie Mutter, Bolzen, Schraube oder dgl. derart auszubilden, daß bei Vermeidung jedweder Beschädi­ gung der Oberfläche des Bauteiles sowohl beim Anziehen, als auch beim Lösen des Befestigungselementes und bei gegebenen­ falls über die Auflagefläche des Befestigungselementes hin geringfügig unterschiedlicher Festigkeit des Materials des Bauteiles ein nachträgliches Setzen und damit ein Einsinken der Sicherungsmittel des Befestigungselementes mit der Folge eines Verlustes an Vorspannung ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erhöhungen und Vertiefungen zueinander deckungsgleiche Grundriß­ formen aufweisen und sowohl in radialer, als auch in Umfangsrich­ tung abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind. Dadurch weisen die wechselweise angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen in der Auflagefläche des Befestigungselementes ein regelmäßiges Muster auf, welches unabhängig von der Form des Musters eine Beschädigung der Bauteiloberfläche beim Anziehen oder beim Lösen des Befestigungselementes, ausschließt und was ferner zu einer verhältnismäßig großen, wirksamen Restauflagefläche für das Befestigungselement auf dem Bauteil führt, so daß übertrieben hohe Flächenpressungen zwischen den Erhöhungen und der Oberfläche des Bauteiles und damit auch ein nachträgliches Einsinken der Erhöhungen in die Oberfläche des Bauteiles infolge der zusätzlichen bestimmungsgemäßen Belastung des Befestigungs­ elementes ausgeschlossen sind. Damit ist gleichzeitig auch eine Verminderung der Vorspannkraft, mit welcher das Befestigungs­ element angezogen ist, auch beim Auftreten der bestimmungsgemäßen Belastung und somit jede Gefahr eines unbeabsichtigten Lösens des Befestigungselementes ausgeschlossen.

Die Erfindung kann im einzelnen auf verschiedene Weisen verwirk­ licht werden.

Gemäß einer bevorzugten Verwirklichungsform ist vorgesehen, daß die Erhöhungen und Vertiefungen eine rechteckige Grundriß­ form aufweisen und sowohl in Radial- als auch in Umfangsrichtung wechselweise aufeinanderfolgend in parallelen bzw. konzentrischen Reihen angeordnet sind, wobei die Erhöhungen benachbarter Rei­ hen nach Art eines Schachbrettmusters zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß die Erhöhungen und Vertiefungen eine rauten­ artige Grundrißform aufweisen und sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung wechselweise aufeinanderfolgend in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Erhöhungen benachbarter Reihen nach Art eines Rautenmusters zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Erhöhungen und Vertiefun­ gen eine trapezförmige oder dreieckförmige Grundrißform auf­ weisen und sowohl in radialer, als auch in Umfangsrichtung wechselweise aufeinanderfolgend in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Erhöhungen benachbarter Reihen spiegelbildlich zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

Für die Verwirklichung der Erfindung kann außer den vorerwähn­ ten Musteranordnungen mit jeweils eckiger Grundrißform sowohl der Erhöhungen, als auch der Vertiefungen, die je nach Ausbil­ dung eine radial oder tangential gerichtete Reihe einander linienförmig berührender Erhöhungen und Vertiefungen ergibt, auch eine Musterform gewählt werden, bei welcher die Erhöhun­ gen und Vertiefungen eine Grundrißform mit gerundeten Rändern, etwa nach Art eines Kordel- oder Zopfmusters aufweisen und die Erhöhungen benachbarter Reihen jeweils zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

Die Auswahl der jeweils bestgeeigneten Musterform wird zum einen von den erforderlichen Vorspannkraft für das Befestigungs­ element und zum anderen von der Festigkeit des Materials des Bauteiles und schließlich von der zu erwartenden Belastung des Befestigungselementes abhängig zu treffen sein, ebenso wie die Grenzschnittsform der Erhöhungen bzw. Sicherungselemente, die trapezförmig gestaltet und mit einer glatten Auflagefläche versehen sowie gegebenenfalls abgerundeten Ecken entlang der Umfangsränder der Auflagefläche ausgestattet sein kann. Diese Querschnittsform kommt vor allem für Musteranordnungen mit geradlinigen Rändern der Grundrißform sowohl der Erhöhungen, als auch der Vertiefungen in Betracht, kann aber auch bei an­ deren Musterformen anwendbar sein.

Nach einer anderen Ausgestaltungsform der Erfindung können die Erhöhungen als Verriegelungselemente ausgebildet und mit einer im wesentlichen buckelförmigen Querschnittsform ausge­ stattet sein. Diese Querschnittsform der Erhöhungen dürfte sich im allgemeinen besonders zur Anwendung in Verbindung mit einer Anordnung der Erhöhungen und Vertiefungen in einem kordel- oder zopfartigen Muster empfehlen.

Die Anordnung von Sicherungsmitteln in einer der vorstehend aufgezeigten Musteranordnungen kann entweder vollflächig über den Umfang der Auflagefläche des Befestigungselementes hin verteilt oder aber auf in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Teilflächen der Auflagefläche des Befestigungsele­ mentes begrenzt vorgenommen werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß sich die in Umfangsrichtung vollflächig oder in Teil­ flächen angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen in radialer Richtung vom Zentrum der Auflagefläche ausgehend nur über einen Teilbereich derselben hin erstrecken.

Entlang des Außenumfanges der Auflagefläche des Befestigungsele­ mentes kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich ein Dichtrand angeordnet sein, dessen Höhe vollständig oder wenigstens annähernd der Höhe der die Sicherungselemente bil­ denden Erhöhung entspricht.

Die Erfindung ist schließlich auch noch für bestimmungsgemäß nicht lösbare selbstsichernde Befestigungselemente anwendbar, wobei dann die Sperrelemente bildenden Erhöhungen vorzugsweise eine zackenförmige Querschnittsform aufweisen.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbei­ spiele im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigt die

Fig. 1 eine Seitenansicht eines selbstsichernden Schraubenbol­ zens;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Kopf des selbstsichernden Schraubenbolzens gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Auflagefläche des Kopfes des selbstsichernden Schraubenbolzens gemäß Fig. 1 mit lediglich abschnittweise dargestellten verschiedenen Musterausbildungen für die Anordnung der die Sicherungs­ elemente bildenden Erhöhungen bzw. Vertiefungen,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch Fig. 3 entlang der Linie IV-IV;

Fig. 5 eine abschnittweise Darstellung der Musteranordnung bei trapezförmiger Grundrißform der Erhöhungen und Vertiefungen;

Fig. 6 eine abschnittweise Darstellung der Musteranordnungen der Erhöhungen und Vertiefungen bei dreieckförmiger Grundrißform der Erhöhungen;

Fig. 7 eine ausschnittweise Darstellung der Musteranordnung bei zopf- oder kordelförmiger Gestaltung der Grundriß­ form der Erhöhung bzw. Vertiefungen;

Fig. 8 einen Teilschnitt durch den Kopf eines selbstsichern­ den Schraubenbolzens bei gemäß dem Muster nach Fig. 7 angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen.

Der Schraubenbolzen 1 weist einen Gewindeschaft 2 und einen Kopf 3 mit einer Auflagefläche 4 auf. Die Auflagefläche 4 des Schraubenkopfes 3 ist mit durch zueinander wechselweise aufeinanderfolgend angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen gebildeten Sicherungsmitteln gegen ein unbeabsichtigtes Lösen versehen, wobei die die Sicherungsmittel bildenden Erhöhungen und die Vertiefungen zueinander deckungsgleiche Grundrißformen aufweisen und sowohl in radialer, als auch in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. In den Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 bis 6 weisen sowohl die Erhöhungen als auch die Vertiefungen jeweils eine Grundrißform mit geradlini­ gen Begrenzungslinien auf. Im einzelnen zeigt die Fig. 3 zu­ nächst drei Ausführungsformen, bei denen die Erhöhungen 5, 5 a und 5 b sowie die Vertiefungen 6, 6 a und 6 b jeweils eine quadrati­ sche Grundrißform aufweisen. Die Erhöhungen 5, 5 a und 5 b sind dabei in zueinander in radialer Richtung parallelen Reihen 7 und wechselweise zu den Vertiefungen 6, 6 a und 6 b und in Umfangs­ richtung in zueinander konzentrischen Reihen, ebenfalls wechsel­ weise zu den Vertiefungen 6, 6 a und 6 b angeordnet, derart, daß die Erhöhungen 5, 5, a und 5 b sowohl in benachbarten Reihen 7, als auch in benachbarten Reihen 8 zueinander auf Lücke stehend nach Art eines Schachbrettmusters angeordnet sind.

Die in Reihen abwechselnd mit den Vertiefungen 6 a angeordneten Erhöhungen 5 a können in Schachbrettmusterform auch so angeord­ net werden, daß die Reihe von Erhöhungen 5 a radial zur Achse des Befestigungselementes gerichtet ist, die quergerichtete Reihe 8 a der Erhöhungen 5 a jedoch tangential zur Achse des Befestigungselementes ausgerichtet ist.

In der Fig. 3 ist weiterhin eine abschnittweise Musteranord­ nung dargestellt, bei welcher die Erhöhungen 9 und die Vertie­ fungen 10 zueinander deckungsgleiche rautenartige Grundrißfor­ men aufweisen und die Erhöhungen 9 mit den Vertiefungen 10 abwechselnd in zueinander parallelen Reihen 11 und 12 und von Reihe zu Reihe zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl die Reihen 11, als auch die Reihen 12 tangential zur Achse des Befestigungsele­ mentes angeordnet sind.

Es ist aber ohne weiteres ersichtlich, daß die Reihen 12 auch konzentrisch zur Achse des Befestigungselementes angeordnet werden können.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weisen sowohl die Vertie­ fungen 13 als auch die Erhöhungen 14 eine trapezförmige Grund­ rißform auf und sind sowohl in radialer Richtung, als auch in Umfangsrichtung die Erhöhungen 14 benachbarter Reihen 15 bzw. 16 zueinander auf Lücke stehend angeordnet.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Erhöhungen 17 eine dreiecksförmige Grundrißform auf, während die Vertiefungen 18 eine sechseckförmige Grundrißform besitzen. Die Erhöhungen 17 sind dabei in radialer Richtung in zueinander parallelen Reihen 19 angeordnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 weisen Erhöhungen 20 und Vertiefungen 21 eine Grundrißform auf und sind die Erhöhun­ gen 20 in radialer bzw. tangentialer Richtung abwechselnd mit Vertiefungen 21 in zueinander parallelen Reihen 22 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist für die Erhöhungen 5, 5 a, 5 b, 9, 14 und 17 der Musteranordnungen nach Fig. 3 bis 6 die in der Fig. 4 dargestellte trapezförmige Querschnittsform mit an den Oberseiten glattflächig ausgebildeten Auflageflächen 23 vorgesehen. Am Übergang zwischen den Flanken 24 und den Auflageflächen 23 können die Erhöhungen 5, 5 a, 5 b, 9, 14, 17 auch mit Abrundungen 25 ihrer Begrenzungsränder versehen sein.

Das in der Fig. 8 dargestellte Querschnittsprofil ist besonders für die in der Fig. 7 dargestellte Musterform geeignet, wobei die Erhöhungen 20 eine trapezförmige Querschnittsform mit glatter Auflagefläche 26 oder eine buckelförmige Querschnittsform 27 aufweisen können.

Claims (11)

1. Selbstsicherndes Befestigungselement, insbesondere Mutter, Bolzen, Schraube oder dgl. mit einer Vielzahl über wenig­ stens eine oder mehrere Teilflächen der Auflagefläche des Befestigungselementes hin verteilt und zueinander wechsel­ weise aufeinanderfolgend angeordneten Erhöhungen und Ver­ tiefungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (5, 5 a, 5 b, 9, 14, 17, 20) und die Vertiefungen (6, 6 a, 6 b, 10, 13, 18, 21) zueinander deckungsgleiche Grundrißformen aufwei­ sen und sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind.

2. Selbstsicherndes Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (5, 5 a, 5 b) und Vertiefungen (6, 6 a, 6 b) eine rechteckige Grundrißform aufweisen und sowohl in radialer, als auch in Umfangsrichtung wechselweise aufein­ anderfolgend in paralleln (7) bzw. konzentrischen Reihen (8) angeordnet sind, wobei die Erhöhungen (5, 5 a, 5 b) benach­ barter Reihen (7 und 8) nach Art eines Schachbrettmusters zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

3. Selbstsicherndes Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (9) und Vertiefungen (10) eine rautenartige Grundrißform aufweisen und sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung wechselweise aufein­ anderfolgend in parallelen Reihen (11 und 12) angeordnet sind, wobei die Erhöhungen (9) benachbarter Reihen (11 und 12) nach Art eines Rautenmusters zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

4. Selbstsicherndes Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (14, 17) und Vertiefungen (13 und 18) eine trapezförmige oder dreieckförmige Grund­ rißform aufweisen und sowohl in radialer als auch in Umfangs­ richtung wechselweise aufeinanderfolgend in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Erhöhungen (14 bzw. 17) benachbarter Reihen spiegelbildlich zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

5. Selbstsicherndes Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (20) und Vertiefungen (21) eine Grundrißform mit gerundeten Rändern nach Art eines Kordel- oder Zopfmusters aufweisen und die Erhöhungen (20) in zueinander parallelen Reihen (22) und zueinander auf Lücke stehend angeordnet sind.

6. Selbstsicherndes Befestigungselement nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erhöhungen (5, 5 a, 5 a, 9, 14, 17, 20) als Ver­ riegelungselemente ausgebildet sind und eine trapezförmi­ ge Querschnittsform mit glatter Auflagefläche (23 oder 26) aufweisen.

7. Selbstsicherndes Befestigungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Er­ höhungen (5, 5 a, 5 b, 9, 14, 17, 20) als Verriegelungselemente ausgebildet sind und eine buckelförmige Querschnittsform (27) mit im wesentlichen gerundeter Auflagefläche aufweisen.

8. Selbstsicherndes Befestigungselement nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß über den Umfang der Auflagefläche (4) des Befestigungselementes hin verteilt im Abstand voneinander mehrere Gruppen von Erhöhungen (5, 5 a, 5 b, 9, 14, 17, 29) und Vertiefungen (6, 6 a, 6 b, 10, 13, 18, 21) angeordnet sind.

9. Selbstsicherndes Befestigungselement nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die in Umfangsrichtung vollflächig oder gruppenweise angeordneten Erhöhungen (5, 5 a, 5 b, 9, 14, 17, 20) und Vertiefungen (6, 6 a, 6 b, 10, 13, 18, 21) in radialer Richtung vom Zentrum der Auflagefläche (4) ausgehend nur über einen Teilbereich derselben hin erstrecken.

10. Selbstsicherndes Befestigungselement nach einem oder mehre­ ren der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß entlang des Außenumfanges der Auflagefläche des Befestigungselementes ein Dichtrand (28) angeordnet ist.

1. Selbstsicherndes Befestigungselement, insbesondere Mutter, Bolzen, Schraube oder dgl. mit einer Vielzahl über wenig­ stens eine oder mehrere Teilflächen der Auflagefläche des Befestigungselementes hin verteilt und zueinander wechsel­ weise aufeinanderfolgend angeordneten Erhöhungen und Vertie­ fungen, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem regelmäßigen Muster angeordneten Erhöhungen als Sperrverzahnung ausgebil­ det sind und eine zackenförmige Querschnittsform aufwei­ sen.