DE3708856A1 - Mit zaehnen versehene einpressmutter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Zähnen versehene Einpressmutter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einpressmutter ist aus der DE-PS 19 58 353 und der CH-PS 4 41 873 bekannt, die nach Einpressen verdreht werden muß. Von derartigen Einpressmuttern wird verlangt, daß sie in axialer Richtung entgegengesetzt dem Einpressvorgang verlaufen­ den Abzugskräften widerstehen können. Diese Wider­ standsfähigkeit ist umso größer, je tiefer die Zähne der Einpressmutter in das die Aufnahmebohrung enthal­ tende Bauteil eindringen. Tief eindringende Zähne führen jedoch zu dem Problem, daß eine solche Einpress­ mutter sich nur mit großen Kräften überhaupt einpressen läßt. Dabei besteht die Gefahr einer unerwünschten Verformung des Bauteils. Insofern handelt es sich also bei der Dimensionierung einer Einpressmutter um einen Kompromiß zwischen den gewünschten relativ hohen Abzugskräften und den für das Einpressen erforderlichen Kräften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derarti­ ge Einpressmutter so zu gestalten, daß ohne besondere Erhöhung der für das Einpressen erforderlichen Kräfte die auf die Einpressmutter gegebenenfalls wirksamen Abzugskräfte besonders hoch sein können, ohne daß es eines Verdrehens der eingepreßten Mutter bedarf. Erfin­ dungsgemäß geschieht dies durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Aufgrund dieser Gestaltung der Zähne ergeben sich auf deren einer Seite relativ breite Flanken, die auf die Basis der Mutter zuweisen, also bei Wirkung von Abzugs­ kräften gegen das Material des betreffenden Werkstücks in axialer Richtung drücken. Auf diese Weise gibt man den Zähnen eine große flächige Auflage gegenüber dem Material des Werkstücks, wodurch die zum Ausreißen der eingepreßten Mutter notwendigen Abzugskräfte gegenüber bekannten Einpressmuttern erheblich erhöht werden. Aufgrund des sich zur Mutterachse öffnenden Winkels von etwa 112° zwischen dem längeren Schenkel in der Ebene der Stirnfläche und einem Radialstrahl ergeben sich relativ stumpfe Zähne, die der Belastung beim Einpres­ sen ohne weiteres widerstehen können, also nicht zum Abbrechen neigen. Der genannte Winkel von 112° kann selbstverständlich in beiden Richtungen um einige Grad verändert werden, ohne daß sich an dem erzielten Effekt der Widerstandsfähigkeit der Zähne etwas ändert.

Die Fläche der Zahnflanken bestimmt den Widerstand der Mutter gegen Verdrehungsbelastung, wie sie beim Eindre­ hen von Schrauben mit z.B. beschädigtem Gewinde auftre­ ten kann. Dabei ist wichtig, daß die größere Fläche der Flanken auf die beim Einpressen entstandene belastete Furche im Werkstück trifft, was bei der erfindungsgemä­ ßen Mutter der Fall ist. Da der Kragen der Mutter konisch ausgebildet ist, verlieren die Flächen der Zahnflanken bei Wirkung von axialen Abzugskräften mehr und mehr den Kontakt mit ihren Auflageflächen im Werkstück, während die belasteten Kanten der Zähne entsprechend den längeren Schenkeln sich umso mehr in das Bauteilmaterial eingraben, je mehr die Flächen der Zahnflanken ihre Führung in der Furche verlieren. Dieser erwünschte Effekt ist auf zwei Eigenschaften der Mutter zurückzuführen, nämlich die Konizität des Kragens und die Steigung der Zähne. Da eine längere Kante einem Austrieb der Mutter mehr Widerstand entge­ gensetzen kann als eine kürzere, ist es erwünscht, daß auch die längere Kante die belastete ist, wie dies bei der erfindungsgemäßen Mutter der Fall ist. In der Praxis tritt, insbesondere bei automatischen Ein­ schraubgeräten, immer eine auf die Mutter einwirkende Mischbelastung auf, wenn eine Schraube in die Mutter eingedreht wird, d.h. eine Axial- und eine Drehbela­ stung. Aus den dargelegten Gründen kann die Mutter gerade dieser Belastungsart hohen Widerstand gegen Hinausdrücken entgegensetzen.

Ein mit Rücksicht auf die Einpressbarkeit der Mutter und die Erzielung hoher Abzugskräfte günstiger Stei­ gungswinkel der Zähne liegt bei 45°. Je größer dieser Winkel wird, desto höher werden auch die Abzugskräfte, da in diesem Falle die Lage der Zähne in Bezug auf die axial wirkenden Abzugskräfte besonders günstig ist.

Für das Einpressen der Einpressmutter benötigt man einen Freiraum für das dabei von den Zähnen verdrängte Material. Unter Berücksichtigung dieses Freiraumes ergibt sich eine technisch günstige Gestaltung der Einpressmutter dann, wenn die radiale Höhe der Zähne und der Durchmesser der Aufnahmebohrung so gewählt sind, daß die Zähne 50-75% ihrer maximalen Höhe in das die Aufnahmebohrung enthaltende Werkstück eindrin­ gen.

Für eine günstige Gestaltung der Einpressmutter ist es weiterhin erforderlich, die Zahnbreite in Bezug auf den Umfang des Kragens so zu wählen, daß sich im wesentli­ chen unabhängig vom Kragendurchmesser eine Anzahl von Zähnen ergibt, die einerseits genügend Abzugskräfte aufnehmen können und andererseits aufgrund ihrer Sub­ stanz nicht dazu neigen, beim Einpressen zu brechen. Eine günstige Gestaltung erhält man dann, wenn die Zahnbreite einem radial gemessenen Winkel von etwa 10° entspricht.

Mit Rücksicht auf die Fabrikation der Einpressmutter und deren gewünschte Verankerung in einem Werkstück erhält man eine zweckmäßige Gestaltung der Nut dann, wenn deren Breite 1/3 bis 1/2 der Gesamthöhe von Kragen und Nut ausmacht.

Eine eingepreßte Einpressmutter wird nicht nur durch rein axial wirkende Abzugskräfte z.B. beim Einschrauben eines Bolzens belastet, es ergeben sich auf sie auch dabei wirkende Verdrehungskräfte, insbesondere dann, wenn ein einzuschraubender Bolzen gegenüber der Ein­ pressmutter eine hohe Reibung aufweist. Um diesen Kräften entgegenzuwirken, gestaltet man die Einpressmutter zweckmäßig so, daß die Zähne in einem Steigungssinn verlaufen, der demjenigen des Mutterge­ windes entgegengesetzt gerichtet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine in einer Aufnahmebohrung sitzende Einpressmutter im Axialschnitt,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Einpressmutter gemäß Fig. 1 gemäß der Schnittlinie I-I im Radialschnitt,

Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt in axialer Blickrichtung auf die der Nut benachbarte Stirnseite des Kragens.

Fig. 1 zeigt eine Einpressmutter 1, eingepreßt in ein Werkstück 2. Die Einpressmutter 1 sitzt in der Bohrung 3 des Werkstücks 2, ihre aus dem Kragen 12 herausragen­ den Zähne 4 dringen in die Wandung der Bohrung 3 ein. Dabei sitzt die Basis 5 der Einpressmutter 1 auf der Fläche 6 des Werkstückes 2. Infolge Anbringung der Nut 7 an der Einpressmutter 2 besitzen die Zähne 4 eine der Mutterbasis 5 zugekehrte Stirnfläche 8.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus der Einpressmutter gemäß Fig. 1 ohne das Werkstück 2, und zwar gemäß der Schnittlinie I-I, die unmittelbar oberhalb der Stirnfläche 8 verläuft. Wie ersichtlich, weisen die Zähne 4 die erheblich ungleich langen Schenkel 9 und 10 auf, wobei sich der Eindringbereich der Zähne 4 von ihren Zahnspitzen 11 bis zu der strich-punktiert gezeichneten Linie 13 erstreckt, die der Aufnahmebohrung 3 (s. Fig. 1) entspricht. Dabei beträgt der der Mutterachse 14 zugewandte Winkel α zwischen dem längeren Schenkel 9 und dem Radialstrahl 112°. In Fig. 2 ist weiterhin der Winkel β eingetra­ gen, der hier 10° beträgt und der die Breite der Zähne 4 definiert.

In Fig. 3 ist der in der Fig. 2 dargestellte Aus­ schnitt der Einpressmutter in umgekehrter Blickrichtung wiedergegeben, und zwar teilweise als Schnitt durch den Hals 16 (s. Fig. 1) entlang der Schnittlinie II-II ohne das Werkstück 2. Dabei erscheinen die gegenüber der Nut in der Stirnfläche 8 vorspringenden Zähne 4 voll sichtbar, wobei hinter den längeren Schenkeln 9 der weitere schräge Verlauf der zugehörigen Flanken 17 sichtbar ist. Diese Flanken verlaufen hier unter einem Steigungswinkel von 45°. Aus Fig. 3 wird deutlich, daß sich die Einpressmutter 1 mit diesen Flanken 17 günstigerweise gegen das Material des Bauteiles 2 bei axialer Belastung in Richtung von dem Bauteil 2 weg abstützen kann.

Bei einer Mutter, die in eine Bohrung von 10 mm Durch­ messer eingepreßt wird, kann vorzugsweise der längere Schenkel 9 0,7 mm lang und der kürzere Schenkel 10 0,4 mm lang sein.

Claims (6)

1. Mit Zähnen versehene Einpressmutter, die einen konischen Kragen aufweist, der durch eine Nut von einer Basis scharfkantig abgesetzt ist und gegen­ über der Basis eine Stirnfläche bildet, für eine Aufnahmebohrung eines Werkstücks, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Täler der über den Umfang des Kragens mit gleichbleibender Teilung verteilten, in das Werkstück eindringenden Zähne, die mit einem Steigungswinkel von etwa 30° und darüber gegenüber der Mutterachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (4) im Eindringbereich der Querschnittsebene der Stirnflä­ che (8) derart erheblich ungleich lange Schenkel (9, 10) aufweisen, daß der sich zur Mutterachse öffnende Winkel (α) der längeren Schenkel (9) in der Ebene der Stirnfläche (8) gegenüber einem Radialstrahl (15) etwa 112° beträgt, wobei die den längeren Schenkeln (9) zugeordneten Flanken (17) der Zähne (4) entsprechend deren Steigung auf die Basis (5) der Mutter (1) zuweisen.

2. Einpressmutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steigungswinkel der Zähne (4) 45° beträgt.

3. Einpressmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe der Zähne (4) und der Durchmesser der Aufnahmebohrung (3) so gewählt sind, daß die Zähne (4) 50-75% ihrer maximalen Höhe in das die Aufnahmebohrung (3) enthaltende Bauteil (2) eindringen.

4. Einpressmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbreite einem radial gemessenen Winkel (β) von etwa 10° ent­ spricht.

5. Einpressmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nut (7) 1/3 bis 1/2 der Gesamthöhe von Kragen (12) und Nut (7) ausmacht.

6. Einpressmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (4) in einem Steigungssinn verlaufen, der demjenigen des Mutter­ gewindes (18) entgegengesetzt gerichtet ist.