DE4106943C1 - - Google Patents
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Description
Für Schraubelemente wie Muttern und dergleichen sind
vielfältige Ausgestaltungen zur Sicherung gegen Losdrehen
der festgezogenen Schraubverbindung unter den axialen
Kräften und gegebenenfalls auftretenden Vibrationen be
kannt.
Die einfachste Ausführungsform ist die Splintmutter,
die an einer axialen Seite zinnenförmig begrenzt ist,
wobei die Vertiefungen zwischen den Zinnen mit einer Quer
bohrung der Schraube zur Deckung gebracht werden können
und ein Splint quer hindurchgesteckt wird. Nachteilig
ist hierbei die Notwendigkeit der Anbringung einer Quer
bohrung in der Schraube und insbesondere der Umstand,
daß die Sicherung gegen Losdrehen nur in bestimmten Dreh
stellungen des Schraubelements, nämlich wenn sich gerade
eine der Vertiefungen zwischen den Zinnen mit der Quer
bohrung in der Schraube deckt, möglich ist. Eine weitere
Methode der Sicherung einer Schraubverbindung gegen Los
drehen ist die Anbringung eines Federrings. Dieser gräbt
sich mit einer Schneide in die Unterseite einer Mutter,
mit der anderen Schneide in das Gegenwerkstück ein und
verhindert durch die Orientierung der Schneiden das Los
drehen der Mutter. Beim Anziehen werden die Flächen, an
denen die Schneiden des Federrings angreifen, beschädigt.
Ein gewolltes Lösen der gesicherten Schraubverbindung ist
nur gegen die Wirkung des Federrings und unter größeren Zer
störungen der Angriffsflächen desselben möglich. Schließlich
gibt es Schraubelemente in Gestalt von sogenannten Siche
rungsmuttern, die an ihrer Anlagefläche radiale Schneiden
nach Art eines Feilenhiebs aufweisen, die sich ähnlich in
die Gegenfläche einkrallen, wie es bei dem Federring der
Fall ist. Naturgemäß sind auch die Nachteile die gleichen,
wobei die gebildeten Kerben Ausgangspunkt für Dauerbrüche
sein können (Gesicherte Schrauben. In: Zeitschrift "Konstruktion & Elektronik" (1991)
Nr. 4 vom 20.2.1991, Seite 4; EP 2 90 967 B1).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegen
Losdrehen sicherungsfähiges Schraubelement zu schaffen,
bei dem an der Schraube keinerlei besondere Gestaltung
vorhanden sein muß und die Anlageflächen durch den Siche
rungsvorgang nicht beschädigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schraub
element gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das Schraubelement wird in der üblichen Weise ange
zogen, bis die gewünschte Spannung in der Schraubverbin
dung erreicht ist. Sodann wird der Spannring auf der Spi
ralfläche verdreht, wodurch der büchsenartige Ansatz,
der natürlich entsprechend dünnwandig ausgestaltet ist,
radial zusammengedrückt wird und sich mit dem Innenge
winde auf der Schraube festsetzt, so daß eine kraftschlüs
sige Verklemmung gegen Losdrehen auf der Schraube erreicht
wird. Es bedarf nur einer relativ geringen Verdrehung
des Körpers des Schraubelements und des Spannrings gegen
einander, um die Verklemmung herbeizuführen.
Die eigentliche Spannverbindung bleibt von diesem
Vorgang unberührt, weil die Funktionen der Betätigung
des Schraubelements zur Erzielung der gewünschten axialen
Kraft in der Schraube einerseits und der Sicherung gegen
Losdrehen des Schraubelements voneinander gänzlich getrennt
sind. Das Schraubelement kann angezogen werden, ohne daß
die Anlageflächen von Sicherungselementen beschädigt werden
und ohne daß Zusatzmomente für die Betätigung bzw. Aktivie
rung von Sicherungsmitteln aufgebracht werden müßten.
Außerdem vergrößert sich durch die radiale Zusammendrückung
des mit dem Innengewinde versehenen büchsenartigen Ansatzes
der Eingriff des Gewindes bzw. dessen Traganteil, so daß
bei gleichen axialen Kräften der Schraubverbindung die
lokale Flächenpressung verringert werden kann.
Aus der FR 4 85 395 ist ein gegen Losdrehen sicherungs
fähiges Schraubelement mit einem scheibenförmigen Körper
bekannt, der ein durchgehendes Innengewinde, von dem mehrere
Gewindegänge in dem Körper Platz haben, und auf einer Seite
einen büchsenartigen Ansatz aufweist, durch den sich das
Innengewinde fortsetzt. Es ist ein drehbarer Spannring
vorgesehen, durch den sich im Gegensatz zur Erfindung eben
falls das Gewinde fortsetzt. Die zylindrische Außenumfangs
fläche des Ansatzes ist zur Gewindeachse exzentrisch und
greift in eine zylindrische ebenfalls exzentrische Ausneh
mung in der benachbarten Stirnseite des Spannrings ein.
Beim Verdrehen des Spannrings verlagert sich sein Gewinde
in Querrichtung gegenüber dem Gewinde des Körpers, wodurch
eine Verklemmung der aus dem Körper und dem Spannring be
stehenden baulichen Einheit auf dem sie durchsetzenden
Gewindebolzen eintritt.
Die Verspannung erfolgt hierbei durch gewolltes Schief
ziehen der Anordnung und führt somit zu einer Verkantung
derselben im Rahmen des Gewindespiels. Die Haltekräfte
sind beschränkt. Die Klemmung kann durch ein an dem Körper
angreifendes Drehmoment beeinflußt werden, was bei der
Erfindung alles nicht der Fall ist, weil der Spannring
ganz auf der Außenumfangsfläche des Ansatzes sitzt.
Die Verwendung von Spiralflächen zur Erzielung einer
radialen Verklemmung ist für sich genommen aus der GB
2 93 122 bekannt. Hierbei sind zwei übereinander angeordne
te Ringe vorhanden, von denen einer mit seiner zylindri
schen Innenumfangsfläche auf einer Welle sitzt, der andere
mit seiner zylindrischen Außenumfangsfläche in einer ent
sprechenden Bohrung eines äußeren Bauteils anliegt. Die
einander zugewandten Umfangsflächen der beiden Ringe sind
in einem zur Achse der Welle senkrechten Querschnitt spi
ralig. Bei einer Verdrehung des äußeren Bauteils gegenüber
der Welle werden durch die Reibungsverhältnisse auch die
beiden spiraligen Ringe auf ihrer Spiralfläche gegeneinan
der verdreht, wodurch die Verklemmung des äußeren Bauteils
auf der Welle zustande kommt.
Das Schraubelement bildet in seiner einfachsten Ausfüh
rungsform mit Körper, büchsenartigem Ansatz und Spannring
die Grundform einer Sicherungsmutter, die gemäß Anspruch 2
am Außenumfang des Körpers mit einer Gestaltung für den
Angriff eines Drehwerkzeugs ausgebildet ist, beispielsweise
am Umfang Längsnuten oder radiale Bohrungen für den Angriff
eines Hakenschlüssels aufweist oder in der üblichen Weise
sechseckig ausgebildet ist.
Eine entsprechende Gestaltung kann gemäß Anspruch 3
auch der Spannring aufweisen.
Der Körper des Schraubelements und der Spannring kön
nen auf diese Weise unter gleichzeitigem Angriff zweier
Drehwerkzeuge wirkungsvoll mit hohem Drehmoment gegeneinan
der verdreht werden, um die Klemmwirkung auf der Schraube
zu erzeugen.
Um beim gegenseitigen Verdrehen des Körpers des Schraub
elements und des Spannrings nicht zu viel von dem aufge
brachten Drehmoment für das bloße Zusammendrücken des
büchsenartigen Ansatzes Zwecks Überwindung des Spiels
auf der Schraube zu verbrauchen, empfiehlt sich eine Längs
schlitzung nach Anspruch 4, die die Verformbarkeit des
büchsenartigen Ansatzes in radialer Richtung erheblich
vergrößert, ohne die Stabilität in Umfangsrichtung und
damit die Haltekraft der Sicherung wesentlich zu verringern.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen durch die Achse gehenden Längs
schnitt durch ein Schraubelement,;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II
in Fig. 1.
Das in den Fig. 1 und 2 als Ganzes mit 100 bezeich
nete Schraubelement stellt eine Sicherungsmutter dar,
die auf eine in Fig. 1 strichpunktiert nur angedeutete
Schraube oder Schraubspindel 1 mit einer Achse 2 aufschraub
bar ist. Das Schraubelement 100 umfaßt einen Körper 3
in Gestalt einer dicken Scheibe 4, deren Dicke in dem
wiedergegebenen Ausführungsbeispiel etwa ein Viertel des
Durchmessers beträgt. Der Außenumfang 5 der Scheibe 4 ist
zylindrisch und weist vier gleichmäßig über den Umfang
verteilte Längsnuten 6 auf, an denen ein Hakenschlüssel
zum Drehen des Schraubelements 100 angreifen kann.
Auf der in Fig. 1 rechten Flachseite der Scheibe 4
besitzt der Körper 3 eine im Querschnitt kreisrunde Er
höhung 7 mit einer zur Achse 2 senkrechten äußeren Begren
zungsfläche 8, die die Anlagefläche des Schraubelements
100 bildet, mit der dieses sich gegen eine Gegenfläche
an einem Bauteil, gegenüber dem die Schraube 1 verspannt
werden soll, anlegt.
Die Scheibe 4 ist mit einem Innengewinde 9 versehen,
welches auf das entsprechende Außengewinde der Schrau
be 1 aufschraubbar ist.
Das Gewinde 9 setzt sich durch einen zu der Achse 2
koaxialen büchsenartigen Ansatz 10 hindurch fort, der
auf der der Erhöhung 7 abgewandten Flachseite der Scheibe
4 vorgesehen ist. Das Gewinde 9 trägt also auf der Schrau
be 1 auf der Gesamtlänge des Körpers 3 und des Ansatzes
10. Die Gewindesteigung ist relativ zur Dicke des Körpers
3 so bemessen, daß in dem Körper 3 allein mehrere Gewinde
gänge Platz haben.
Der axiale büchsenartige Ansatz 10 weist in einer
durch die Achse 2 gehenden Ebene an einer oder mehreren
über den Umfang verteilten Stellen einen radial durch
gehenden Längsschlitz 11 auf, der das radiale Zusammen
drücken des Ansatzes 10 erleichtert.
Dieses radiale Zusammendrücken wird durch einen Spann
ring 20 bewerkstelligt, der drehbar auf dem Außenumfang
des axialen Ansatzes angeordnet und ungeschlitzt sowie
mit einem im Vergleich zu dem Ansatz großen Querschnitt
versehen ist, weil er die Ringzugspannungen aufzunehmen
hat, die die Radialkräfte ergeben.
Der axiale Ansatz 10 steht über den Spannring 20
nach der dem Körper 3 abgelegenen Seite vor und besitzt
dort außen eine Umfangsnut 12 zur Aufnahme eines Spreng
rings 13, mittels welchem der in unverspanntem Zustand
lose Spannring auf dem Ansatz 10 festgehalten wird und
somit dem Körper 3 unverlierbar verbunden bleibt.
Auch der Außenumfang 15 des Spannrings 20 ist in
dem Ausführungsbeispiel zylindrisch und besitzt an über
den Umfang verteilten Stellen Längsnuten 16, in denen
ein Hakenschlüssel angreifen kann, um den Spannring 20
gegenüber dem Körper 3 zu verdrehen.
Die durch den Ansatz 10 und den Spannring 20 gebildete
Spannanordnung ist im einzelnen anhand der Fig. 2 erläutert.
In der Schnittdarstellung ist eine gedachte Zylinderfläche
14 mit dem Mittelpunkt auf der Achse 2 strichpunktiert an
gedeutet. Die Außenumfangsfläche 17 des büchsenartigen An
satzes 10 ist durch eine zu der Achse 2 koaxiale Spiral
fläche 18 gebildet, deren Erzeugende zu der Achse 2 pa
rallel sind. Die Innenumfangsfläche 27 des Spannrings 20
ist durch eine gleiche Spiralfläche 28 gebildet, die von
außen auf der Spiralfläche 18 anliegt. Die beiden Spiral
flächen 18, 28 liegen in den beiden ersten Quadranten des
Querschnitts der Fig. 2 außerhalb der gedachten Zylinder
fläche 14, schneiden die Spiralfläche 14 in der "Sechs-
Uhr"-Stelle und liegen in den beiden letzten Quadranten
innerhalb der Zylinderfläche 14. Der örtliche Radius der
Spiralfläche 18 nimmt von einer Stelle 19 des größten
Radius gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn winkelproportional
über fast 360° ab und springt an einer Stelle 21 des ge
ringsten Radius auf einer Übergangsfläche 22 wieder auf
den größten Radius zurück. Die Innenumfangsfläche 27 des
Spannrings 20 ist entsprechend gestaltet, d. h. der Radius
verringert sich von einer Stelle 19′ des größten Radius
im Uhrzeigersinn winkelproportional bis zu einer Stelle 21′
des kleinsten Radius, worauf die Innenumfangsfläche 27 in
einer Übergangsfläche 22′ in einem engen Winkelbereich wie
der auf die Stelle 19′ des größten Radius zurückspringt.
Der Betrag der Steigung der Spiralflächen 18, 28 in Umfangs
richtung ist so gewählt, daß sie im Selbsthemmungsbereich
liegt und sich der Spannring also, einmal festgezogen,
nicht mehr ohne äußeres Drehmoment zurückdreht. Bei einem
Radiusunterschied von 2 mm bei 50 mm Durchmesser ergibt
sich in der Abwicklung ein Keil mit der Steigung ≈2 : 150,
was weniger als einem Grad entspricht, wobei der Grenzwin
kel der Selbsthemmung bei Stahl auf Stahl bei etwa 7°
liegt. Bei dem Beispiel liegen die Spiralflächen 18, 28
also weit im Selbsthemmungsbereich, was gleichzeitig be
deutet, daß die Umsetzung des an dem Spannring 20 aufge
brachten Drehmoments in radiale Klemmkraft mit einem hohen
Wirkungsgrad erfolgt.
In Fig. 2 ist die Spannanordnung 10, 20 in noch nicht
vollständig verspanntem Zustand dargestellt. In ganz un
verspanntem Zustand sind die Übergangsflächen 22, 22′ ein
ander in Umfangsrichtung noch mehr benachbart. Die Funktion
der Verspannung kann veranschaulicht werden, indem die
Stelle 19 des büchsenartigen Ansatzes 10 betrachtet wird,
die den größten Radius der Spiralfläche 18 aufweist. Bei
einer Bewegung dieser Stelle bei festgehaltenem Spannring
20 gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn liegt sie nacheinander
an Stellen der Spiralfläche 28 an, die einen immer kleine
ren Radius aufweisen. Dadurch wird die Stelle 19 radial
nach innen gedrückt. Entsprechendes gilt für alle anderen
Stellen des Umfangs mit Ausnahme der zwischen den Stellen
19 und 21′ freibleibenden Zonen. Der axiale Ansatz 10
wird auf diese Weise gleichmäßig radial zusammengedrückt
und auf der Schraube 1 kraftschlüssig festgeklemmt. Das
Schraubelement 100 kann dadurch nicht mehr verdreht werden
und behält seine einmal erreichte Drehstellung bei.
Der Radiusunterschied der Stellen 19, 21 kann bei
einem Durchmesser der Schraube 1 von 30 bis 50 mm wie
bei dem bereits erwähnten Beispiel etwa 2 mm betragen.
Durch eine Verdrehung des Spannrings 20 gegenüber dem
büchsenartigen Ansatz 10 im Uhrzeigersinn von 36° kann
also eine Radiustoleranz von 0,2 mm überbrückt werden,
was in den meisten Fällen ausreichend ist. Die in Betracht
kommenden Anzugs-Drehhübe werden keinesfalls 45° überstei
gen müssen. Die Übergangsfläche 22′ befände sich bei ent
sprechend gegenüber dem axialen Ansatz 10 verdrehtem Spann
ring 20 etwa an der in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten
Position 22′′.
Im Betrieb kann das eine Sicherungsmutter bildende
Schraubelement durch Verdrehen des Körpers 3 bis zur Anlage
der Begrenzungsfläche 8 an einer Gegenfläche angezogen
werden. Es wird dann ein die Zugspannung in der Schraube
1 bewirkendes Drehmoment auf den Körper 3 aufgebracht,
beispielsweise mit Hilfe eines Hakenschlüssels, der in
den Nuten 6 angreift. Bei diesem Anziehen sind für die
Sicherung des Schraubelements 100 keinerlei Zusatzmomente
aufzubringen, d. h. das gesamte an dem Umfang 5 aufgebrachte
Drehmoment kommt der Verspannung der Schraube 1 zugute.
Bei erreichter Verspannung erfolgt die Verdrehung
des Spannrings 20 mit einem ähnlichen Werkzeug, welches
in den Nuten 16 des Spannrings 20 angreift. Es wird da
durch in der geschilderten Weise der büchsenartige Ansatz
10 radial zusammengedrückt und kraftschlüssig auf der
Schraube 1 verspannt. Nötigenfalls kann bei dieser Ver
spannung mit einem weiteren Drehwerkzeug an dem Körper 3
gegengehalten werden, um die erreichte Verspannung der
Schraube 1 nicht zu verändern.
Die Sicherung des Schraubelements 100 erfolgt ganz
innerhalb dieses Elements, ohne daß ein Angriff an dem
das Gegenlager für die Begrenzungsfläche 8 bildenden Bau
teil oder an der Schraube 1 stattfindet und ohne daß die
Sicherung von dem Material dieser Gegenfläche abhinge.
Die zur Verfügung stehende Länge des Gewindes 9 ist
durch den büchsenartigen Ansatz 10 vergrößert, und es
wird durch die radiale Zusammendrückung in dem Bereich
des axialen Ansatzes 10 auch der Eingriff des Schraub
gewindes verbessert.
Der Körper 3 muß nicht wie in dem dargestellten Aus
führungsbeispiel eine reine Mutter sein, sondern kann auch
selbst ein eine weitere Funktion ausübendes Bauteil sein.
Auch ist in dem Beispiel nur ein Ansatz 10 mit einem Spann
ring 20 auf einer Seite vorgesehen, obwohl auch eine dop
pelseitige Ausführung und eine Ausführung mit zwei oder
mehr Spannringen auf einer Seite in Betracht kommen.
Claims (4)
1. Gegen Losdrehen sicherungsfähiges Schraubelement
(100)
mit einem scheibenförmigen Körper (3),
mit einem durchgehenden Innengewinde (9) in dem Körper (3), von dem mehrere Gewindegänge in dem Körper (3) Platz haben,
mit einem zu dem Innengewinde (9) konzentrischen, auf mindestens einer Seite des Körpers (3) vorgesehenen büch senartigen Ansatz (10), durch den sich das Innengewinde (9) fortsetzt,
mit einer Spiralfläche (18), die auf der Außenumfangs fläche (17) des büchsenartigen Ansatzes (10) koaxial zur Achse (2) des Innengewindes (9) angeordnet und aus zu der Achse (2) parallelen Erzeugenden gebildet ist und in Umfangsrichtung eine im Selbsthemmungsbereich liegende Steigung aufweist, und
mit mindestens einem auf der Spiralfläche (18) angeordneten, drehbaren, in Umfangsrichtung ungeteilten Spannring (20), dessen Innenumfangsfläche (27) eine der Spiralfläche (18) des Ansatzes (10) entsprechende und auf dieser anliegende Spiralfläche (28) ist.
mit einem scheibenförmigen Körper (3),
mit einem durchgehenden Innengewinde (9) in dem Körper (3), von dem mehrere Gewindegänge in dem Körper (3) Platz haben,
mit einem zu dem Innengewinde (9) konzentrischen, auf mindestens einer Seite des Körpers (3) vorgesehenen büch senartigen Ansatz (10), durch den sich das Innengewinde (9) fortsetzt,
mit einer Spiralfläche (18), die auf der Außenumfangs fläche (17) des büchsenartigen Ansatzes (10) koaxial zur Achse (2) des Innengewindes (9) angeordnet und aus zu der Achse (2) parallelen Erzeugenden gebildet ist und in Umfangsrichtung eine im Selbsthemmungsbereich liegende Steigung aufweist, und
mit mindestens einem auf der Spiralfläche (18) angeordneten, drehbaren, in Umfangsrichtung ungeteilten Spannring (20), dessen Innenumfangsfläche (27) eine der Spiralfläche (18) des Ansatzes (10) entsprechende und auf dieser anliegende Spiralfläche (28) ist.
2. Schraubelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schraubelement (100) als Mutter mit
einer am Außenumfang (5) des Körpers (3) vorgesehenen
Gestaltung (6) für den Angriff eines Drehwerkzeugs ausge
bildet ist.
3. Schraubelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannring (20) am Außenumfang (15)
eine Gestaltung (16) für den Angriff eines Drehwerkzeugs
aufweist.
4. Schraubelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) mindestens
in einem Längenbereich des büchsenartigen Ansatzes (10)
in einer durch die Achse (2) gehenden Ebene längsgeschlitzt
ist.
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DE102008050683A1 (de) | 2008-10-07 | 2010-04-15 | Dirk Fervers | Formschlüssige Sicherungskonstruktion zur Vermeidung des Lösens von Schrauben- oder Mutternverbindungen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO1992015792A1 (de) | 1992-09-17 |
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