DE4307090A1 - Mutter, insbesondere Radmutter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellte Mutter, insbesondere Radmutter mit Antriebsteil, wie Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges, und einem angeformten oder ange­ fügten Druckteller mit einem Bereich zur Anlage an dem zu befestigenden Bauteil, wie einer Felge, sowie einem, auf der dem Druckteller abgewandten Seite des Antriebsteiles ange­ formten, hülsenartigen, zumindest innen kegelig - die Kegelspitze vom Druckteller wegweisend - ausgebildeten und in Längsrichtung geschlitzten hülsenartigen Klemmbereich, wobei das Innengewinde der Mutter zylindrisch entlang des Antriebsteiles und konisch entlang des kegeligen Klemmbe­ reiches verläuft.

Bei derartigen Muttern wird der Klemmbereich in an sich bekannter Weise auf der Innenseite zylindrisch ausgebildet, danach das Gewinde entlang der zylindrischen Mantelfläche geformt und in einem weiteren Vorgang, nämlich einem Zerspa­ nungsvorgang, die in Achsrichtung verlaufenden Schlitze eingebracht. In einem weiteren Vorgang werden die so gebil­ deten Segmente des Klemmbereiches radial nach innen verformt und der Klemmbereich somit in eine leicht konische Form gebracht. Die spanabhebende Herstellung der Schlitze bewirkt jedoch einen nach innen gerichteten Grat, dessen Entfernung aufwendig ist, oder aber diese Grate ergeben zumindest eine erhöhte örtliche Reibung und damit einen Abrieb am Bolzenge­ winde, aber auch am Mutterkörper selbst.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der eingangs genannten Muttern zu beseitigen und ein Losdrehen aus dem angeschraubten Zustand auch nach mehrmaliger Verwendung zuverlässig zu vermeiden. Weiterhin soll ein gleichmäßiges Klemmoment erzeugt werden, mit geringstmöglichen Streuungen.

Weiterhin sollen nachteilige Einflüsse auf die Klemmoment­ streuung durch Höhenunterschiede, Durchmessertoleranzen und Winkeltoleranzen vermieden oder zumindest reduziert werden. Dies wird gemäß der Erfindung bei Muttern der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß sowohl die innere, kegelig verlaufende Mantelfläche als auch die Schlitze durch Massiv-Umformen gebildet sind. Durch ein solcherart flexibel gestaltetes Klemmelement ist ein geringer Klemmomentverlust nach Aufbringung der Vorspannkraft und nach mehrmaligem Aufschrauben und Lösen realisierbar. Weiterhin werden die Klemmomente nicht nachteilig durch unterschiedliche Bolzen­ flankendurchmesser innerhalb der Flankendurchmessertoleranz beeinflußt. Durch unterschiedliche Gestaltung des Klemm­ elementes sind unterschiedliche Klemmomente innerhalb eines gleichen Gewindedurchmessers wählbar.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemä­ ßen Mutter kann vorsehen, daß sowohl der zylindrisch verlau­ fende Gewindebereich innerhalb des Antriebsteiles als auch der kegelig verlaufende Gewindebereich innerhalb des Klemm­ bereiches nach dem Massiv-Umformen gebildet wird, und zwar spanabhebend oder spanlos, wie durch Gewinderollen, durch Gewindeformen, durch Gewindewalzen, durch Strählen oder dergleichen. Durch eine solche Ausführungsform kann sicher­ gestellt werden, daß die Gewindegeometrie erhalten bleibt und die Gewindegänge keiner werkstofftechnischen Überbean­ spruchung ausgesetzt sind, da bei der Fertigung des Klemm­ teiles keine Gewindegänge verformt oder plastisch verändert werden können, die dann beim Aufschrauben und Abschrauben das Bolzengewinde beschädigen könnten. Weiterhin können dadurch und durch entsprechende Gestaltung der Nuten im Klemmbereich scharfe Kanten im Bereich der durch die Nuten unterbrochenen Gewindegänge vermieden werden, so daß eine Spanbildung durch die Schneidwirkung beim Auf- und Ab­ schrauben zuverlässig vermieden werden kann. Durch diese Reduzierung oder Vermeidung des Abriebes in den Gewinden am Mutterklemmelement und am Bolzengewinde kann die Freßgefahr stark vermindert und der Klemmomentverlust erheblich reduziert werden. Durch eine Verteilung der Reibung auf größere Gewindeflankenbereiche und eine höhere Anzahl an Gewindegängen innerhalb des Klemmteiles ist eine Reduzierung der örtlichen Reibung möglich.

Bei einer erfindungsgemäß gefertigten Mutter kann es zweck­ mäßig sein, wenn das Gewinde auf einer NC-gesteuerten Dreh­ maschine hergestellt ist. Durch gleichzeitiges Bearbeiten des Anlagebereiches der Mutter, sowie des Gewindes im zylindrischen und konischen Bereich in einer Aufspannung, ist eine exakte Rechtwinkligkeit der Anlage der Mutter zum gesamten Gewinde gegeben. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mutter kann eine im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Rille im Übergangsbereich zwischen zylindrisch und kegelig ver­ laufendem Gewindebereich aufweisen, die sowohl eine hinder­ liche Spanbildung vermeiden, als auch die Elastizität der Mutter in diesem Bereich gezielt erhöhen kann. Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Druckteller dem Antriebsteil einstückig angeformt ist, wobei es für andere Anwendungsfälle durchaus zweckmäßig sein kann, wenn der Druckteller dem Antriebsteil angefügt ist. Dabei kann der Druckteller so angefügt sein, daß er auf dem Antriebs­ teil relativ verdrehbar gehaltert ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mutter kann vor­ sehen, daß der Druckteller ein Massiv-Umformteil ist.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit einer erfindungsgemäß hergestellten Mutter kann vorsehen, daß der Anlagebereich des Drucktellers konkav ausgebildet ist, wobei es in diesem Fall zweckmäßig sein kann, wenn Querschnitt, radiale Erstreckung, Krümmung, also die axiale Höhe des konkaven beziehungsweise kegeligen Bereichs, und Werkstoff des Drucktellers derart gewählt sind, daß bei angezogener Mutter - auch nach mehrmaligem Be- und Entlasten - eine elastische, nicht jedoch eine plastische Verformung des Drucktellers auftritt. Mit Hilfe der daraus resultierenden Federkraft kann es in bestimmten Anwendungsfällen möglich sein, einen Vorspannungs- beziehungsweise Verspannungsausgleich beim Setzen der verspannten Teile zu bewirken, sowie einen teilweisen Ausgleich von Unwinkligkeiten von Mutteranlage­ fläche und Gegenstück zur Schraube zu schaffen. Daraus resultiert eine bessere Anlage und gleichmäßigere Verteilung der Flächenpressung. Außerdem kann durch das Vorhandensein einer - vorteilhafterweise über einen relativ großen Bereich des axialen Federweges gleichbleibenden - Vorspannung das vollständige Lösen der Schraubverbindung vermieden werden, da über einen relativ großen Losdrehweg ein durch axiale Verspannung erzeugtes Reibmoment erhalten bleibt.

Als vorteilhaft kann es sich erweisen, wenn die Mutter und die ihr zugekehrte Fläche des Drucktellers einen Winkel einschließen, dessen Schenkel von der Mittelachse der Mutter wegweisen. Dabei kann es besonders zweckmäßig sein, bei­ spielsweise hinsichtlich der Vorspannkraftbedingungen, wenn der Winkel zwischen Mutter und Druckteller größer ist, als der Winkel zwischen konkav ausgebildetem Anlagebereich des Drucktellers und der Ebene, die an die der Mutter abgewandte axiale Begrenzung des Drucktellers anlegbar ist.

Anhand der Fig. 1 bis 3 sei die Erfindung näher erläu­ tert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Mutter mit angeformtem Druckteller,

Fig. 2 eine Mutter mit angefügtem Druckteller und

Fig. 3 eine Mutter mit angeformtem Druckteller mit konkav ausgebildetem Anlagebereich.

Die in Fig. 1 gezeigte Mutter besteht im wesentlichen aus drei axial zu unterscheidenden Abschnitten, nämlich dem Druckteller 1, dem Antriebsteil 2 und dem Klemmbereich 3. In diesem gezeigten Beispiel sind alle drei axialen Abschnitte, also die gesamte Mutter, einstückig hergestellt. Der Druck­ teller 1 ist an seiner Unterseite 4 plan ausgebildet, während seine axial dem Anlagebereich 4 gegenüberliegende Wandung 5 kegelförmig verläuft, wobei die Spitze des Kegels von der Anlagefläche 4 weg gerichtet ist.

Das Antriebsteil oder der Antriebsabschnitt 2 weist radial außen regelmäßige Verformungen 6 auf, die einen Mehrkant bilden und zum Angriff eines Werkzeuges vorgesehen sind. Der Außendurchmesser dieses Mehrkantprofiles ist kleiner als der Außendurchmesser der Mutter im Bereich ihres Drucktellers 1.

Axial an den den Mehrkant aufweisenden Bereich 2 schließt sich der hülsenartige Klemmbereich 3 an, der an seinem Außenumfang von einer kegelig verlaufenden Mantelfläche 7 begrenzt wird, deren Kegelspitze wiederum der Anlagefläche des Drucktellers 1 abgekehrt ist. Weiterhin weist der Klemmbereich mehrere, über den Umfang verteilte, Schlitze oder axial gerichtete Ausnehmungen 8, die sich bis zur radialen Begrenzungsfläche 9 des Antriebsteiles axial er­ strecken, auf.

Im Bereich ihres Innendurchmessers ist die Mutter mit zwei unterschiedlich ausgebildeten Gewindezonen versehen, die bei 10 aufeinandertreffen. Die erste Gewindezone 11 erstreckt sich nach einer kurzen gewindefreien Zone, wie beispiels­ weise einem Zentrieransatz, axial vom Bereich des Drucktel­ lers 1 über den den Mehrkant 6 tragenden Bereich 2 des Antriebsteiles bis in einen Teil der Erstreckung des Klemm­ bereiches 7. Der Gewindeabschnitt 11 verläuft über den gesamten Bereich seiner axialen Erstreckung zylindrisch und geht bei 10 in den Gewindeabschnitt 12 über, der zur späteren Bildung einer Klemmkraft aus der Axialrichtung geneigt ist und einen kegeligen Verlauf aufweist, wobei die Kegelspitze wiederum von der Auflagefläche 4 des Drucktel­ lers 1 weg weist.

In dem hier gezeigten Übergangsbereich 10, in dem die zylindrische Gewindezone 11 und der kegelig verlaufende Gewindeabschnitt 12 zusammentreffen, kann eine Rille oder Nun angeordnet sein, die entsprechend der Linie 10 in Fig. 1 im wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft und - ähnlich einem Freistich - tiefer als die Gewindehöhe ausgeführt sein kann. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, daß ein Fließ-Span verhindert, beziehungsweise ein Span beseitigt wird. Weiterhin ist es dadurch möglich, das Widerstandsmoment der Mutter in diesem Bereich gezielt zu reduzieren und so eine Radialbewegung des Klemmbereiches unter optimierten Federungsbedingungen zu erzielen.

Dieser Gewindeabschnitt 12 ist bei der hier gezeigten Mutter nach dem Einbringen der Schlitze 8 und der Gestaltung des Klemmbereiches ohne nachträgliches Umformen aus der zylin­ drischen in die kegelige Form gefertigt. Das bedeutet, daß das Gewinde nicht in Zylinderform, sondern in Kegelform eingebracht wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Mutter weist die gleichen kon­ struktiven Merkmale auf beziehungsweise ist nach dem gleichen Verfahren hergestellt, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist. Als Besonderheit weist diese Mutter jedoch einen separat hergestellten Druckteller 1a auf, der an seiner dem Anlagebereich abgewandten Seite im Bereich seines Innendurchmessers von einer Ausformung 2a, die sich axial aus dem Bereich des Antriebsteils heraus in Richtung Anlagefläche erstreckt, gehaltert ist. Bei dieser Ausgestal­ tungsvariante ist es möglich, den Druckteller aus einem anderen Werkstoff als die Mutter herzustellen, beispiels­ weise aus einem Werkstoff, der andere Federeigenschaften aufweist. Weiterhin ist es möglich, den Druckteller, je nach Anwendungsgebiet, in Umfangsrichtung fest oder relativ zur Mutter verdrehbar zu haltern. Die übrigen Merkmale, wie insbesondere die Gestaltung des Klemmbereiches mit seinen axialen Schlitzen und seinem Innengewindebereich, sind identisch mit dem bisher beschriebenen.

In Fig. 3 ist wiederum eine Mutter mit einstückig daran angeformtem Druckteller dargestellt. Die Besonderheit dieser Mutter besteht darin, daß der Druckteller in seinem An­ lagebereich konkav geformt ist. Das bedeutet, daß beim Anziehen der Mutter, wenn diese mit ihrem Außendurchmesser des Drucktellers zur Anlage kommt, noch ein bestimmter axialer Abstand zu überwinden ist, bis die gesamte An­ lagefläche des Drucktellers zur Anlage kommt. Dadurch wird nach weiterem Anziehen der Mutter der Druckteller verspannt und bewirkt so - mit dieser elastischen Federwirkung - einen Ausgleich bei eventuell auftretenden Klemmkraftschwankungen. Zweckmäßigerweise wird dabei der Druckteller so ausgebildet, daß er über seinen Querschnitt einen praktisch konstanten Spannungsverlauf aufweist. Die konkav ausgeführte Anlageflä­ che kann auch an einem separaten Druckteller, wie er beispielsweise in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist, angebracht werden.

Weiterhin kann ein Winkel 13 zwischen Mutterkörper und Druckteller 1a eingeschlossen sein, wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Dabei kann dieser Winkel 13 auf den in Fig. 3 dargestellten Winkel 14 zwischen der An­ lagefläche 4a des Drucktellers und dessen Gegenanlageebene abgestimmt sein, so daß er für bestimmte Anwendungsfälle größer ausgeführt sein kann.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt insbesondere auch solche Varianten, Elemente und Kombina­ tionen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten erfinde­ risch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen.

Claims (12)

1. Durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpres­ sen, hergestellte Mutter, insbesondere Radmutter mit An­ triebsteil, wie Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges, und einem angeformten oder angefügten Druckteller mit einem Bereich zur Anlage an dem zu befestigenden Bau­ teil, wie einer Felge, sowie einem auf der dem Drucktel­ ler abgewandten Seite des Antriebsteiles angeformten, hülsenartigen, zumindest innen kegelig - die Kegelspitze vom Druckteller weg weisend - ausgebildeten und in Längsrichtung geschlitzten hülsenartigen Klemmbereich, wobei das Innengewinde der Mutter zylindrisch entlang des Antriebsteiles und konisch entlang des kegeligen Klemmbereiches verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die innere, kegelig verlaufende Mantelfläche als auch die Schlitze durch Massiv-Umformen gebildet sind.

2. Mutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der zylindrisch verlaufende Gewindebereich inner­ halb des Antriebsteiles als auch der kegelig verlaufende Gewindebereich innerhalb des Klemmbereiches nach dem Massiv-Umformen gebildet wird, und zwar spanabhebend oder spanlos, wie durch Gewinderollen, durch Gewindefor­ men, durch Gewindewalzen, durch Strählen oder derglei­ chen.

3. Mutter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde auf einer NC-gesteuerten Drehmaschine hergestellt ist.

4. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufen­ de Rille im Übergangsbereich zwischen zylindrisch und kegelig verlaufendem Gewindebereich.

5. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckteller dem Antriebsteil ein­ stückig angeformt ist.

6. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckteller dem Antriebsteil angefügt ist.

7. Mutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckteller auf dem Antriebsteil relativ verdrehbar gehaltert ist.

8. Mutter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckteller ein Massiv-Umform-Teil ist.

9. Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anlagebereich des Drucktellers konkav ausgebildet ist.

10. Mutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Querschnitt, radiale Erstreckung, Krümmung (axiale Höhe des konkaven beziehungsweise kegeligen Bereiches) und Werkstoff des Drucktellers derart gewählt sind, daß bei angezogener Mutter eine elastische, nicht jedoch eine plastische Verformung des Drucktellers auftritt.

11. Mutter nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter und die ihr zugekehrte Fläche des Drucktellers einen Winkel einschließen, dessen Schenkel von der Mittelachse der Mutter wegwei­ sen.

12. Mutter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen Mutter und Druckteller größer ist, als der Winkel zwischen konkav ausgebildetem Anlagebereich des Drucktellers und der Ebene, die an die der Mutter abgewandte axiale Begrenzung des Drucktellers anlegbar ist.