DE4307090B4

DE4307090B4 - Mutter, insbesondere Radmutter

Info

Publication number: DE4307090B4
Application number: DE4307090A
Authority: DE
Inventors: Ewald Bächle
Original assignee: Erich Neumayer GmbH and Co KG
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 1992-04-18
Filing date: 1993-03-06
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2013-03-07
Also published as: FR2690208A1; FR2690209B1; BR9301561A; FR2690208B1; US6213885B1; JPH0610936A; FR2690207A1; BR9301560A; FR2690207B1; JPH0610935A; FR2690209A1; JPH0610937A; DE4307090A1; BR9301562A

Abstract

Durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellte Mutter, insbesondere Radmutter mit einem Antriebsteil (2), wie einem Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges, und mit einem angeformten oder angefügten Druckteller (1) mit einer Anlagefläche (4) zur Anlage an einem zu befestigenden Bauteil, wie einer Felge, sowie mit einem auf der dem Druckteller (1) abgewandten Seite des Antriebsteiles (2) angeformten, zumindest innen kegelig, die Kegelspitze vom Druckteller (1) weg weisend, ausgebildeten und in Längsrichtung mit schlitzförmigen Ausnehmungen (8) versehenen hülsenartigen Klemmbereich (3), wobei das Innengewinde der Mutter zylindrisch entlang des Antriebsteiles (2) und konisch entlang des kegeligen Klemmbereiches (3) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die innere, kegelig verlaufende Mantelfläche als auch die Ausnehmung (8) durch Massiv-Umformen gebildet sind.

Description

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

Bei derartigen Muttern, die beispielsweise aus der US 3 702 628 bekannt sind, 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 Zerspanungsvorgang, die in Achsrichtung verlaufenden, schlitzförmigen Ausnehmungen eingebracht. In einem weiteren Vorgang werden die so gebildeten Segmente des Klemmbereiches radial nach innen verformt und der Klemmbereich somit in eine leicht konische Form gebracht. Die spanabhebende Herstellung der Ausnehmungen 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 Bolzengewinde, aber auch am Mutterkörper selbst.

Aus der US 1 314 668 ist die Herstellung einer Mutter bekannt, wobei Schlitze eines hülsenartigen Bereiches durch Massiv-Umformen gebildet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Losdrehen der Mutter aus dem angeschraubten Zustand auch nach mehrmaliger Verwendung zuverlässig zu vermeiden und ein gleichmäßiges Klemmmoment mit geringst möglichen Streuungen zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch eine Mutter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Erfindung werden nachteilige Einflüsse auf die Klemmmomentstreuung durch Höhenunterschiede, Durchmessertoleranzen und Winkeltoleranzen vermieden oder zumindest reduziert. Dies wird gemäß der Erfindung bei Muttern der eingangs genannten Art vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass sowohl die innere, kegelig verlaufende Mantelfläche als auch die Ausnehmungen durch Massiv-Umformen gebildet sind. Durch ein solcherart flexibel gestaltetes Klemmelement ist ein geringer Klemmmomentverlust nach Aufbringung der Vorspannkraft und nach mehrmaligem Aufschrauben und Lösen realisierbar. Weiterhin werden die Klemmmomente vorteilhafterweise nicht nachteilig durch unterschiedliche Bolzenflankendurchmesser innerhalb der Flankendurchmessertoleranz beeinflusst. Durch unterschiedliche Gestaltung des Klemmelementes sind unterschiedliche Klemmmomente innerhalb eines gleichen Gewindedurchmessers wählbar.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Mutter kann vorsehen, dass sowohl der zylindrisch verlaufende Gewindebereich innerhalb 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 Gewindeformen, durch Gewindewalzen, durch Strählen oder dergleichen. Durch eine solche Ausführungsform kann sichergestellt werden, dass die Gewindegeometrie erhalten bleibt und die Gewindegänge keiner werkstofftechnischen Überbeanspruchung ausgesetzt sind, da bei der Fertigung des Klemmteiles 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 Abschrauben zuverlässig vermieden werden kann. Durch diese Reduzierung oder Vermeidung des Abriebes in den Gewinden am Klemmelement und am Bolzengewinde kann die Fressgefahr stark vermindert und der Klemmmomentverlust erheblich reduziert werden. Durch eine Verteilung der Reibung auf größere Gewindeflankenbereiche und eine höhere Anzahl an Gewindegängen innerhalb des Klemmbereiches ist eine Reduzierung der örtlichen Reibung möglich.

Bei einer erfindungsgemäß gefertigten Mutter kann es zweckmäßig sein, wenn das Gewinde auf einer NC-gesteuerten Drehmaschine 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 Muter 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 verlaufendem Gewindebereich aufweisen, die sowohl eine hinderliche Spanbildung vermeiden, als auch die Elastizität der Mutter in diesem Übergangsbereich 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 Antriebsteil relativ verdrehbar gehaltert ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mutter kann vorsehen, dass der Druckteller ein Massiv-Umformteil ist.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit einer erfindungsgemäß hergestellten Mutter kann vorsehen, dass die Anlagefläche des Drucktellers konkav ausgebildet ist, wobei es in diesem Fall zweckmäßig sein kann, wenn der Querschnitt, die radiale Erstreckung, die Krümmung, d.h. die axiale Höhe der konkaven, beziehungsweise kegeligen Anlagefläche und der 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 Anlagefläche 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, beispielsweise hinsichtlich der Vorspannkraftbedingungen, wenn der Winkel zwischen Mutter und Druckteller größer ist, als der Winkel zwischen der konkav ausgebildeten Anlagefläche des Drucktellers und der Ebene, die an die der Mutter abgewandte axiale Begrenzung des Drucktellers anlegbar ist.

Anhand der 1 bis 3 sei die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Mutter mit angeformtem Druckteller,
2 eine Mutter mit angefügtem Druckteller, und
3 eine Mutter mit angeformtem Druckteller mit konkav ausgebildetem Anlagebereich.
Die in 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 Druckteller 1 ist an seiner Anlagefläche 4 plan ausgebildet, während seine axial der Anlagefläche 4 gegenüberliegende Wandung 5 kegelförmig verläuft, wobei die Spitze des Kegels von der Anlagefläche 4 weg gerichtet ist.
Das Antriebsteil 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 das den Mehrkant aufweisende Antriebsteil 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 3 mehrere, über den Umfang verteilte, Schlitze oder axial gerichtete Ausnehmungen 8, die sich bis zur radialen Begrenzungsfläche 9 des Antriebsteiles axial erstrecken, auf.
Im Bereich ihres Innendurchmessers ist die Mutter mit zwei unterschiedlich ausgebildeten Gewindebereichen versehen, die im Übergangsbereich 10 aufeinandertreffen. Der erste Gewindebereich 11 erstreckt sich nach einer kurzen gewindefreien Zone, wie beispielsweise einem Zentrieransatz, axial vom Bereich des Drucktellers 1 über den die Verformung 6 tragenden Bereich des Antriebsteiles 2 bis in einen Teil der Erstreckung des Klemmbereiches 3. Der Gewindebereich 11 verläuft über den gesamten Bereich seiner axialen Erstreckung zylindrisch und geht im Übergangsbereich 10 in den Gewindebereich 12 über, der zur späteren Bildung einer Klemmkraft aus der Axialrichtung geneigt ist und einen kegeligen Verlauf aufweist, wobei die Kegelspitze wiederum von der Anlagefläche 4 des Drucktellers 1 weg weist.
In dem hier gezeigten Übergangsbereich 10, in dem der zylindrische Gewindebereich 11 und der kegelig verlaufende Gewindebereich 12 zusammentreffen, kann eine Rille oder Nut angeordnet sein, die gemäß der 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 Gewindebereich 12 ist bei der hier gezeigten Mutter nach dem Einbringen der Ausnehmungen 8 und der Gestaltung des Klemmbereiches 3 ohne nachträgliches Umformen aus der zylindrischen in die kegelige Form gefertigt. Das bedeutet, dass das Gewinde nicht in Zylinderform, sondern in Kegelform eingebracht wird.
Die in 2 dargestellte Mutter weist die gleichen konstruktiven Merkmale auf beziehungsweise ist nach dem gleichen Verfahren hergestellt, wie dies in Zusammenhang mit 1 beschrieben ist. Als Besonderheit weist diese Mutter jedoch einen separat hergestellten Druckteller 1a auf, der an seiner der Anlagefläche abgewandten Seite im Bereich seines Innendurchmessers von einer Ausformung 2a, die sich axial aus dem Bereich des Antriebsteiles heraus in Richtung Anlagefläche erstreckt, gehaltert ist. Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist es möglich, den Druckteller 1a aus einem anderen Werkstoff als die Mutter herzustellen, beispielsweise aus einem Werkstoff, der andere Federeigenschaften aufweist. Weiterhin ist es möglich, den Druckteller 1a, 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 bzw. Ausnehmungen und seinem Innengewindebereich, sind identisch mit den bisher beschriebenen.
In 3 ist wiederum eine Mutter mit einstückig daran angeformtem Druckteller dargestellt. Die Besonderheit dieser Mutter besteht darin, dass der Druckteller in seinem Anlagebereich 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 Anlagefläche 4a 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 Anlagefläche kann auch an einem separaten Druckteller, wie er beispielsweise in Verbindung mit 2 beschrieben ist, angebracht werden.
Weiterhin kann ein Winkel 13 zwischen Mutterkörper und Druckteller 1a eingeschlossen sein, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist. Dabei kann dieser Winkel 13 auf den in 3 dargestellten Winkel 14 zwischen der Anlagefläche 4a des Drucktellers und dessen Gegenanlageebene abgestimmt sein, so dass er für bestimmte Anwendungsfälle größer ausgeführt sein kann.

Claims

Durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellte Mutter, insbesondere Radmutter mit einem Antriebsteil (2), wie einem Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges, und mit einem angeformten oder angefügten Druckteller (1) mit einer Anlagefläche (4) zur Anlage an einem zu befestigenden Bauteil, wie einer Felge, sowie mit einem auf der dem Druckteller (1) abgewandten Seite des Antriebsteiles (2) angeformten, zumindest innen kegelig, die Kegelspitze vom Druckteller (1) weg weisend, ausgebildeten und in Längsrichtung mit schlitzförmigen Ausnehmungen (8) versehenen hülsenartigen Klemmbereich (3), wobei das Innengewinde der Mutter zylindrisch entlang des Antriebsteiles (2) und konisch entlang des kegeligen Klemmbereiches (3) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die innere, kegelig verlaufende Mantelfläche als auch die Ausnehmung (8) durch Massiv-Umformen gebildet sind.
Mutter- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der zylindrisch verlaufende Gewindebereich (11) innerhalb des Antriebsteiles (2) als auch der kegelig verlaufende Gewindebereich (12) innerhalb des Klemmbereiches (3) nach dem Massiv-Umformen gebildet wird, und zwar spanabhebend oder spanlos, wie durch Gewinderollen, durch Gewindeformen, durch Gewindewalzen, durch Strählen oder dergleichen.
Mutter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde auf einer NC-gesteuerten Drehmaschine hergestellt ist.
Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Rille im Übergangsbereich (10) zwischen dem zylindrisch verlaufenden Gewindebereich (11) und dem kegelig verlaufenden Gewindebereich (12).
Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller (1) dem Antriebsteil (2) einstückig angeformt ist.
Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller (1a) dem Antriebsteil angefügt ist.
Mutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller (1a) auf dem Antriebsteil relativ verdrehbar gehaltert ist.
Mutter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller ein Massiv-Umform-Teil ist.
Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (4a) des Drucktellers konkav ausgebildet ist.
Mutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt, die radiale Erstreckung, die Krümmung der Anlagefläche (4a) und der Werkstoff des Drucktellers (1a) derart gewählt sind, dass bei angezogener Mutter eine elastische, nicht jedoch eine plastische Verformung des Drucktellers auftritt.
Mutter nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter und die ihr zugekehrte Fläche des Drucktellers (1a) einen Winkel (13) einschließen, dessen Schenkel von der Mittelachse der Mutter wegweisen.
Mutter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (13) zwischen der Mutter und dem Druckteller (1a) größer ist als der Winkel (14) zwischen der konkav ausgebildeten Anlagefläche des Drucktellers (1a) und der Ebene, die an die der Mutter abgewandte axiale Begrenzung des Drucktellers anlegbar ist.