DE4307092A1 - Mutter, insbesondere Radmutter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mutter, insbesondere Radmutter mit Antriebsteil, wie Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges, und einstückig angeformtem Druckteller bezie­ hungsweise Bund, mit einem Bereich zur Anlage an dem zu befestigenden Bauteil, wie einer Felge.

Derartige Muttern mit Druckteller weisen im Regelfall eine ebene oder plane Anlagefläche auf, die dann mit einer Gegenanlagefläche des zu befestigenden Bauteils zusammenwirkt, die nicht in jedem Fall eine korrekte flächige Anlage der Mutter beziehungs­ weise ihres Bundes gewährleistet. Bei dieser Ausführungsform nach dem Stand der Technik tritt schon bei geringem Setzen der verspannten Teile, vor allem bei kurzen Klemmlängen und bei dynamisch beanspruchten Schrauben-Muttern-Verbindungen, ein schneller Vorspannkraftverlust ein, da kein Ausgleich des Setzens seitens der Mutter erfolgt. Dieser Vorspann­ kraftverlust kann sogar zur Auflösung des Schrauben-Muttern- Verbandes und eventuell zum Verlust der Teile führen. Weiterhin erfolgt bei der starren, ebenen Auflage durch ihre zumeist ungleichmäßige Anlage am Gegenstück, kein Ausgleich von Winkelabweichungen beziehungsweise von Rechtwinklig­ keitsfehlern, wodurch die Schraube zusätzlich einer Biege­ beanspruchung ausgesetzt ist.

Die im Idealfall plane Anlage ist oft in der Realität, be­ dingt beispielsweise durch das Fertigungsverfahren, eine konvexe Anlage und ist deshalb höheren Flächenpressungen ausgesetzt und neigt damit zu schnellerem Setzen und zu einem erheblichen Verlust beziehungsweise einer Reduzierung der Schraubenvorspannkraft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile der Muttern beziehungsweise von Schrau­ ben-Muttern-Verbindungen in ihrer bisherigen Ausführungsform zu beseitigen und eine bessere gegenseitige Anlage von zu montierendem Teil und Druckteller und damit eine gleichmäßi­ gere Verteilung der Flächenpressung zu erreichen. Weiterhin soll ein Ausgleich von Winkelabweichungen ermöglicht werden. Desweiteren soll die Erfindung eine wirtschaftliche und rationelle Fertigung der Muttern mit ihren Drucktellern ermöglichen.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß der Anlagebereich des Bundes konkav ausgebildet ist und der Antriebsteil sowie der Druckteller durch Massiv-Um­ formen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellt sind.

Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn Querschnitt, radiale Erstreckung, Krümmung, also axiale Höhe des konkaven beziehungsweise kegeligen Bereiches, und Werkstoff des Drucktellers derart gewählt sind, daß bei angezogener Mutter - auch nach mehrmaligem Be- und Entlasten - eine ela­ stische, nicht jedoch eine plastische Verformung des Druck­ tellers auftritt.

So kann beispielsweise durch das Vorhandensein einer - vor­ teilhafterweise 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.

Weiterhin kann es besonders zweckmäßig sein, wenn dem Antriebsteil auf der dem Druckteller abgewandten Seite, einstückig mit diesem, ein zumindest innenseitig kegelig verlaufendes, in Achsrichtung geschlitztes, eine geringere Wandstärke als das Antriebsteil aufweisendes Klemmteil geformt ist, welches, gemeinsam mit dem Antriebsteil, durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellt ist.

Durch ein solcherart flexibel gestaltetes Klemmelement ist ein geringer Klemmomentverlust nach Aufbringung der Vor­ spannkraft und nach mehrmaligem Aufschrauben und Lösen realisierbar. Weiterhin werden die Klemmomente nicht nachteilig durch unterschiedliche Bolzenflankendurchmesser innerhalb der Flankendurchmessertoleranz beeinflußt. Durch unterschiedliche Gestaltung des Klemmelementes sind unter­ schiedliche Klemmomente innerhalb eines gleichen Gewinde­ durchmessers wählbar.

Ein Losdrehen aus dem angeschraubten Zustand auch nach mehrmaliger Verwendung kann zuverlässig vermieden werden. Weiterhin kann ein gleichmäßiges Klemmoment erzeugt werden, mit geringstmöglichen Streuungen.

Außerdem können nachteilige Einflüsse auf die Klemmoment­ streuung durch Höhenunterschiede, Durchmessertoleranzen und Winkeltoleranzen vermieden oder zumindest reduziert werden.

Hierbei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Schlitze durch Massiv-Umformen gebildet sind.

Diese Herstellung der Schlitze vermeidet einen nach innen gerichteten Grat, dessen Entfernung aufwendig ist, oder der bei Nichtentfernung zumindest eine erhöhte örtliche Reibung und damit einen Abrieb am Bolzengewinde, aber auch am Mutterkörper selbst, ergibt.

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 Ver­ meidung 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 Gewindeflankenberei­ che und eine höhere Anzahl an Gewindegängen innerhalb des Klemmteiles ist eine Reduzierung der örtlichen Reibung möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mutter kann vorsehen, daß sowohl der zylindrisch verlaufende Gewindebereich innerhalb des Antriebsteiles als auch der kegelig verlaufende Bereich innerhalb des Klemmbereiches nach dem Massivumformen gebildet sind, und zwar spanabhebend oder spanlos, wie durch Gewinderollen, durch Gewindeformen, durch Gewindewalzen, durch Strählen oder dergleichen.

Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn das Gewinde auf einer NC-gesteuerten Drehmaschine hergestellt ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Mutter kann eine im wesentlichen in Umfangs­ richtung verlaufende Rille im Übergangsbereich zwischen zylindrisch und kegelig verlaufendem Gewindebereich auf­ weisen, die sowohl eine hinderliche Spanbildung vermeiden, als auch die Elastizität der Mutter in diesem Bereich gezielt erhöhen kann.

Durch gleichzeitiges Bearbeiten des Anlagebereiches der Mutter, sowie des Gewindes im zylindrischen und konischen Bereich in einer Aufspannung, ist eine exakte Rechtwinklig­ keit der Anlage der Mutter zum gesamten Gewinde gegeben.

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 Antriebsteils 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 Antriebsteils 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 zylin­ drische Gewindezone 11 und der kegelig verlaufende Gewinde­ abschnitt 12 zusammentreffen, kann eine Rille oder Nut 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 Fede­ rungsbedingungen 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 Werkstoffals 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 Kombinatio­ nen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Be­ schreibung 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 (7)

1. Mutter, insbesondere Radmutter mit Antriebsteil, wie Mehrkant, zum Angriff eines Werkzeuges, und einstückig angeformtem Druckteller beziehungsweise Bund, mit einem Bereich zur Anlage an dem zu befestigenden Bauteil, wie einer Felge, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagebe­ reich des Bundes konkav ausgebildet ist und der An­ triebsteil sowie der Druckteller durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellt sind.

2. Mutter nach Anspruch 1, 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.

3. Mutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsteil auf der dem Druckteller abgewandten Seite, einstückig mit diesem, ein zumindest innenseitig kegelig verlaufendes, in Achsrichtung geschlitztes, eine geringere Wandstärke als das Antriebsteil aufweisendes Klemmteil angeformt ist, welches, gemeinsam mit dem Antriebsteil, durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Antriebsteil, durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/oder Warmfließpressen, hergestellt ist.

4. Mutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze durch Massiv-Umformen gebildet sind.

5. Mutter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der zylindrisch verlaufende Gewindebereich innerhalb des Antriebsteiles als auch der kegelig verlaufende Bereich innerhalb des Klemmbereiches nach dem Massiv-Umformen gebildet sind, und zwar span­ abhebend oder spanlos, wie durch Gewinderollen, durch Gewindeformen, durch Gewindewalzen, durch Strählen oder dergleichen.

6. Mutter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde auf einer NC- gesteuerten Drehmaschine hergestellt ist.

7. Mutter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufen­ de Rille im Übergangsbereich zwischen zylindrisch und kegelig verlaufendem Gewindebereich.