DE68902630T2

DE68902630T2 - Anordnung von mutter und bolzen.

Info

Publication number: DE68902630T2
Application number: DE8989307155T
Authority: DE
Inventors: Richard Lee Reynolds
Original assignee: Pac Fasteners
Current assignee: Pac Fasteners
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2009-07-15
Also published as: JP2710995B2; EP0371579A2; DE68902630D1; EP0371579B1; EP0371579A3; CA1315133C; JPH02150502A; US4930962A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mutter und eine Stiftschraube, die als einzelne Baugruppe miteinander verbunden sind.
Gesonderte Muttern und Stiftschrauben werden üblicherweise für den Zusammenbau verwendet und haben deutliche Vorteile gegenüber der Verwendung von Schrauben, wie beispielsweise: bessere Steuerung der Drehmomentspannung und die Verwendung der Stiftschraube ohne Kopf für das Halten oder Positionieren während des Zusammenbaus. Die Nachteile liegen im Einsetzen der Stiftschrauben, den Arbeitskosten für den Zusammenbau (zwei gesonderte Positionen im Vergleich zu einer aus einem Stück bestehenden Position, wie beispielsweise einer Schraube) und den Lagerhaltungserfordernissen von zwei Teilen anstelle von einem.
Bei der vorliegenden Erfindung wird für eine aus Mutter und Stiftschraube bestehende Baugruppe gesorgt, welche auch anstelle einer einzigen Schraube oder einer gesonderten Mutter und Stiftschraube verwendet werden kann. Der Arbeiter kann die aus Mutter und Stiftschraube bestehende Baugruppe wie eine Schraube handhaben und folglich die Erfordernisse einer aus zwei Teilen bestehenden Installation beseitigen.
CH-A-453 803 offenbart eine aus Mutter und Stiftschraube bestehende Baugruppe als Teil des bisherigen Standes der Technik von Anspruch 1. Bei dieser bisherigen Baugruppe begrenzen Anschlagmittel das Eindringen der Stiftschraube in die Werkstückbohrung, und es wird ein Bund verwendet, um das Ausmaß zu begrenzen, bis zu welchem ein Element auf das obere Ende der Stiftschraube aufgeschraubt werden kann. Im Vergleich damit liefert die vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, einen Widerstand gegenüber der Bewegung der Mutter auf der Stiftschraube an einer ersten vorher festgelegten Position, so daß die Stiftschraube mit der Mutter als normale Schraubenkombination bis zu einem solchen Zeitpunkt verwendet werden kann, zu dem die Stiftschraube in eine Werkstückbohrung in einem Umfang eingeschraubt ist, der ausreicht, damit das aufgebrachte Drehmoment den Widerstand gegenüber der Bewegung der Mutter auf der Stiftschraube überwindet. In diesem Stadium wird die Mutter auf der Stiftschraube freilaufend und kann in konventioneller Weise zum Hineinschrauben verwendet werden.
Bei dem Stiftschraubenteil der Baugruppe ist ein Ende in konventioneller Weise wie eine Standardschraube mit Gewinde versehen und ist das gegenüberliegende Ende bis zu einer gewählten Länge für das Aufsetzen und Herunterschrauben einer Mutter mit Gewinde versehen. Der Mutterendenteil der Stiftschraube beinhaltet einen Bereich eines gesteuerten Übermaßes, genau bezüglich der normalen mit Gewinde versehenen Form verschoben, um die Mutter vorzupositionieren und festzuhalten. Die Mutter wird dann bis zu diesem Übermaß vorinstalliert, und es wird eine Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube hergestellt, die bei Gebrauch wie ein aus einem einzigen Stück hergestelltes Element ähnlich wie eine Schraube gehandhabt werden kann.
Das Übermaß, das vorgesehen ist, um die Mutter gegenüber der Stiftschraube zu begrenzen, hat eine zweifache Funktion. Das Übermaß sorgt für einen gesteuerten Betrag an Drehmoment, der überwunden oder überschritten werden muß, damit die Mutter über den Übermaßbereich gelangen und weiter über den verbleibenden Gewindebereich gelangen kann. Der zu überwindende Betrag an Drehmoment dieses Übermaßes wird, so gewählt, daß er den Drehmomentenwiderstand in der Gewindebohrung überschreitet, wie beispielsweise jenen, der durch Grat, schlecht geschnittenes Gewinde (von verschlissenen Gewindebohrern) oder durch die Erhöhung der Reibung, die entsteht, wenn mehrere Gewindegänge beteiligt sind, verursacht wird. Dies gewährleistet, daß die Stiftschraube in die Gewindebohrung vor dem Aufbringen einer Belastung auf der Mutter, um für ein Festziehen zu sorgen, eingeschraubt wird und wirkt folglich außerdem einer Beschädigung an den Gewindegängen in der Gewindebohrung von der Mutternbelastung entgegen. Die Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube bewegt die Stiftschraube weiter in die Gewindebohrung hinein, bis ein vorher gewählter Anschlag erreicht ist. Wie man sehen wird, kann der Anschlag durch die Position definiert sein, in welcher die Stiftschraube auf den Grund der Gewindebohrung stößt oder eine Position an der Stiftschraube, an der ein Anschlag, beispielsweise ein zusätzliches Übermaß, untergebracht ist, um einer weiteren Bewegung der Stiftschraube in der Gewindebohrung zu widerstehen. Das erhöhte Drehmoment bei der Mutter überwindet an diesem Punkt das angebrachte Gewindeübermaß, mit welchem die Mutter festgehalten wird. Jetzt funktioniert die Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube an diesem Verbindungspunkt im wesentlichen so, wie die gesonderte Mutter und Stiftschraube, wobei die Mutter frei auf der Stiftschraube läuft und eine Festklemmbelastung bei Werkstücken wie eine aus zwei Teilen bestehende Befestigung schafft. Gleichzeitig kommt bei einem Erfordernis zum Auseinanderbau der befestigten Werkstücke die Mutter bei Drehung in der Gegenrichtung wieder zum Eingriff mit dem Übermaßabschnitt, wobei die restlichen Übermaße einem Entfernen der Mutter widerstehen, aber beim Entfernen der Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube als Einheit unterstützen und folglich einen Auseinanderbau der Werkstücke erleichtern.
Vorzugsweise kann die bei der Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube verwendete Mutter einen laminierten Aufbau haben. Diesbezüglich nutzen solche laminierten Muttern Laminierungen aus sechskantförmigen, gehärteten konischen Federscheiben, die eine in der Mitte liegende Öffnung haben, die so mit Gewinde versehen ist, daß sie zu den Gewindegängen einer dazugehörigen Schraube paßt. Bei solchen Muttern ist eine Vielzahl von Scheiben ausgerichtet zueinander gestapelt und wird von einem äußeren Stahlkäfig gehalten, der eine Sechskantform hat, die zu der der Mutter paßt.
Beispiele für einen solchen laminierten Mutteraufbau werden in US-A-4,383,787 und US-A-2,616,474 gezeigt und diskutiert. Die laminierte Mutter kann mit einer gehärteten Stiftschraube verwendet werden und kann selbst auf eine höhere Härte gehärtet sein, um eine Bewegung über das StiftschraubenÜbermaß ohne Beschädigung an den Gewindegängen der Mutter zu erleichtern. Diesbezüglich hat die laminierte Mutter einen Vorteil gegenüber einer konventionellen Mutter, die im erreichbaren Härtewert durch Spannungen begrenzt wird, die zu einem Reißen der Mutter wegen ihrer Sprödigkeit führen könnten.
Der laminierte Aufbau der Mutter hat auch den Vorteil, daß eine gewünschte Lasthaltecharakteristik geliefert wird. Diesbezüglich ist die laminierte Mutter auf der Schraube freilaufend, bis sie an ihrem Anschlag ist. Nach dem anfänglichen Festklemmen des Werkstücks resultiert eine Verriegelungskraft zwischen der Mutter und der Schraube aus dem Aufbringen eines zusätzlichen Drehmoments und Drehung. Das zusätzliche Moment drückt die konischen Federscheiben zusammen und macht sie teilweise flach, wodurch ein mechanisches Übermaß zwischen den Gewindeflanken der Mutter und der Schraube auftritt. Das resultierende Gewindeübermaß und die beibehaltene Federbelastung zwischen den Gewindeflanken widersteht einer Entlastung, welche anderenfalls als Ergebnis von Zug- oder Schwingungsbelastungen auftreten könnte. Die aufrechterhaltene Federbelastung ist auch da vorteilhaft, wo die Werkstücke Wärme- und Druckzyklen ausgesetzt sind, wie man sie bei Motorenblock- und Zylinderkopf-Baugruppen findet. Folglich hat bei einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung die Baugruppe aus laminierter Mutter und Stiftschraube die Vorteile einer laminierten Mutter, während sie gleichzeitig die Vorteile einer Schraube liefert, d.h. Leichtigkeit des Einbaus durch das Personal und Reduzierung in der Lagerhaltung gegenüber den konventionellen aus zwei Teilen bestehenden Kombinationen von Mutter und Stiftschraube.
Deshalb ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, für eine neue und einmalige Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube zu sorgen, bei welcher die Mutter mittels Gewinde an einem Ende der Stiftschraube befestigt ist und ihre Bewegung auf der Stiftschraube solange angehalten wird, bis ein vorher gewähltes Drehmoment erreicht ist.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, für eine neue und einmalige Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube zu sorgen, welche den Vorteil einer Schraube bei Handhabung und Lagerhaltung und die Vorteile einer gesonderten Kombination aus Mutter und Stiftschraube bei der Befestigung von Werkstücken miteinander hat.
Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offenbar, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen werden.
Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine geschnittene seitliche Aufrißansicht einer Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube, mit der so gearbeitet worden ist, daß die Stiftschraube in ihre gewünschte Position innerhalb einer Gewindebohrung in einem eines Paars Werkstücke und gegen einen unteren Anschlag an der Stiftschraube gebracht worden ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Baugruppe von Fig. 1;
Fig. 3 eine gebrochene Seitenansicht eines Teils der Baugruppe aus Mutter und stiftschraube von Fig. 1;
Fig. 4 eine gebrochene Schnittansicht in vergrößertem Maßstab von dem Teil der Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube in dem Kreis 4 von Fig. 1;
Fig. 5 eine Schnittansicht von der Seite ähnlich der von Fig. 1, welche die Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube von Fig. 1 so abbildet, daß die Mutter mittels Gewinde über den oberen Anschlag an der Stiftschraube hinweg geschraubt worden ist, um die Werkstücke miteinander zu befestigen;
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, welche eine modifizierte Form einer Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube und einen anderen unteren Anschlag für das Bestimmen der gewünschten Position der Stiftschraube innerhalb der Gewindebohrung des Werkstücks darstellt.
Betrachten wir jetzt die Zeichnungen, so wird eine Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube gezeigt, welche aus einer Mutter 12 und einer Stiftschraube 14 besteht. Die Stiftschraube 14 hat einen ersten oder oberen mit Gewinde versehenen Teil 16 an einem Ende, einen zweiten oder unteren mit Gewinde versehenen Teil 18 am gegenüberliegenden Ende und einen dazwischenliegenden Teil mit glattem Schaft 20 zwischen diesen. Die Stiftschraube in der gezeigten Form ist von generell einheitlichem Durchmesser, wobei die mit Gewinde versehenen Teile 16 und 18 eine ähnliche Gewindeform haben. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, daß verschiedene Gewindeformen an den gegenüberliegenden Endteilen 16 und 18 verwendet werden könnten und in manchen Fällen die Endteile 16 und 18 einen unterschiedlichen Durchmesser haben könnten. Auch könnte die Stiftschraube 14 über ihre gesamte Länge mit Gewinde versehen sein. Ein unregelmäßig geformter Hohlraum 22 ist in dem oberen Endteil 16 ausgebildet und hat eine solche Form, daß er einen Mutternschlüsselkopf, wie beispielsweise einen Allen-Mutternschlüsselkopf für einen noch zu beschreibenden Zweck aufnehmen kann.
Die Mutter 12 hat vorzugsweise einen laminierten Aufbau generell des Typs, wie er in dem Patent von Reynolds (siehe oben) beschrieben wird. Folglich ist die Mutter 12 aus einer Reihe sechskantförmiger gehärteter konischer Federscheiben 24a-d aufgebaut, welche zusammengefügt übereinandergestapelt durch einen äußeren Käfig 26 gehalten werden. Die laminierte Mutter 12 hat eine obere Seite 28 und eine untere Seite 30. Um das gewünschte Blockierungsmerkmal zwischen der Mutter 12 und der Stiftschraube 14 zu gewährleisten, sollte die Mutter auf der Stiftschraube 14 so befestigt werden, daß die untere Seite 30 das führende Ende der Mutter 12 dann ist, wenn sie auf die Stiftschraube 14 aufgeschraubt wird. Die Laminierungen oder Federn 24a-d definieren eine in der Mitte liegende Bohrung 32, welche so mit Gewinde versehen ist, daß sie passend mit dem Gewinde von dem mit Gewinde versehenen Teil 16 der Stiftschraube 14 aufgenommen werden kann. Folglich sind, wenn sie ordnungsgemäß installiert sind, die Laminierungen oder Federscheiben 24a-d anfänglich in der Mitte nach außen von der Stiftschraube 14 aus oder axial nach außen von der unteren Seite 30 zur oberen Seite 28 hin gewölbt. Der Käfig 26 kann aus Metallblech gebildet werden und beinhaltet einen runden Bodenring oder Becherteil 32' und eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Fingern 34. Bei einer Form der Erfindung wurde der Käfig aus Federstahl 1050 oder 1070 hergestellt, der eine Rockwellhärte zwischen ungefähr Rc 40 bis ungefähr Rc 45 hatte. Der Käfig 26 kann durch anfängliches Ausstanzen aus einem dünnen, ebenen Blech gebildet werden, das eine Dicke von rund 0,04" hat.
Bei der gezeigten Form der Erfindung sind sechs Finger 34 peripher in einem Sechseckmuster um den Umfang des Ringteils 32' herum angeordnet, welche jeweils in eine entsprechende Abflachung der sechseckig gestalteten Außenseiten der Laminierungen oder Federscheiben 24a-d eingreifen. Die außenliegenden Endteile 36 der Finger 34 sind radial nach innen gefaltet, um die oberste Scheibenfeder 24a zu ergreifen. Desgleichen kann die untere Fläche des Ringteils 32' axial nach innen gewölbt sein, um generell der gewölbten Kontur der untersten Federscheibe 24d zu entsprechen. Der Ringteil 32' hat eine in der Mitte liegende, generell kreisförmige Öffnung 38, welche dann, wenn der Käfig 26 an den Laminierungen oder Federscheiben 24a-d befestigt ist, generell konzentrisch zu der mit Gewinde versehenen Mittenbohrung 32 liegt. Folglich kann die äußere Kontur der Mutter 12 seckseckig oder in anderer Weise unregelmäßig gestaltet sein, um das Ergreifen derselben mit einem Mutternschlüssel in gleicher Weise wie bei dem Kopf einer Schraube zu erleichtern.
Der obere Endteil 16 hat einen ersten oberen Gewindeanschlag, der durch einen deformierten Gewindeteil oder eine Unstetigkeit 40 in einem der Gewindegänge definiert wird. Der deformierte Teil 40 wird aus Material des Körpers der Stiftschraube 14 in einer flachen Wurzel 42' des Gewindes derart gebildet, daß ihre dazugehörige Gewindespitze 43 sich nicht radial nach außen über die daran angrenzenden Gewindespitzen 44' hinaus erstreckt. Die Mutter 12 ist so angepaßt, daß sie auf den oberen Teil der, Stiftschraube 16 aufgeschraubt werden kann, um die Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube zu definieren. Der deformierte Teil 40 sorgt für ein vorher festgelegtes Übermaß mit den Gewindegängen der Mutternbohrung 32 und wirkt folglich als Anschlag, um am Anfang eine weitere Vorwärtsbewegung der Mutter 12 auf dem mit Gewinde versehenen oberen Teil 16 zu verhindern. Bei der Konfiguration, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, kann die Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube wie eine mit Gewinde versehene Schraube gehandhabt werden, wobei die Mutter 12 als Schraubenkopf funktioniert.
Folglich kann die Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube benutzt werden, um ein Werkstückpaar wie beispielsweise einen Motorenblock 42 und einen Zylinderkopf 44, die durch eine Dichtung voneinander getrennt sind, miteinander fest zu verbinden. Der Motorenblock 42 hat eine mit Gewinde versehene Bohrung 48, die so angepaßt ist, daß sie den mit Gewinde versehenen unteren Teil 18 der Stiftschraube 14 schraubbar aufnehmen kann. Bei Nutzung der Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube kann die Mutter 12 mit Hilfe eines geeigneten Mutternschlüssels (nicht gezeigt) ergriffen und die Stiftschraube 14 der Baugruppe 10 in die Werkstückbohrung 48 hineingeschraubt werden. Der deformierte Teil 40 wird so gewählt, daß er für einen ausreichenden Widerstand gegen die Gewindegänge der Mutternbohrung 32 sorgt, damit ein Drehmoment erforderlich ist, das über das Moment hinausgeht, welches erforderlich ist, um die Baugruppe 10 in die Werkstücke 42 und 44 zu installieren.
Die Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube wird in die mit Gewinde versehene Werkstückbohrung 48 solange hineingedreht, bis die Stiftschraube 14 mit einem zweiten oder unteren Anschlag in Eingriff kommt. Folglich hat die Stiftschraube 14 an ihrem unteren Teil 18 ebenfalls einen deformierten Gewindeteil oder eine Unstetigkeit 50, welche in die Gewindegänge der Werkstückbohrung 48 eingreift, um einer weiteren Bewegung der Stiftschraube 14 der Baugruppe 10 in die Bohrung 48 hinein entgegenzuwirken. Der deformierte Teil 50 ist ähnlich dem deformierten Teil 40 (Fig. 4) und wird folglich auch aus Material des Körpers der Stiftschraube 14 gebildet, um einen flachen Gewindegrund (Wurzel) 47 des Gewindes derart zu bilden, daß die dazugehörige Gewindespitze 49 sich nicht radial über ihr9 angrenzenden Gewindespitzen 51 hinaus erstreckt. Die Größe der Deformation und folglich der Widerstand des deformierten Teils 50 gegenüber einem Drehmoment wird größer als der Widerstand des deformierten Teils 40 gegen ein Drehmoment bei den Gewindegängen der Mutternbohrung 32 von Mutter 12 gewählt, und folglich wird das auf die Mutter 12 aufgebrachte Moment ein Losbrech-Drehmoment von einer vorab gewählten Größe erreichen, bei welchem die Mutter 12 den Widerstand des oberen deformierten Teils 40 überwindet, und die Mutter 12 kann jetzt auf den mit Gewinde versehenen oberen Teil 16 weiter hinaufgeschraubt werden. Die Mutter 12 läuft auf der Stiftschraube 14 solange herunter, bis es mit einer Scheibe 52 in Eingriff kommt; danach wird die Mutter 12 auf einen vorher gewählten Betrag so angezogen, daß die Werkstücke 42 und 44 mit einer gewünschten Klemmkraft zusammengeklemmt werden.
Die Gewindegänge des oberen Stiftschraubenteils 16 und der untere Gewindeteil 18 werden vorzugsweise durch Rollen gebildet. Auf diese Weise können der obere Anschlag 40 und der untere Anschlag 50 leicht durch Modifikation bei den Rollwerkzeugen für das Bilden der Gewindegänge geformt werden. Der obere Anschlag 40 wird so gewählt, daß für ein Sperrmoment gesorgt wird, das um mindestens 50 % größer als der erwartete Mittelwert des Moments, um den unteren Stiftschraubentei1 18 in die Gewindebohrung 48 bis zum unteren Anschlag 50 hinunterzubringen, ist. Der untere Anschlag 50 wird so gewählt, daß er ein Sperrmoment liefert, das um mindestens 50 % größer als das Sperrmoment ist, das von dem oberen Anschlag 40 geliefert wird.
Bei der Befestigung von Werkstücken, wie beispielsweise dem Motorenblock 42 und dem Zylinderkopf 44, ist es wichtig, daß die Stiftschraube 14 in eine gewählte Anzahl von Gewindegängen der Bohrung 48 zum Eingriff kommt, um eine angemessene Festigkeit für zu erwartende Belastungen zu gewährleisten. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 - 4 liegt der untere Anschlag 50 in einem Abstand L von dem unteren Teil 18 entfernt und definiert eine vorher gewählte Anzahl von Gewindegängen, mit welchen die Gewindegänge von Bohrung 48 in Eingriff kommen sollen, um der festgezogenen Verbindung die gewünschte Festigkeit zu liefern. Auf diese Weise kann die Tiefe von Bohrung 48 etwas größer als der Abstand L gewählt werden, während die Lage des Anschlags 50 in der Entfernung L an dem unteren Stiftschraubenteil 18 leicht so gesteuert werden kann, daß eine Einheitlichkeit bei der Anzahl der Gewindegänge in einer Produktionsumgebung gewährleistet wird. Dies sorgt auch für eine bessere Steuerung, um die überstehende Länge von Stiftschrauben 14 zu minimieren, die nach dem endgültigen Einbau über die Mutter hinaus vorsteht. Bei einer Form der Erfindung wurden die Anzahl der Gewindegänge und der Abstand L so gewählt, daß eher ein Bruch durch Zugspannung an der Stiftschraube 14, als durch Abscheren entweder quer zu den Gewindegängen des unteren Stiftschraubenteils 18 oder zu den Gewindegängen der Bohrung 48 erfolgen kann.
Es ist wünschenswert, daß die Stiftschraube 14 eine minimale Gesamtlänge hat und daß der Betrag der überstehenden Länge der Stiftschraube, die über die Mutter 12 nach Installation hinausragt, ein Minimum ist. Gleichzeitig ist es bedeutsam, daß die Mutter 12 bei ihrem endgültigen Festklemmen der Werkstücke 42 und 44 auf dem oberen Stiftschraubenteil 16 freilaufend ist. Mit anderen Worten, es ist wichtig, daß sich die Gewindegänge der Mutter 12 alle vor dem endgültigen Festklemmen durch den ersten oder oberen Anschlag 40 und hinter diesen bewegt haben. Wenn die Gewindegänge der Mutter 12 beim endgültigen Festklemmen noch mit dem oberen Anschlag 40 in Eingriff wären, dann wäre die Beziehung zwischen dem Drehmoment an der Mutter 12 und der Klemmbelastung an den Werkstücken 42 und 44 über die Zugbelastung an der Stiftschraube 14 nicht vorhersagbar, was zu unerwünschten Schwankungen bei der Belastung führen würde. Folglich ist es wünschenswert, den oberen Anschlag 40 in einem Abstand X anzuordnen, welcher so dicht bei dem Ende des oberen Stiftschraubenteils 16 wie möglich liegt, während ein ausreichender Abstand Y über der Oberseite 53 von Scheibe 52 oder, wenn keine Scheibe 52 verwendet wird, dann ein Abstand Y' über der Oberseite 55 des oberen Werkstücks 44 gelassen wird, um ein freies Laufen der Mutter 12 zu gestatten. Der Abstand Y (Y') wird so gewählt, daß er generell gleich der Höhe H von Mutter 12 ist (siehe Fig. 1 und 3). Folglich wird der Abstand X so gewählt, daß er ausreichend ist, um zu gestatten, daß die minimale Anzahl von Gewindegängen zwischen der Mutter 12 und dem oberen Stiftschraubenteil 16 in Eingriff ist, um dem anfänglichen treibenden Drehmoment zu widerstehen, das bei der Baugruppe 10 erforderlich ist und um dem Losbrechdrehmoment zu widerstehen, das erforderlich ist, um die Mutter 12 durch den oberen Anschlag 40 und dahinter zu bewegen. Es ist festgestellt worden, daß für einen angemessenen minimalen Gewindegangeingriff dann gesorgt werden kann, wenn der Abstand X so gewählt wird, daß zwischen rund 1 1/2 bis rund 2 Gewindegänge zwischen der Mutter 12 und dem oberen Stiftschraubenteil 16 dann in Eingriff sind, wenn bei der Mutter 12 die Gewindegänge im anfänglichen blockierenden Eingriff mit dem oberen Anschlag 40 sind. Die festgestellte minimale Anzahl von Gewindegängen wird generell durch IFI- und SAE-Standards für minimalen Eingriff von Gewindegängen unterstützt und steht damit in Übereinstimmung.
In manchen Fällen könnte der obere Anschlag genug Übermaß beibehalten, nachdem die Mutter 12 durch denselben und dahinter gebracht worden ist, derart, daß die Baugruppe 10 einfach dadurch entfernt werden kann, daß die Gewindegänge der Mutter 12 mit dem oberen Anschlag 40 in Eingriff gebracht werden, wenn die Mutter 12 von der Stiftschraube 14 abgeschraubt wird. Um jedoch ein Entfernen zu unterstützen, kann ein geeigneter Mutternschlüssel (beispielsweise ein Allen-Schlüssel für Innensechskantschrauben) an den unregelmäßig geformten Hohlraum 22 angesetzt und ein Herausdrehmoment auf die Stiftschraube 14 aufgebracht werden.
Die Wirkung der Gewindegänge von Mutter 12 formt bei der Bewegung durch den oberen Anschlag 40 generell das blockierende Material zu einer passenden Gewindeform ohne Beschädigung an den Gewindegängen von Mutter 12 um. Wie diesbezüglich vermerkt, ist es wichtig, daß die Mutter 12 auf der Gewindelänge Y freilaufend ist; wenn die Gewindegänge der Mutter 12 bei der Bewegung durch den oberen Anschlag 40 beschädigt oder deformiert worden sind, dann wird eine solche Freilaufeigenschaft beeinträchtigt. Folglich ist es wünschenswert, daß die Mutter 12 härter als der mit Gewinde versehene obere Stiftschraubenteil 16 ist. Für Bauteile, die aus einem Eisen- oder Stahlmaterial hergestellt sind, ist es wünschenswert, daß die Mutter 12 eine Rockwellhärte hat, welche zwischen rund 5 Rc und rund 15 Rc höher als die Rockwellhärte der dazugehörigen Stiftschraube 14 ist, wobei die Mindestdifferenz rund 5 Rc ist. Bei manchen Anwendungen ist es wünschenswert, daß die Stiftschraube 14 eine hohe Rockwellhärte im Bereich von rund 30 Rc bis rund 35 Rc hat. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß die Mutter 12 eine Rockwellhärte von rund 40 Rc bis zu rund 45 Rc hat. Eine konventionelle aus einem Stück bestehende Mutter, die eine Härte von rund 40 Rc bis zu rund 45 Rc hat, kann jedoch eine Sprödbruchcharakteristik zeigen, was zu einer Rißbildung aus den Beanspruchungen, d.h. Tangentialspannungen usw., führen könnte, die sich aus dem Betrag des Drehmoments ergeben, das beim endgültigen Festklemmen und der anschließenden Belastung aufgebracht wird. Die Bereitstellung einer weicheren, weniger spröden Mutter könnte jedoch zu einer Beschädigung an dem Mutterngewinde führen, wenn diese durch den oberen Anschlag 40 bewegt wird. Die laminierte Mutter 12 zeigt offensichtlich nicht dieselbe Em-pfindlichkeit gegenüber der Härte, wie die konventionellen aus einem Stück bestehenden Muttern und kann demzufolge höchst vorteilhaft da verwendet werden, wo ein Befestigungselement hoher Härte erforderlich ist. Aber die laminierte Mutter 12 hat noch weitere Vorteile.
Wie aus den vorherigen Diskussionen festzustellen ist, sorgt die laminierte Mutter 12 wegen der federähnlichen Kennwerte der Scheibenfedern 24a-d für ein erwünschtes Lastfesthalten und gleichzeitig für ein vorherrschendes Drehmomentenmerkmal als Ergebnis des mechanischen Übermaßes zwischen den Gewindegängen bei den Scheibenfedern 24a-d und den Gewindegängen am oberen Stiftschraubenteil 16. Diese Merkmale sind besonders vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen die Werkstücke nennenswerten zyklischen Schwankungen bei Temperatur und Belastung ausgesetzt sind. Eine solche Anwendung ist die Befestigung des Motorenblocks 42 und des Zylinderkopfs 44, getrennt durch die Dichtung 46 (siehe Fig. 2). Die Dichtung 46 ist aus einem konventionellen Material, welches Schwankungen bei der Klemmbelastung auf den Block 42 und den Kopf 44 und die Baugruppe 10 aus Mutter und Stiftschraube aufnehmen kann. Jedoch führt die Verwendung der laminierten Mutter 12 anstelle einer Standardmutter zu stärker gesteuerten und/oder eingeschränkten Schwankungen bei der Klemmkraft und zu einer Fähigkeit, die Klemmbelastung über die Federwirkung der Scheibenfedern 24a-d aufrechtzuerhalten. In dieser Hinsicht sollte vermerkt werden, daß die Verwendung einer Schraube bei solchen Anwendungen zu einem Hochbringen der Torsion auf einen Betrag führen könnte, der unerwünscht sein könnte, insbesondere dann, wenn längere Schrauben erforderlich sind. Ein übermäßiges Hochbringen der Torsion könnte zu einem nennenswerten Verlust an Klemmkraft zwischen den Werkstücken beim Werkstückzyklus führen, wenn dabei die hochgebrachte Torsion nachläßt. Folglich ist die vorliegende Erfindung einer Baugruppe aus Mutter und Stiftschraube besonders nützlich bei vielen Anwendungen, wo die Mutter wie beschrieben einen laminierten Aufbau hat.
Es kann bei manchen Anwendungen wünschenswert sein, einfach die Länge L des Gewindeeingriffs in der Gewindebohrung des Werkstücks durch die Position zu bestimmen, in welcher der untere Stiftschraubenteil 16 am Boden aufstößt. Eine modifizierte Konstruktion, welche diese Eigenschaft hat, wird in Fig. 5 gezeigt, bei welcher Bauelementen, die gleichen Bauelementen bei der Ausführungsform von Fig. 1 - 4 ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen unter Hinzufügen eines nachgesetzten Buchstabes "a" gegeben worden sind. Es sollte selbstverständlich sein, daß solche in ähnlicher Weise bezifferten Bauelemente, sofern nicht in anderer Weise beschrieben, in gleicher Weise funktionieren, und folglich soll eine Beschreibung eines solchen Baueleinnts nicht wiederholt werden.
So wird in Fig. 6 eine Baugruppe 10a aus Mutter und Stiftschraube benutzt, um einen Motorenblock 42a und einen Zylinderkopf 44a, die durch eine Dichtung 46a getrennt sind, zu befestigen. Der untere Stiftschraubenteil 18a einer Stiftschraube 14a ist kontinuierlich ohne einen deformierten Teil oder Anschlag wie den unteren Anschlag 40 am unteren Stiftschraubenteil 18 von Fig. 1 mit Gewinde versehen. Die Anzahl der in Eingriff befindlichen Gewindegänge wird durch die Tiefe La der Gewindebohrung 48a bestimmt. Folglich wird die Baugruppe 10a über die Mutter 12a solange angezogen, bis der untere Stiftschraubenteil 18a in Bohrung 48a unten ist. Dies liefert eine gewünschte in Eingriff befindliche Anzahl von Gewindegängen über die Länge La.

Claims

1. Aus Mutter und Stiftschraube bestehende Baugruppe (10) für die Befestigung von Werkstücken (42, 44) miteinander, wobei mindestens eines der Werkstücke (42) eine mit Gewinde versehene Bohrung (48) aufweist, bestehend aus einer Stiftschraube (14), die an einem Ende einen ersten, mit Gewinde versehenen Teil (16) hat, einer Mutter (12), die auf dem mit Gewinde versehenen Teil (16) aufgeschraubt werden kann, wobei die Stiftschraube (14) am anderen Ende einen zweiten mit Gewinde versehenen Teil (18) zum Einschrauben in die mit Gewinde versehene Werkstückbohrung (48) hat, Mitteln (40), die die Bewegung der Mutter (12) auf dem ersten mit Gewinde versehenen Teil bis zu einer ersten vorab gewählten Position dadurch begrenzt, daß sie in die Mutter (12) eingreifen, um eine weitere Gewindebewegung der Mutter (12) zu hemmen und Anschlagmitteln (50, 48a), die mit der Stiftschraube (14) in Eingriff kommen können, um einer Bewegung des zweiten mit Gewinde versehenen Teils (18) in der Werkstückbohrung (48) zu widerstehen, wenn der zweite mit Gewinde versehene Teil (18) eine vorab gewählte zweite Position in der Werkstückbohrung (48) erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (40), das die Bewegung der Mutter (12) auf dem ersten mit Gewinde versehenen Teil begrenzt, durch eine Unstetigkeitsstelle (40) zwischen dem Gewinde der Mutter (12) und dem ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) geliefert wird, die so zu betreiben ist, daß sie der weiteren Bewegung der Mutter über die erste vorab gewählte Position hinaus solange widersteht, bis ein vorab gewählter erster Hetrag eines Drehmomentes zwischen der Mutter (12) und der Stiftschraube (14) erreicht worden ist, wobei die Stiftschraube (14) mit der Mutter (12) in der ersten vorab gewählten Position in ähnlicher Weise wie eine Kopfschraube wirkt, damit man den zweiten mit Gewinde versehenen Teil (18) in die Werkstückbohrung (48) durch das Aufbringen von Drehmoment mit einer zweiten Drehmomentengröße auf der Mutter (12) einschrauben kann, welche geringer als der erste Drehmomentenbetrag ist, wobei das Drehmoment der Widerstand leistenden Bewegung des zweiten mit Gewinde versehenen Teils (18) in der Bohrung (48) einen Betrag hat, der größer als der erste Hetrag ist, dadurch, daß die Unstetigkeitsstelle (40) auf einen Drehmomentenbetrag bei der Mutter (12) der größer als der erste Betrag und kleiner als der zweite Betrag ist, reagiert, um eine weitere Bewegung der Mutter (12) auf den ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) über die erste vorab gewählte Position hinaus zu gestatten, nachdem die Anschlagmittel (50, 48a) in Eingriff gekommen sind und dadurch, daß die Mutter (12) auf jenem Teil des ersten mit Gewinde versehenen Teils (16) über jene vorab gewählte Position hinaus frei läuft, wodurch die Werkstücke (42, 44) in der Art einer Kombnination von Mutter und gesonderter Stiftschraube zusammengespannt werden können.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (12) eine Vielzahl konischer Federscheiben (24a bis 24d) und einen Käfig (26) umfaßt, wobei der Käfig (26) die Federscheiben (24a bis 24d) gestapelt und miteinander ausgerichtet aufnimmt, um eine zentrale Öffnung (32) zu definieren, die mit Gewinde versehen ist, um mit diesem Gewinde auf dem ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) in Eingriff zu kommen, wobei der Käfig (26) einen Ringteil (32) und eine Vielzahl sich axial erstreckender Finger (34) einschließt, die mit dem Ringteil (32) zusanunenwirken, um die Federscheiben (24a bis 24d) gestapelt ausgerichtet zueinander zu halten.

3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeitsstelle (40) ein erstes Material (40) umfaßt, das in dem ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) untergebracht ist, um sich mit den Gewindgängen der Mutter (12) zu überlagern.

4. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (12) eine vorab gewählte Härte hat, die größer als die Härte des ersten Materials (40) ist, derart, daß die Mutter (12) durch das erste Material (40) als Reaktion auf das Aufbringen von Drehmoment auf die Mutter, das wesentlich größer als das erste Moment und kleiner als das zweite Moment ist, auf schraubbar ist, ohne die Gewindegänge der Mutter zu beschädigen.

5. Baugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material (40) in dem ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) aus einem Stück mit der Stiftschraube (14) gebildet wird.

6. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel (50) ein zweites Material (50) umfaßt, das in dem zweiten mit Gewinde versehenen Teil (18) untergebracht ist, um sich mit den Gewindegängen der Werkstückbohrung (48) zu überlagern.

7. Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material (50) in dem zweiten mit Gewinde versehenen Teil (16) aus einem Stück mit der Stiftschraube (14) gebildet wird.

8. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehmomentenbetrag mindestens rund 50% größer als der zweite Drehmomentenbetrag ist.

9. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment der widerstehenden Bewegung des zweiten mit Gewinde versehenen Teils (18) in der Bohrung (48) dann, wenn das zweite mit Gewinde versehene Teil (18) die vorab gewählte zweite Position erreicht hat, mindestens um 50% größer als der erste Drehmomentenbetrag ist.

10. Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (12) aus einem Eisenwerkstoff hergestellt ist und eine Rockwellhärte hat, die zwischen 5 Rc und rund 15 Rc härter als die Rockwellhärte der Stiftschraube (14) ist.

11. Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (12) eine Rockwellhärte von 40 Rc bis zu 45 Rc hat und die Stiftschraube (14) eine Rockwellhärte von 30 Rc bis 35 Rc hat.

12. Baugruppe nach einem der-vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Gewindegänge der Mutter (12) bei der anfänglichen Bewegung a,uf dem ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) bis zu der ersten vorab gewählten Position mit zwischen rund 1 2/2 bis 2 Gewindegängen des ersten mit Gewinde versehenen Teils (16) in Eingriff kommen.

13. Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagmittel (50, 48a) die Stiftschraube (14) relativ zu dem Werkstück so lokalisieren, daß die Entfernung einer weiteren Bewegung der Mutter (12) auf dem ersten mit Gewinde versehenen Teil (16) über die erste Position hinaus generell gleich der Höhe der Mutter (12) ist, wodurch die Werkstücke (42, 44) endgültig so miteinander verbunden werden, daß nur eine minimale Länge der Stiftschraube (14) über die Mutter (12) hinausragt.