DE69011297T2

DE69011297T2 - Sicherungsmutter mit einer verformbaren Gewindebohrung.

Info

Publication number: DE69011297T2
Application number: DE69011297T
Authority: DE
Inventors: Frank J Cosenza
Original assignee: VSI Corp
Current assignee: Fairchild Holding Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-06
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-12-07
Also published as: KR910012561A; BR9006261A; IL96329A0; CN1052537A; US5033924A; DE69011297D1; JPH03189411A; MX172525B; IE904380A1; ES2057501T3; EP0433213A1; IE65820B1; RU2018731C1; EP0433213B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sicherungsmuttern, die eine verformbare, elliptisch geformte Gewindebohrung haben, und insbesondere auf Sicherungsmuttern dieser Bauart, die speziell so ausgebildet sind, daß sie einen hohen Grad an Flexibilität bei maximaler Wiederverwendbarkeit bieten.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen haben bekannte Sicherungsmuttern dieser allgemeinen Bauart typischerweise einen starren Körperabschnitt und einen integralen verformbaren Abschnitt, der von einem Ende des starren Körperabschnitts vorsteht. Eine Gewindebohrung erstreckt sich axial durch die beiden Abschnitte. Der verformbare Abschnitt hat üblicherweise einen elliptischen Querschnitt mit einer gleichförmigen radialen Dicke und einem bogenförmigen Umfang. Eine Sicherungsmutter dieses bekannten Typs, wie sie in dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 angegeben ist, ist in der FR-A-2 178 419 beschrieben. Es sind auch Sicherungsmuttern bekannt, die verformbare Abschnitte mit hexagonalen Umfängen haben, bei denen es sich lediglich um Fortsätze von hexagonalen starren Körperabschnitten handelt. Eine Sicherungsmutter dieses Typs ist in der US-A-3 496 582 beschrieben. Der verformbare Abschnitt der Sicherungsmutter nach der US-A-3 496 582 hat eine beträchtliche Wanddicke, die in Ausrichtung mit der Hauptachse ein Minimum und in Ausrichtung mit der Nebenachse der elliptischen Bohrung ein Maximum ist. In einer Zwischenphase der Herstellung hat die Mutter nach der US-A- 3 496 582 eine voreingestellte Asymmetrie, wobei zwei gegenüberliegende Ecken der hexagonalen Form um eine größere Strecke von der Mutterachse beabstandet sind als die übrigen Ecken. Die Mutter wird dann verformt, um eine endgültige äußere Form mit echter hexagonaler Kontur zu schaffen.
Bei dem Herstellen der bekannten Sicherungsmuttern dieser Bauart werden zwei gegenüberliegende Seiten des verformbaren Abschnitts radial einwärts in die Gewindebohrung verformt, so daß dieser Teil der Bohrung einen insgesamt elliptischen Querschnitt hat. Die Haupt- und Nebenachse der Ellipse sind im wesentlichen rechtwinkelig zueinander ausgerichtet. Wenn die Sicherungsmutter auf einen Bolzen geschraubt wird, wird der verformbare Abschnitt zurück in einen insgesamt kreisförmigen Querschnitt verformt, um die Mutter in ihrer Lage reibschlüssig zu sichern.
Wenn die Sicherungsmutter anschließend von dem Bolzen abgeschraubt wird, ist der verformbare Abschnitt oft nicht in der Lage, vollständig in seine ursprüngliche elliptische Form zurückzukehren. Der Grund dafür ist eine Überbeanspruchung oder plastische Verformung, insbesondere in dem Bereich der Hauptachse der Ellipse. Früher ist es übliche Praxis gewesen, die Ellipse überzuverformen und dem ersten Aufschrauben der Mutter auf einen Bolzen zu gestatten, die Ellipse richtig zu dimensionieren. Anschließend wird gehofft, daß mit jeder wiederholten Verwendung der verformbare Abschnitt sich nur elastisch und nicht plastisch verformen wird. Diese Hoffnung erfüllt sich jedoch häufig nicht, und nach nur einigen wenigen Gebrauchszyklen reduziert sich das Verriegelungsdrehmoment häufig auf einen unakzeptablen Wert. Wenn das eintritt, muß die Sicherungsmutter weggeworfen und durch eine neue ersetzt werden. Außerdem, wenn die Sicherungsmutter auf einen Bolzen aufgeschraubt wird, der an den oberen Toleranzgrenzen seines Gewindesteigungsdurchmessers hergestellt worden ist, und anschließend entfernt und auf einen ähnlichen Bolzen aufgeschraubt wird, der an den unteren Toleranzgrenzen seines Gewindesteigungsdurchmessers hergestellt worden ist, ist das resultierende Sicherungsdrehmoment häufig zu niedrig.
Es dürfte deshalb klar sein, daß es einen Bedarf an einer Sicherungsmutter der Bauart mit einer elliptisch geformten Gewindebohrung gibt, die für eine größere Anzahl von Zyklen, als es bislang erzielt werden konnte, wiederholt auf einen Bolzen geschraubt und von demselben abgeschraubt werden kann, ohne daß es zu einer übermäßigen Reduktion des Reibsicherungsdrehmoments kommt. Die vorliegende Erfindung deckt diesen Bedarf.
Die Erfindung schafft eine verbesserte Sicherungsmutter der Bauart mit einer verformbaren, elliptisch geformten Gewindebohrung, die bei mehreren Gewindebefestigungselementen beträchtlich öfter wiederverwendet werden kann, ohne daß es zu einer übermäßigen Reduktion des Sicherungsdrehmoments kommt. Es handelt sich um eine Sicherungsmutter mit einem Körper, der eine Gewindebohrung hat, die sich axial durch ihn erstreckt; wobei der Körper an einem axialen Ende einen verformbaren Abschnitt aufweist, der eine bogenförmige äußere Oberfläche und einen insgesamt elliptischen Querschnitt in einem unbeanspruchten Zustand hat; wobei die Gewindebohrung einen insgesamt elliptischen Querschnitt in wenigstens einem Teil des verformbaren Abschnitts hat, wobei eine Hauptachse und eine Nebenachse im wesentlichen rechtwinkelig zueinander ausgerichtet sind; und wobei, wenn die Sicherungsmutter auf einen Bolzen mit vorbestimmtem gleichförmigen Durchmesser aufgeschraubt wird, der verformbare Abschnitt mechanisch verformt wird, um den Querschnitt der Gewindebohrung insgesamt kreisförmig zu machen und dadurch die Sicherungsmutter in ihrer Lage reibschlüssig zu sichern. Gemäß der Erfindung ist die Sicherungsmutter dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke des verformbaren Abschnitts zwischen der Gewindebohrung und der äußeren Oberfläche in Ausrichtung mit der Hauptachse ein Minimum und in Ausrichtung mit der Nebenachse ein Maximum ist, daß der verformbare Abschnitt einen radial inneren Teil aufweist, der eine im wesentlichen gleichförmige radiale Dicke und eine im wesentlichen gleichförmige axiale Länge hat, und einen radial äußeren Teil, der einstückig mit dem inneren Teil ausgebildet ist und eine im wesentlichen gleichförmige radiale Dicke hat sowie eine axiale Länge, die in Ausrichtung mit der Hauptachse ein Minimum oder null ist und in Ausrichtung mit der Nebenachse ein Maximum ist, und daß ein Absatz in der äußeren Oberfläche des verformbaren Abschnitts an dem Übergang zwischen dem äußeren Teil und dem inneren Teil des verformbaren Abschnitts gebildet ist. Dadurch, daß der verformbare Abschnitt so ausgebildet wird, wird gewährleistet, daß Biegespannungen an den Umfangsstellen der Hauptachse der Ellipse minimiert werden, wodurch eine plastische Verformung vermieden wird, die sonst die forgesetzte Wiederverwendbarkeit der Sicherungsmutter nachteilig beeinflussen könnte. Der verformbare Abschnitt, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist, ergibt auch einen gleichmäßigeren Grad an Sicherungsreibung für den gesamten Toleranzbereich für den Bolzengewindesteigungsdurchmesser.
Vorzugsweise ist die maximale Länge des äußeren Teils gleich der des inneren Teils, und seine minimale Länge ist im wesentlichen null. Der innere und äußere Teil können im wesentlichen dieselbe radiale Dicke haben.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Andere Merkmale und Vorteile der Sicherungsmutter sollten aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich werden, die die Prinzipien der Erfindung beispielshalber veranschaulichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer bekannten Sicherungsmutter, die einen elliptisch geformten, verformbaren Abschnitt hat, der von einem Ende vorsteht.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Sicherungsmutter nach Fig. 1 im wesentlichen in der Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1, die zeigt, daß der verformbare Abschnitt eine im wesentlichen gleichmäßige radiale Dicke auf seinem gesamten Umfang hat.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Sicherungsmutter nach der Erfindung, die einen elliptisch geformten, verformbaren Abschnitt an einem Ende mit einer ungleichförmigen radialen Dicke an ihrem Umfang hat.
Fig. 4 ist eine Vorderansicht der Sicherungsmutter nach Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Sicherungsmutter nach den Fig. 3 und 4 im wesentlichen in der Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Sicherungsmutter nach den Fig. 3 - 5 im wesentlichen in der Richtung der Pfeile 6-6 in Fig. 5, wobei die Hälfte der Schnittansicht den Nebenachsenteil der Sicherungsmutter repräsentiert und die andere Hälfte ihren Hauptachsenteil repräsentiert.
Fig. 7 ist eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer Sicherungsmutter nach der Erfindung.
Fig. 8 ist eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform einer Sicherungsmutter nach der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 3 - 6, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine frei bewegliche Sicherungsmutter 11 gezeigt, die in einem Käfig 12 lose gehaltert ist. Die Sicherungsmutter hat einen starren Abschnitt 13 und einen integralen verformbaren Abschnitt 15 mit einer Gewindebohrung 17, die sich axial durch die beiden Abschnitte erstreckt. Der verformbare Abschnitt hat einen bogenförmigen Umfang, wogegen der starre Abschnitt von irgendeiner herkömmlichen Bauart sein kann, wie z.B. die dargestellte Plattenmutter. Wenn die Sicherungsmutter anfänglich hergestellt wird, ist die Gewindebohrung auf ihrer gesamten Länge im wesentlichen kreisförmig, und der äußere Umfang des verformbaren Abschnitts weist im wesentlichen kreisförmige Bögen auf, die zu der Bohrung konzentrisch sind. Der verformbare Abschnitt wird dann manuell verformt, indem zwei seiner entgegengesetzten Seiten radial nach innen zusammengequetscht werden. Dadurch wird der Teil der Gewindebohrung, der sich innerhalb des verformbaren Abschnitts befindet, in eine insgesamt elliptische Form gebracht. Die Nebenachse 19 der Ellipse ist mit der Quetschrichtung ausgerichtet, wogegen die Hauptachse 21 dazu rechtwinkelig ist. Da der Umfang der Gewindebohrung insgesamt derselbe geblieben ist, nachdem der verformbare Abschnitt verformt worden ist, ist der Hauptdurchmesser der Ellipse größer, als es der Durchmesser der kreisförmigen Bohrung gewesen ist.
Im Gebrauch wird die Sicherungsmutter 11 auf ein mit Gewinde versehenes Durchsteckbefestigungselement oder einen Gewindebolzen (nicht gezeigt) aufgeschraubt, der einen vorbestimmten Durchmesser hat, welcher dem des Teils der Gewindebohrung 17 angepaßt ist, der sich durch den starren Abschnitt 13 der Sicherungsmutter erstreckt. Die Sicherungsmutter läßt sich frei auf den Bolzen aufschrauben, bis die vorderen Gewindewindungen des Bolzens den verformbaren Abschnitt 15 erreichen. Fortgesetztes Aufschrauben bewirkt, daß sich der verformbare Abschnitt im wesentlichen in seine ursprüngliche Kreisform zurückverformt, wobei die resultierende Reibung zwischen den ineinandergreifenden Gewinden dazu dient, die Mutter in ihrer Lage zu sichern.
Wenn die Sicherungsmutter 11 anschließend von dem Bolzen abgeschraubt wird, indem ein Drehmoment ausgeübt wird, das ausreicht, um die Reibung zwischen den in Eingriff befindlichen Gewinden zu überwinden, ist der verformbare Abschnitt 15 frei, in seine ursprüngliche elliptische Form zurückzukehren. Bislang sind Sicherungsmuttern dieser Bauart im allgemeinen nicht auf eine Weise ausgebildet worden, die ihren verformbaren Abschnitten gestattet, vollständig zu ihren ursprünglichen Formen zurückzukehren. Der Grund dafür ist, daß gewisse Teile der verformbaren Abschnitte dieser bekannten Sicherungsmuttern, d.h. Teile, die mit der Hauptachse der Ellipse ausgerichtet sind, eine plastische Verformung erfahren, wenn sie auf einen Bolzen geschraubt werden. Spannungen konzentrieren sich in diesen Hauptachsenteilen wegen des relativ kleinen Radius, in den diese Teile verformt werden. Die Wiederverwendung der Sicherungsmutter auf demselben oder auf einem anderen Bolzen ergibt deshalb einen geringeren Grad an Reibsicherung.
Die Sicherungsmutter 11 nach den Fig. 3 - 6 ist so ausgebildet, daß die Konzentration von Spannungen in den Teilen des verformbaren Abschnitts 15, die mit der Hauptachse 21 ausgerichtet sind, wesentlich reduziert wird. Insbesondere, der verformbare Abschnitt ist so ausgebildet, daß er eine reduzierte radiale Dicke in diesen Teilen hat, im Vergleich mit Teilen, die mit der Nebenachse 19 ausgerichtet sind. Das minimiert die Spannungskonzentration in den Hauptachsenteilen und gestattet dadurch einen größeren Bereich von elastischer Biegung durch die Nebenachsenteile. Infolgedessen kann die Mutter bei nachfolgenden Bolzen viel öfter wiederverwendet werden und kann auf den Bolzen zufriedenstellend gesichert werden, die einen breiteren Bereich von Steigungsdurchmessern haben, einschließlich Bolzen, deren Gewinde beträchtlich verschlissen sind.
Mehr insbesondere und in bezug auf die Fig. 3 - 5 ist zu erkennen, daß der verformbare Abschnitt 15 einen inneren Teil 23 aufweist, der eine gleichförmige radiale Dicke und eine gleichförmige axiale Länge hat, und weiter einen integralen äußeren Teil 25 aufweist, der eine gleichförmige radiale Dicke und eine axiale Länge hat, die sich von einem Minimum von null bis zu einem Maximum verändert, welches dasselbe wie der innere Teil ist. Die Übergänge zwischen der minimalen und maximalen Länge sind graduell, so daß jeder Übergang einen schmalen, bogenförmigen Absatz 27 in der axialen Ausdehnung des äußeren Teils bildet. Die radialen Dicken des inneren und äußeren Teils sind im wesentlichen einander gleich.
Diese Konfiguration für den verformbaren Abschnitt 15 der Sicherungsmutter gestattet, das Ausmaß an Reibschluß und das Ausmaß an Wiederverwendbarkeit speziell maßzuschneidern. Insbesondere beeinflussen die kombinierten radialen Dicken des inneren und äußeren Teils den Grad des Reibschlusses der Mutter, wogegen die radiale Dicke des inneren Teils an sich die Wiederverwendbarkeit der Mutter beeinflußt.
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht der Sicherungsmutter 11, wobei die linke Seite der Figur den Nebenachsenquerschnitt und die rechte Seite den Hauptachsenquerschnitt zeigt. Die ausgezogenen Linien zeigen die Mutter in ihrem unbeanspruchten Zustand, wobei der verformbare Abschnitt 15 einen elliptischen Querschnitt hat, wogegen die gestrichelten Linien die Mutter in ihrem beanspruchten Zustand zeigen, aufgeschraubt auf einen Bolzen.
Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Sicherungsmuttern 11' und 11" nach der Erfindung. Jede Ausführungsform gleicht der Ausführungsform nach den Fig. 3 - 6, indem ihr verformbarer Abschnitt 15' und 15" integrale innere und äußere Teile 23' und 25' oder 23" und 25' aufweist, wobei der äußere Teil nur in dem Bereich der Nebenachse der Ellipse angeordnet ist. Der Absatz 27' der Ausführungsform nach Fig. 7 hat eine konvexe Krümmung, im Gegensatz zu der konkaven Krümmung des Absatzes 27 der Ausführungsform nach Fig. 3. In der Ausführungsform nach Fig. 8 hat der äußere Teil parallele oder gerade Absätze 27", so daß er sich umfangsmäßig in einem konstanten Maß über seine gesamte axiale Länge erstreckt.
Es dürfte aus der vorstehenden Beschreibung klar geworden sein, daß die vorliegende Erfindung eine verbesserte Sicherungsmutter der Bauart schafft, die einen verformbaren Abschnitt an einem Ende mit einem insgesamt elliptischen Querschnitt aufweist. Der verformbare Abschnitt hat eine maximale radiale Dicke in dem Bereich der Ellipsennebenachse, um einen gewünschten Grad an Reibsicherung zu schaffen, wenn er auf einen Bolzen aufgeschraubt wird, und er hat eine minimale radiale Dicke in dem Bereich der Ellipsenhauptachse, um Spannungen und plastische Verformung zu reduzieren, die sonst die Wiederverwendbarkeit der Sicherungsmutter nachteilig beeinflussen könnten.

Claims

1. Sicherungsmutter mit einem Körper, der eine Gewindebohrung (17) hat, die sich axial durch ihn erstreckt; wobei der Körper an einem axialen Ende einen verformbaren Abschnitt (15; 15'; 15") aufweist, der eine bogenförmige äußere Oberfläche und einen insgesamt elliptischen Querschnitt in einem unbeanspruchten Zustand hat; wobei die Gewindebohrung (17) einen insgesamt elliptischen Querschnitt in wenigstens einem Teil des verformbaren Abschnitts (17) hat, wobei eine Hauptachse (21) und eine Nebenachse (19) im wesentlichen rechtwinkelig zueinander ausgerichtet sind; und wobei, wenn die Sicherungsmutter (11; 11'; 11") auf einen Bolzen mit vorbestimmtem gleichförmigen Durchmesser aufgeschraubt wird, der verformbare Abschnitt (15; 15'; 15") mechanisch verformt wird, um den Querschnitt der Gewindebohrung (17) insgesamt kreisförmig zu machen und dadurch die Sicherungsmutter (11; 11'; 11") in ihrer Lage reibschlüssig zu sichern, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke des verformbaren Abschnitts (15; 15'; 15") zwischen der Gewindebohrung (17) und der äußeren Oberfläche in Ausrichtung mit der Hauptachse (21) ein Minimum und in Ausrichtung mit der Nebenachse (19) ein Maximum ist, daß der verformbare Abschnitt (15; 15'; 15") einen radial inneren Teil (23; 23'; 23") aufweist, der eine im wesentlichen gleichförmige radiale Dicke und eine im wesentlichen gleichförmige axiale Länge hat, und einen radial äußeren Teil (25, 25', 25"), der einstückig mit dem inneren Teil (23; 23'; 23") ausgebildet ist und eine im wesentlichen gleichförmige radiale Dicke hat sowie eine axiale Länge, die in Ausrichtung mit der Hauptachse (21) ein Minimum oder null ist und in Ausrichtung mit der Nebenachse (19) ein Maximum ist, und daß ein Absatz (27; 27'; 27") in der äußeren Oberfläche des verformbaren Abschnitts (15; 15'; 15") an dem Übergang zwischen dem äußeren Teil (25; 25'; 25") und dem inneren Teil (23; 23'; 23") des verformbaren Abschnitts gebildet ist.

2. Sicherungsmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des äußeren Teils (25; 25'; 25") des verformbaren Abschnitts des Körpers im wesentlichen gleich der gleichförmigen axialen Länge des inneren Teils (23; 23'; 23") des verformbaren Abschnitts in Ausrichtung mit der Nebenachse (19) ist.

3. Sicherungsmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichent, daß die axiale Länge des äußeren Teils (25; 25'; 25") des verformbaren Abschnitts im wesentlichen gleich der gleichförmigen axialen Länge des inneren Teils (23; 23'; 23") des verformbaren Abschnitts über einer Umfangsausdehnung von etwa 40 Grad in jeder Richtung ab der Nebenachse (19) ist.

4. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (25) des verformbaren Abschnitts (15) des Körpers eine axiale Länge hat, die sich von der Hauptachse (21) bis zu dem mit der Nebenachse (19) ausgerichteten Maximum kontinuierlich verändert.

5. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (25') des verformbaren Abschnitts (15') des Körpers nur in dem Bereich der Nebenachse (19) angeordnet ist.

6. Sicherungsmutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (27; 27') gekrümmt ist.

7. Sicherungsmutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dar der Absatz (27) eine konkave Krümmung hat.

8. Sicherungsmutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (27') eine konvexe Krümmung hat.

9. Sicherungsmutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (27") gerade ist und daß der äußere Teil (25") des verformbaren Abschnitts (15") des Körpers eine konstante axiale Länge hat.

10. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Dicken des inneren und äußeren Teils (23; 23'; 23"; 25; 25'; 25") des verformbaren Abschnitts (15; 15'; 15") des Körpers im wesentlichen einander gleich sind.

11. Sicherungsmutter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper weiter einen im wesentlichen starren Abschnitt (13) aufweist und daß der verformbare Abschnitt (15; 15'; 15") einstückig mit dem starren Abschnitt (13) ausgebildet ist und von einem Ende desselben vorsteht.