DE7314712U - Selbstsichernde Mutter - Google Patents

Description

	Dr. Richard ßieri ITX) Trossfngen Sonnenweg 2	. t ti iiit ·	ι · · t » ·	Ό
"Sicherungsmutter" Aktenzeichen: G 73 14 712.2		8 ο4ο2 / DrBi Neufassung Gbm 26. Mai 1973
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Bans Hauser Inn. Walter Schüttle Mutternfabrik

ALDINGBN Kreis TUTTLINGEN C Selbstsichernde Mutter

Die Erfindung betrifft eine mittels KraftechluB durch Gewindeverformungen in der Gewindebohrung selbstsichernde, insbesondere einstückige Mutter aus Ganzmetall, mit einem an sich bekannten Mehrlcantkörper, der einen konus- und/oder bundförmigen Ansatz aufweist·

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Anstelle der früher Üblichen Sicherungsmittel für Verschraubungen, wie formschlttsslgen Unterlagscheiben, soffschlüssigen Verbindungen? wie durch Löten oder Schweissen, und schließlich kraftschlüs3lgen Sicherungen durch Längs- oder Querverspannungen des Gewindes haben in den letzten Jahren vor allem auch solche Sicherungen Eingang in die Technik gefunden, bei denen durch örtliche Einpressungen, Einkerbungen oder Einschnitte in einige Gewindegänge eine Beschädigung des Gewindes und, indem dabei eine Klemmwirkung herbeigeführt wird, aus einem Laufsitzgewinde ein Fest- oder Preßsit!^gewinde gemacht wird.

Solche V Jtschraubungen mit einer Sicherung gegen selbsttätiges Lösen, die ursprünglich von zusätzlichen ELemmteilen gegebenenfalls aus anderem Werkstoff Gebrauch gemacht haben und späte? einstückig ausgeführt wurden, haben ausnahmslos den Nachteil, da3 sie praktisch nicht mehrfach verwendbar sind, weil bei jeder Verschraubungsverwendung eine Werkstoffabtragung oder —Zerspanung zustandekommt und damit die Klemmwirkung jedesmal vermindert wird· Außerdem führt der erhebliche Herstellungsaufwand von vielen solchen Ausführungen zu einer unerwünschten Verteuerung der Sicherungsmutter, so daß einer vermehrten praktischen Verwendung wirtschaftliche Gesichtspunkte zusätzlich im Wege stehen.

Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, die letzten Gänge des Gewindes auf einer Seite der Mutter nach innen zu drücken, um so in diesem Bereich den Durchmesser des Gewindes zu verkleinern und dadurch bei der Verschraubung eine kraftschlüssige Verspannung des Gewindes herbeizuführen. Es ist zwar richtig, wenn auf solche Weise eine elastische Verspannung angestrebt wird, bei der die Mutter und der Schraubenbolzen wiederholt be-

nützt werden können, ohne daß eine Beschädigung entsteht, wodurch der Sicherungseffekt vermindert würde, jjedocn ist bis heute keine selbstsichernde Mutter und kein dafür geeignetes Herstellungsverfahren bekannt geworden, womit dieses Ziel wirklich erreicht wird.

So wird bei eine* selbstsichernden Mutter gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 2 139 417 ein Ringwulst an der oberen Stirnfläche der Mutter so weit plangedrückt, daß durch den nach innen in die Gewindefcohrung beigedrückten V/erkstoff der Gewindedruchmesser verringert wird. Dabei werden aber, wie sich leicht zeigen läßt, die Gewindegänge nicht nur nach innen, sondern vor allem nach unten gepreßt, so daß sie nach unten durchgängen und darüberhinaus die Steigung der Gewindegänge vermindert wird«

Plastische Veränderungen des Gewindes von der dabei entstehenden Art haben mehrere nachteilige Wirkung gen. Zunächst ist von Bedeutung, daß die Gewindegänge werkstofftechnisch überbeansprucht werden, so daß die Gefahr entsteht, daß die Gewindegänge bei mehrmaliger Verwendung der Mutter abbrechen. Außerdem werden wegen der Passungsunterschiede zwischen Schraubenbolzen- und Mutterngewinde das Schraubenbolzengewinde und überdies eine eventuell darauf angebraihte Gewindeschutzschicht beschädigt oder unter ungünstigeren Umständen oder bei stärkerer Beanspruchung sogar zerstört.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine selbstsichernde Mutter der eingangs näher beschriebenen Gattung in solcher Weise in der Gewindebohrung mit Gewindeverformungen zu versehen, daß eino Beschädigung des Muttern« und auch des Schraubengewindes, und zwar sogar bei mehrmaligem Anziehen und

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Lttaen der Veroohraubung vermieden wird. Dafür 1st es auch notwendig, daß der Werkstoff der Mutter Im Bereich der Gewindegänge mit Verformungen werkstoffschonend verformt, also nicht überbeansprucht wird. Die kraftschlüssige, elastische Verspannung muß also gemäß einem weiteren Teil Aer erfindungsgemäßen Aufgabe von anderen Teilen der Mutter übernommen werden, was bisher noch nicht erkannt worden 1st*

Hit RüokBicht auf wichtige Verwendungsbereiche der hier einschlägigen selbstsichernden Kutter, die grundsätzlich nur in einer Richtung verwendet werden kann, wobei die verformten Gewindegänge als letzte auf das Schraubenbolzengewinde kommen, soll die Sicherung durch solche Formeletnente bewirkt werden, daß ein leichtes maschinelles Sortieren und damit eine automatische Zuführung nicht nur bei der Bearbeitung bzw. Herstellung, sondern auch bei der Verwendung für ein bestimmtes Werkstück möglich ist; beispielsweise eignet sich hierfür besonders ein entsprechend behandelter konus- und/oder bundförmiger Ansatz. Letzten Endes kommt es ja entscheidend darauf an, daß die Verformung des Gewindes im wesentlichen in radialer Richtung erfolgt.

Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird bei einer selbstsichernden Mutter der eingangs näher beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß das Gewinde in dem dem Ansatz entgegengesetzten Abschnitt von mindestens annähernd zwei Drittel der Höhe der Nutter durchgehend lehrenhaltig und im anschließenden Teil des restlichen Gewindeabschnitts in Richtung zum Ansatz mindestens annähernd gleichmäßig zunehmend plastisch verformt ist. Die

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hierdurch erreichte Sicherungswirkung der Erfindung wird noch gesteigert, wenn gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal die plastischen Verformungen des Gewindes in einer Verengung des Gewindedurchmesserβ bei mindestens annähernd gleichbleibender Höhe der Gewindegänge besteht. Schon durch diese Merkmale wird ein technischer Fortschritt dadurch erreicht, daß die Gewindegänge selbst weder bei der Herstellung der Sicherungsmutter noch bei ihrer Verwendung in axialer Richtung beansprucht werden.

Derjenige Teil der erfindungsgemäßen Aufgabe, vonach die elastische Verspannung nicht von den Gewindegängen, sondern von anderen Teilen der Selbstsicheraden Mutter aufgenommen werden soll, wird dann erfüllt, wenn die plastischen Verformungen des Gewindes zwischen dem Ende des anschließenden Gewindeabschnitts mit lehrenhaltigem Gewinde und dem Ende des Ansatzes einen Maximalwert besitzen. Zusätzlich dazu oder auch anstelle des zuletzt genannten Teil-merkmale ist es vorteilhaft, wenn die plastischen Verformungen des Gewindes in einer Verengung des Flanken- und des Nenndurchmessers bei mindestens annähernd !zylindrische* lehrenhaltigen Xerndurchmesser bestehen.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sicherungsmutter werden die vorbeschriebenen vorteilhaften Eigenschaften dadurch erreicht, daß ein Mutternrohling von an sich bekannter Mehrkantform mit einem konus« und/oder bundförmigen Ansatz und zylindrischer lehrenhaltiger Gewindebohrung durch einen in Richtung der Achse der Gewindebohrung auf den Ansatz aufgedrückten Prägestempel insbesondere von rohrförmigen! Quer-

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schnitt ring-fönnlg eingedruckt wird. Im Falle der noch verbesserten erfindungsgemäßen selbstsichernden Mutter mit zylindrischer lehrenhaltiger Gewindebohrung in Bezug auf den Xerndorchmesser auch in» Bereich des Ansatzes wird der Mutternrohling vor dem Schneiden des Gewindes im Bereich des Ansatzes mit einem Innenkonus von einer Neigung zwischen 2° und 8° aufgebohrt.

Im weiteren Sinne der obengenannten Aufgabe warden der selbstsichernden Mutter zusätzliche vorteilhafte Eigenschaften dadurch verliehen, daß der Innendurchmesser des Prägestempels von rohrförmigem Querschnitt bzw. seines bei der Prägung wirksamen Teils und damit der Innendurchmesser des entsprechenden ringförmigen Eindrucks im konus- und/oder bunsf örmJ.gen Ansatz größer als der Nenndurchmesser des Gewindes und der Außendurchmesser des wirksamen Querschnitts und wiederum entsprechend der Acßendurclimesser des ringförmigen Sindrucks kleiner als der Durchmesser des Innenkreises des Vielkants ist«

Schließlich ist derjenige Teil der Aufgabe, daß die selbstsichernde Mutter £ür ein leichtes automatisches Sortieren geeignet sein soll, dadurch erfüllt, daß im konus- und/oder bundförmigen Ansatz ein ringförmiger Eindurck angebracht ist, über dessen Form bereits im vorhergehenden Absatz Angaben gemacht sind, und dieser Sindruck sowohl den sichtbaren als auch automatisch abfühlbaren Form- und Oberflächen-Unterschied zwischen den beiden - in Richtung der Gewindeachse gesehen - Enden der, wie erwähnt, einseitig verwendbaren Mutter begründet·

Weitare Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung entnehmen; es stellen dar:

Fig.1:¹. a) einen Querschnitt durch eine bekannte selbstsichernde Mutter

b) einen Querschnitt durch eine erste Aufiführungsform der Erfindung

c) einon Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform

alle in axialer Richtung und in einer Darstellung mit übertriebenen Maßstabs-Verhältnissen ;

Fig.2: a) bis c):

drei verschiedene Ausführungsformen von Ansätzen der selbstsichernden Mutter zusammen mit Formen des Prägestempels für die erfindungsgemäße plastische Verformung der Gewindegänge·

Zn Fig·ta ist im Schnitt längs der Achse 1 der Wandungskötper 2 des Mutternrohlings mit dem Nenndurchmesser 3 und dem Kerndurchmesser 4» sowie den Gewindegängen 5 biß 1o wiedergegeben, wobei die zum Nenndurchmesser 3 gehörende Fußlinie 11 gestrichelt und die zum Kerndurchmesser 4 gehörende Kopf linie 12 ausgezogen gezeichnet ist. Wird nun - wie bei der dargestellten bekannten Sicherungsmutter - der Wulst 13 durch Pressung der Stirnfläche 14 in Richtung des Pfeils 15 bis zur Ebene 16 in das Innere der Gewindebohrung 17 gedrückt» dann werden nicht nur die Fufllinie 18 und die Kopflinie 19 zu ihrer vorherigen Lage (11, 12) versetzt geneigt, so daß der obere Seil der Crewindebohrung 17 konisch wird, sondern es werden auch die oberen G-ewindegänge 5 bis 8 mehr oder weniger nach unten versetzt, wobei die Höhe der Gewinde-

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gange, wie durch die Pfeile 2o, 21 angedeutet ist, mehr oder weniger vermindert wird und die Gewindegänge selbst nach unten hängen, also unsymmetrisch ausgebildet sind. Gegen die Stirnfläche der Nutter sind die entsprechenden Durchmesser 22, 23 in nach oben zunehmendem Maße verkleinert.

Yor allem durch die nach unten hängenden Gewindegänge kommt die schor erwähnte unzulässige Abnützung bsw. Beschädigung, gegebenenfalls sogar Zerstörung der Gewindegänge zustande, weil infolge der doppelt wirksamen Gewindeform-Verschiedenheiten - Steigung und Asymmetrie - statt einer bloßen elastischen Verspannung bei großen mechanischen Anforderungen an das Gewinde, zB. is Falle eines notwendigen großen Sicherungseffekts, ein Kaltverschweißen, dh. Anfressen des Schraubenbolzen-Gewindes zustandekommt. Außerdem unterscheidet sich die fertige Sicherungsmutter praktisch niclit von einer PTIi-Mutter, die an der oberen und der unteren Stirnfläche gleich geformt ist, so daß die Seite mit den verformten Gewindegängen von außen nicht erkannt werden kann.

In Pig.1b ist der Wandungskörper 31 des Rohlings der erfindungsgenäßen Sicherungsmutter mit dem konusförmigen Ansatz 32 versehen; die Fußlinie 33 und die Kopflinie 34 der Gewindegänge 35 bis 4o entsprechend Nenndurchmesser 41 und Kerndurchmesser 42 sind wieder in üblicher V/eise gestrichelt bzw. ausgezogen gezeichnet wiedergegeben. Wird mit dem in Richtung des Pfeils 45 auf den konusförmigen Ansatz 32 des V/andungskörpers 31 dos Muttern-Rohlings gedrückten Prägestempel 44 von rohrfö.miigem Wirkungsquerschnitt unter Zentrierung durch den Führungsbolzen 45 (gestrichelt gezeichnet) ein ringförmiger Eindruck 46 in die konusförraige Außenwand geprägt, dann wird der Werkstoff des Wandungskörpers 31 in Rich-

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tung auf die Gewindebohrung 47 mit der Achse 48 nach innen geäa&ekt geschoben, wobei die Gewindegänge 35 bis 38 in Richtung auf die Achse mehr oder weniger versetzt und die Fußlinie bzw. die Kopf linie (33, 34) in di.e Lagen 33a, 34a geneigt werden« Je nach Lage der Einpräge* stelle, des ringförmigen Eindrucks 46, werden die Gewindegänge 36, 37 mehr nach innen versetzt als die Gewindegänge 35 und 30, der Nenndurchmesser 49 und der Eerndurchmesser 5o werden also am oberen Ende wieder weniger verengt als etwas welter unten, dh. etwas mehl¹ entfernt von der oberen Stirnfläche·

Aus der Zeichnung der Fig.1b, die die wirklichen Verformungen nur schematisch andeuten soll, läßt sich ohne weiteres entnehmen, daß - im Gegensatz zu der bekannten Sicherungsmutter gemäß Fig.1a - die Gewindegänge nur radial nach innen verformt, aber weder nach unten versetzt, noch in ihrer Höhe verändert werden. Dadurch ist im Sinne der Aufgabenstellung der Sicherungseffekt einwandfrei gewährleistet, ohne daß eine werkstofftechnische Überbeanspruchung und vor allem spanabhebende Abnützungserscheinungen auftreten. Umfangreiche Versuche unter besonders harten Bedingungen haben ergeben, daß mit der erfindungsgemäßen Sicherungsmutter die obenerwähnte KaltverschweJ °'.mg in allen praktisch vorkommenden Anwendungsfällen vermieden wird.

Ähnlich wie in Fig.1b werden auch bei dem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherungsmutter gemäß Fig.1c beim Eindrücken des Prägestempels von rohrförmigen! Wirkungsquerschnitt in den konusförznigen Ansatz 62 des Wandungskörpers 63 des Mutternrohlings die Gewindegänge 64 bis 69 in das Innere der Gewindebohrung 7o versetzt. Im Gegensatz zu dort ist aber die Gewindebohrung 7o des Rohlings vor den. Schneiden des Gewindes

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geneigte Kopflinie'angedeutet ist. Durch das Einprägen des Ringcindruckß 73 und die dadurch bewirkte Verformung des Gewindes wird die Torher konisch gewesene Kopffläche entsprechend der Kopflinie 72 nunmehr zylindriech und die Fußlinie 74 in die lage 75 geneigt·

Gegenüber der erfindungsgenäßen Sicherungsmutter fiaeh Fig.1b weist diejenige nach FIg,1c noch den zusätzlichen Vorteil auf, daß der Kerndurchmesser gegenüber der nicht verformten Mutter nicht verändert ist und der Haupttcil der Belastung von Mutterngewinde und Schraubenbolzen·" gewinde auf den In höheren Maße belastbaren Flächen der Gewindegänge liegt, ¹Ue tiefsten Seile der Gewindegänge aber geschont sind· Dabei sind beim Rohling die Nenndurchmesserfläche (74) und beim verformten Gewinde die Kerndurchmesserfläche (76) zylindrisch« Im übrigen sind die Verhältnisse der Fig.1b praktisch unverändert auf die Ausführungsform der Fig.1c zu übertragen« Umgekehrt sind auch die Pfeile 77» 78» die auf den Innen- und den Außenkreis 79, 8o des ringförmigen Eindrucks zeigen, auf die Fig.1b übertragbar. Dieser ringförmige Eindruck gewährleistet, wie bereits erwähnt, in Verbindung mit dem hier konus*· förmigen Ansatz.63 die aufgebenmäßig geforderte Möglichkeit» diejenige Stirnfläche der Mutter zu erkennen, an der die verformten Gewindegänge liegen.

In Fig.2 sind weitere Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Verformung dor oberen Gewindegänge scheciatiflch angedeutet· Statt eines Prägestempels mit rohrförmigem Querschnitt kann gemäß Fig·2a ein solcher mit konasförmiger Bohrung verwendot werden, wobei der Konus 1o1 des Prägestempels 2° bis 5° etwas flacher als der Konusansatz 1o2 der flutter 1o3 let. In Fig.2b ist der Prägestempel 1o4 mit einem an der Innenseite 1o5 wulstförmigen

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ausgebildeten Ansatz versehen, durch den auf dem konusfßrmigen Ansatz 1o6 der Mutter 1o7 ein ringförmiger Eindruck, mit einem Innendurchmesser 1o8 größer als der Henndurchmesser 1 oS> des Gewindes, sowie einem Außendurchmesser 11o größer als der Innendurchmesser 111 des Yielkants, wie bereits beschrieben, erzeugt wird.

In Fig.2c weist die Mutter 112 den Bund-förmigen Ansatz 115 auf, dessen Durchmesser durch Aufdrücken des Stempels 114 mit der an seinem unteren Ende konischen Vertiefung 115 erzeugt wird, wobei auch das Gewinde 116 nach innen verformt wird, wie es im Zusammenhang mit i?ig. 1b und 1c beschrieben ist.

In allen drei Fällen der fig«2 wird also im Sinne dor erfindungsgemäßen Aufgabe das Gewinde derart verformt, daß im oberen Teil der Gewindebohrung, also unterhalb der oberen Stirnfläche, das Gewinde in Richtung zum oberen Ende mindestens annähernd gleichmäßig zunehmend plastisch verformt ist, wobei die Verformung kreisförmig und überwiegend in einer Verengung des Gewindedurchmessers bei mindestens annähernd gleichbleibender Höhe der Gewindegänge besteht; die Gewindesteigung wird dabei also nicht verändert. Der Sicherungseffekt ist, wie praktische Versuche ergeben haben, bei den hier in Rede stehenden Sicherungsmuttern innerhalb weiter Grenzen an die praktischen Bedürfnisse anpaßbar, indem die Konus- oder Bund-Form, der Radius des Prägebzw. Fließstempels, der Prägehub und die werkstofftechnischen Daten der Mutter entsprechend gewählt werden.

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   26, Mai 1973

   Dr, Richard Bleu

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   Sonnenweg 2

   Schutzansprüche

   1, Mittels Kraftschluß durch Gewindeverformungen in der Gewindebohr\mg selbstsichernde, insbesondere einstückige Mutter aus Gar-ame tall,

   mit einem an sich bekannten Mehrkantkörper, der einen konus- und/oder bundförmlg3n Ansatz aufweist,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde in dem dem Ansatz (32 in Fig.1b) entgegengesetzten Abschnitt von mindestens annähernd zwei Drittel der Höhe der Mutter durchgehend lehrenhaltig und im anschließenden Teil des restlichen Gewinde* abschnitts in Richtung zum Ansatz mindestens annähernd gleichmäßig zunehmend plastisch verformt ist.

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   2. Mittels Kx-aftSchluß selbstsichernde Hatter nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die plastischen Verformungen des Gewindes in einer Verengung des Gewindedurchmessers (33, 34 bzw. 33a, 34a) bei mindestens annähernd gleichbleibender Höhe der uewindegänge besteht.

   3. Mittels Kraftschluß selbstsichernde Mutter nach einem der Ansprüche 1 und 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die plastischen Verformungen des Gewindes zwischen dem Ende des anschließenden Gewindeabschnitts mit lehrenhaltigem Gewinde und dem Ende des Ansatzes einen Maximalwert besitzt (Fig.1b).

   4. Mittels KraftSchluß selbstsichernde Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß die plastischen Verformungen des Gewindes in einer Verengung des Planken·» und des Nenn-Durchmessers (75 in Pig.1b) bei mindestens annähernd zylindrischem lehrenhaltigen Kerndurchmesser (76) besteht.

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   5· Mittels Kraftschluß selbstsichernde Mutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4»

   dadurch gekennzeichnet, daß im konus· und/oder bundförnigen Ansatz ein ringförmiger Eindimck angebracht ist, dessen Innendurchmesser (77 in Fig.1c) größer als der Nenndurchmesser (74) des Gewindes und dessen Außendurchmesser (78) kleiner als der Durchmesser (81) des Innenkreises des Vielkants ist.

   Dr. Richard Bier!

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