DE894792C

DE894792C - Gewinde-Sperrvorrichtung

Info

Publication number: DE894792C
Application number: DEN2850A
Authority: DE
Inventors: Edmund Rutledge Boots
Original assignee: Nylok LLC
Current assignee: Nylok LLC
Priority date: 1945-03-01
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1953-10-29
Also published as: US2462603A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gewinde-Sperrvornichtumg, 'bei der zwischen dem Gewinde der Sperrvorrichtung und dom Gewinde eine® Komplementär zugeordneten Verschraubungselementes ein Flankeneingriff und so große Reibung zwischen den Gewindegängen entsteht, daß sich die Gewindegänge unter den Betriebserschütterungen und -stoßen nicht mehr gegenseitig verdrehen.

Infolge der bei handelsüblichen Gewindeverbindüngen, wie z. B. Muttern und Schrauben, notwendigen Toleranzen kommen die Gewin deflanken von Mutter und Schraube dimmer nur beim Anziehen der Mutter gegen einen zu befestigenden Konstruktionsteil in festen Druckkontakt. Um das Lockern der Schraubverbindung zu verhindern, hat man sogenannte selbstsperrende Muttern entwickelt. Dabei entstehen Reibkräfte an den Gewindeflanken und hemmen die Verdrehung und Lockerung. Als Reibkörper benutzen die bekannten Sperrvorrichtungen starre Metalleinlagen zwischen den beiden. Teilen der Gewindeverbindung. Bekannt sind z. B. Schraubenfedern oder Blattfedern, die einseitig in einem Gewindekörper gelagert sind und gegen das Gewinde des zweiten Schrauibkörpers unmittelbar oder mittelbar über eine metallische Zwischeneinlage drücken. Diese Reibkörper haben aber keine genügende Anpassungsfähigkeit :an die einzelnen. Gewindeformen' und damit nur unbefriedigende Reibung. Sie beschädigen außerdem das Gegengewinde leicht. Das Lösen solcher Schraubverbindungen ist immer sehr schwierig.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß ein imit Gewinde versehener Schraubkörper eine vom Gewinde in den Schraubkörper verlaufende Aussparung und einen federnden nichtmetallischen Einsatz darin hat, der sich bis zu

einer über den Kerndurchmesser hinausgehenden Stelle erstreckt. Das federnde, nichtmetallische Einsatzstück sitzt in der Aussparung eines Schraubkörpers. Die Aussparung ist vorzugsweise konisch, um das Herausfallen des Einsatzes zu vermeiden. Die federnden Eigenschaften· des Einsatzes· ermöglichen seine Einführung in die Aussparung trotz der konischen Form und des dadurch bedingten schmalen Halses der Aussparung an der Gewindefläche. ίο Infolge seines federnden nichtmetallischen Charakters paßt sich der Einsatz eng den Gewindeformen des zweiten Schraubkörpers an und berührt ihn auf der ganzen der Aussparung gegenüberliegenden Fläche. Entsprechend steigt auch die Reibung zwischen den beiden Schraubkörpern und damit die Sperrwirkung. Zugleich entsteht idabei eine senkrecht zur Gewindeachse wirkende Druckkraft und infolge davon ein Ausgleich der Gewindeluft, was die Reibung zwischen den beiden Schraub-■ körpern vorteilhaft zusätzlich erhöht.

Die Zeichnungen zeigen die Sperrvorrichtung nach der Erfindung am Beispiel von Mutter und Bolzen. Im einzelnen ist

Fig. ι ein Grundriß einer Gewindemutter,. Fig. 2 ein Seitenriß der Gewindemutter nach Fig. i,

Fig. 3 ein Senkreahtquersdhnitt längs Linie 3-3 in Fig¹, ι,

Fig. 4 ein Senkrechtquerschnitt längs Linie 4-4 in Fig. i,

Fig. 5 ein Senkrechtquerschnitt ähnlich Fig. 3, jedoch vergrößert und unter Veranschaulichung der Wirkung des federnden Einsatzkörpers,

Fig. 6 ein Seitenriß eines Schraubenbolzens, Fig. 7 ein Seitenriß de© gleichen Schriaubenbolzens -wie in Fig. 6, jedoch unter teilweiser Darstellung desselben dm Querschnitt, wobei außerdem der Schraubenbolzen um 90⁰ gegenüber dem Seitenriß von Fig. 6 gedreht (ist.

Die in den Zeichnungen dargestellte Gewinde-Sperrvorrichtung umfaßt ganz allgemein einen metallischen Verschraubungskörper, der ein Gewinde und eine Aussparung oder Vertiefung .aufweist, die sich von dem 'Gewinde aus vorzugsweise radial verlaufend erstreckt, wobei innerhalb dieser Aussparung oder Vertiefung ein federnder Einsatzkörper aufgenommen ist. Dieser federnde Einsatzkörper verläuft dabei · seinerseits Ibis zu einer mindestens über den Gewindekern hinausgehenden Stelle. Bei dieser Anordnung greift der Einsatzkörper in das Gewinde eines Komplementärverschraubungiselementes ein und wirkt auf dasselbe quer zu dessen Achse federnd ein, wodurch die Gewindegänge in innigen Flankenkontakt gebracht werden. Auf diese Weise wird zwischen den !Gewinden 'der einander komplementär zugeordneten Verschraubungselemente eine Reibungskraft erzeugt, die ausreicht, um einer Relativdrehuang der Verschraubungselemente, die jeweils unter der Einwirkung von üblicherweise betriebsmäßig vorkommenden Vibnationserschütterungen und Schockstößen zustande kommt, Widerstand entgegenzusetzen.

Die in den Fi|g. I bis 5 dargestellte Gewindemutter ist bis auf die nachfolgend noch zu beschreibenden Abänderungen eine gewöhnliche Sechskantmutter und besteht aus einem ausgebohrten Mutterkernstück 1 mit eingeschnittenem Innengewinde 2. Das Gewinde 2 ist ein gewöhnliches scharfgängiges 'Gewinde und weist einen Flankenwinkel von 6o° auf. Von dem Innengewinde aus verläuft radial zur Achse der Mutter eine kreisförmige Aussparung oder Vertiefung 3. Diese Aussparung ist herstellungsmäßig dadurch leicht zu bewerkstelligen, daß die Mutter durch die eine Seitenfläche 4 derselben hindurch radial aufgebohrt wird. Nachdem die Aussparung oder Vertiefung 3 ausgebohrt ist, wird in 'dieselbe ein Keil oder Steckpfropfen S aus elastischem oder federndem Material eingesetzt, der sich bis zu einer über den Kerndurchmesser des Innengewindes· 2 hinaus liegenden Stelle hin erstreckt. _Der Steckpfropfen 5 ist zweckmäßdgerweise in festem Paß sitz in die kreisförmige Aussparung oder Vertiefung 3 eingesetzt, nächst deren radialem äußerem Ende mittels eines Stech-Werkzeuges ein Bördelflansch 7 ausgebildet ist. Der Bördelflansch 7 stellt dabei eine Hinterfütterung dar, die den Steckpfropfen 5 gegen Verschiebung nach auswärts, d. h. !gegen Verschiebung in Ablaufrichtung von dem Gewinde weg zurückhält.

Für die Herstellung des Steckpfropfens können verschiedene elastische oder federnde Werkstoffe benutzt werden. Ein besonders geeigneter Werkstoff ist das als Polymerisationsamid bekanntgewordene thermoplastische Material. Bei Verwen-■dung dieses Materials hat sich in der Praxis gezeigt, daß der Steckpropfen 5, wenn derselbe, stirnseitig gesehen, kreisförmig ist, zweckmäßigerweise einen Durchmesser aufweist, der größer als die Steigung des Gewindes ist, während derselbe in der Längsrichtung der Mutter vorzugsweise angenähert der Abstandsentfernung von zweieinhalb Gewindegangwindungen entspricht. Die Aussparung 3 und damit auch der Steckpfropfen 5 sind in der quer verlaufenden Mitte der Gewindemutter angeordnet und von den Kopf- oder Stirnflächen 8 und 9 jeweils in gleichem Abstand entfernt.

Wenn die Mutter auf einen Schrauben- oder Gewindebolzen, wie beispielsweise den Bolzen 10, aufgezogen wird, dann drückt das Bolzengewinde den elastischen Steckpfropfen zusammen und gräbt sein Gewinde darin ein. Da der Steckpfropfen gegen Ausweichverschiebung eingegrenzt ist, reagiert derselbe auf die zusammendrückende Gewindeeingrabung in nachgiebiger oder elastischer Weise und ruft zwischen der Gewindemutter und dem 'Gewindebolzen· eine Kraft hervor, die quer zur Achse dieser Verschraubungisteile verläuft. Das Ergebnis dabei ist dies, daß das Gewinde 11 des Bolzens 10 und das Innengewinde 2 der Mutter über mindes tens i8o° gegenseitig verkeilt werden, d. h. diese Verkeilung findet jeweils auf einer Seite, und zwar der dem Steckpfropfen gegenüberliegenden Seite einer axial verlaufenden Durchmesserebene statt, zu der die Achse der Aussparung oder Vertiefung 3 senkrecht steht. Dieser Flankenoberflädhenteil der

ineinandergreifenden Gewinde 11 und 2 wird demgemäß über im wesentlichen i8o° in innigem Reibungskontakt beibehalten, wie dies auf der rechten Seite von Fig. 5 zu sehen ist. Vorstehender Reibungseingriff der Gewindeflanken reicht aus, um einer Relativdrehung der Gewindemutter gegenüber dem Gewindebolzen, soweit eine solche Drehung durch einwirkende Kräfte hervorgerufen wird, die auf betriebsüblich vorkommende Vibrations- und Stoßerschütterungeil zurückzuführen sind, entsprechenden Widerstand entgegenzusetzen.

In Fig. 6 und 7 ist ein Schraubenbolzen im Zusammenbau im-it einem elastischen Einsatzkörper gezeigt. Der Bolzen hat einen Kopf 12 und einen teilweise gewindegeschnittenen Schaft 13. An dem Schraubenbolzen ist außerdem eine radial verlaufende Aussparung oder Vertiefung 14 ausgebohrt. Die Aussparung 14 ist dabei 'bevorzugterweise unterschnitten und verläuft von der am Gewinde 15 liegenden Lochöffnung aus bis zur Grundfläche sich konisch !ausweitend nach auswärts. Ein derartiges Hohlloch läßt' sich leicht aufbohren, wenn der Bohrer derart in einer Lagerbüchse gehalten ist, daß sich das Ende derselben beim Drehen des Bohrers auf einer Kreisbahn bewegt. Bei dieser Anordnung kann das Hohlloch derart konisch ausgebildet werden, daß die Grundfläche desselben etwa 0,13 mm größer als deren Loch-Öffnung ist. In dieses Hohlloch wird ein Steckpfropfen 16 von derartiger Länge eingepreßt, daß sich derselbe bis über den Kerndurchmesser des Gewindes hinaus erstreckt. Die schwache konische Aufweitung reicht aus, um zu verhindern, daß der Steckpfropfen 5 aus der Aussparung 3 herausfällt. Wenn an dem Gewindebolzen eine gewöhnliche Mutter aufgeschraubt ist, dann preßt das. Gewinde der Mutter den Steckpfropfen zusammen, wodurch die zuvor beschriebene Sperrwirkung erreicht wird. Selbstsperrende Gewindebolzen dieser Art sind speziell als Stiftschrauben oder Schraubenzapfen, die in Lochöffnungen an Maschinenblöcken oder Gußklötzen eingeschraubt werden, sehr erwünscht. Wo derartige Bolzen zusammen mit Muttern zur gegenseitigen Befestigung von zwei oder mehreren Konstruktionsteilen benutzt werden, soll der Gewindebolzen möglichst eine derartige Länge aufweisen, daß jeweils nach erfolgtem Festziehen der Mutter der Steckpfropfen 16 von den End- oder Kopfflächen der Gewindemutter im wesentlichen gleich weit entfernt ist.

Die Erfindung läßt sich leicht bei den gewöhnlichen Muttern und Schraubenbolzen, soweit dieselben handelsüblich sind, zur Anwendung bringen. Es braucht hierbei lediglich die erwähnte Aussparung oder Vertiefung vorgesehen zu werden, in die jeweils der vorerwähnte Steckpfropfen eingesetzt wird.

Durch diese Anordnung wird eine Gewindemutter oder ein Gewindebolzen mit wirksamer Selbstsperrung vorgesehen, wobei die zusätzlichen Fertigungskosten diejenigen einer normalen Gewindemutter oder eines normalen Gewindebolzens nur um weniges übersteigen, während anderseits die Art des Gewindes als solche überhaupt keine Rolle spielt. Zudem bleibt auch das äußere Aussehen der Gewindemutter oder des Gewindebolzens das gleiche, und das elastische Einsatzelement ist stets iin derselben Weise wirksam, gleichgültig welches Kopfende der Gewindemutter an dem Gewindebolzen, zuerst zum Aufschrauben kommt.

Bei der hierin gezeigten Ausführungsform der Erfindung wurde in bevorzugter Anordnungsweise lediglich ein einziger radial verlaufender Einsatzkörper, der im wesentlichen in der Mitte zwischen den Komplementärgewinden wirksam ist, verwendet und beschrieben. Obgleich diese Anordnung in der Praxis als sehr befriedigend befunden wurde, lassen sich dennoch im Rahmen des Erfindungsgedankens' auch andere Anordnungen denken, die gleichfalls günstige Resultate zeigen. So können beispielsweise Einsatzkörper benutzt werden, die gegenüber der Achse der Verschraubungsteile unter einem spitzen Winkel schräg geneigt sind; oder es können zwei oder mehrere Einsatzkörper benutzt werden, die unter einem Winkel oder in Längsrichtung hintereinanderlaufend angeordnet sind, und der Einsatzkörper braucht nicht in der Mitte der Komplementärgewinde vorgesehen zu sein. Der Blockierungseffekt wird offenbar durch Aufhebung der Koaxialität der sich komplementär ergänzenden Verschraubungselemente erreicht, indem entweder unter Aufrechterhaltung der Parallelität der Achsen eine Verschiebung derselben bewirkt wird oder lindem eine derartige Schrägverstellung der Achsen herbeigeführt wird, daß ein Teil der ineinandergreifenden Gewinde in gegenseitigen Reibungsflächenkontakt gebracht wird.

Der bei Gewinde-Sperrvorrichtungen der zuvor beschriebenen Art verwendete Einsatzkörper aus Polymerisationsaimid hat bei Kontaktberührung mit dem Gewinde des Komplementärverschraubungselementes einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als der Flankenreibungskoeffizient der beiden Komplementärgewinde ausmacht. Wenn der Einsatzkörper zusammengepreßt ist, dann werden die Flanken der den höheren Reibungskoeffizienten aufweisenden Komplementärgewinde ihrerseits teilweise in Reibungseingriff gebracht. Dies wird bei den beschriebenen Anordnungen durch eine Querverschiebung der Achse der Verschraubungselemente herbeigeführt. Diese Querverschiebung kann unter Einwirkung einer seitlich zur Achse angreifenden Kraft parallel sein, oder dieselbe kann schräg sein, wenn eine schräg verlaufende oder abseits der Mitte angreifende Kraft zur Einwirkung gelangt. Jedenfalls aber muß die Querverschiebung der Achsen derart sein, daß die einwirkende Kraft quer verläuft und dadurch eine teilweise Verkeilung jedes Gewindes zwischen den Schraubengängen des Komplementärgewindes herbeiführt.

Claims

PATENTANSPKÜCHE:

i. Gewinde-Sperrvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein 'mit Gewinde versehener Schraubkörper eine vom Gewinde in 'den

Schraubkörper verlaufende Aussparung und einen federnden nichtmetallischen Einsatz danin hat, der sich bis zu einer über dem Kerndurchmesser hinausgehenden Stelle erstreckt.
2. Gewinde-Sperrvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Einsatzkörper innerhalb der vorerwähnten Aussparung oder Vertiefung gegen eine Relativverschiebung gegenüber dem mit ίο Gewinde versehenen Verschraubungskörper örtlich zurückgehalten wird.

3. Gewinde-Sperrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorerwähnte Aussparung oder Vertiefung von dem Gewinde aus radial körpereinwärts verläuft.

4. Gewinde-Sperrvorrichtung mach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Aussparung oder Vertiefung kreisförmig ist und einen Durchmesser aufweist, der größer als die Gewindesteigung ,ist.

5. Gewinde-Sperrvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorerwähnte Aussparung oder Vertiefung unterschnitten ist.

6. Gewinde-Sperrvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5-, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Gewinde versehene Verschrauibungskörper eine metallische Gewindamutter ist, wobei die vorerwähnte Aussparung oder Vertiefung im wesentlichen in der Mitte zwischen den Kopfseiten der Gewindemutter angeordnet ist. 7. Gewinde-Sperrvorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Gewindemutter aufweist, die imit einer im wesentlichen radial durch die eine Seite derselben und durch das Innengewinde hindurchgehenden Locfaöffnung versehen ist, wobei das Innengewinde an der der erwähnten Lochöffnung gegenüberliegenden Seite nicht unterbrochen ist, daß ferner die Gewinde-Sperrvorrichtung einen Steckpfropfen aus federndem plastischem Material aufweist, der in der erwähnten Lochöffnung eingebettet und darin fest eingepaßt ist und der sich dabei bis in das Innenschraubenganggewinde hinein erstreckt, -45 ferner eine an der Gewindemutter mit vorgesehene Festhaltevorrichtung, 'die nur an dem äußeren Teil des Steckpfropfens angreift und die dabei die einzige Vorrichtung zum Verhindern einer Nachauswärtsbewegung des Steckpfropfens darstellt, wobei 'dieser Steckpfropfen, wenn derselbe an dem Gewindebolzen' mit aufgesetzt wird, durch das Gewinde eben dieses Bolzens zusammengedrückt und gegen die erwähnte Festhaltevorrichtunig angepreßt wird, während anderseits die sich aus diesem Anpressen ergebende Reaktionskraft dazu dient, die Gewindemutter und den Schraubenbolzen seitlich zwangsläufig derart nach entgegengesetzten Richtungen zu verschieben, daß dadurch die dem Steckpfropfen gegenüberliegenden Gewindeabschnitte der Mutter und des Bolzens in festen Reibungseingriff gezwungen werden.

8. Gewinde-Sperrvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steokpf ropfen oder Einsatzkörper aus einem synthetischen linear-kettenförmigen Polymerisationsamid hergestellt ist.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 289926;
USA.-Patentschrif t Nr. 864 706.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 5509 10.53