EP2643599A2 - Selbstsicherndes gewinde - Google Patents

Selbstsicherndes gewinde

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Publication number
EP2643599A2
EP2643599A2 EP11833604.9A EP11833604A EP2643599A2 EP 2643599 A2 EP2643599 A2 EP 2643599A2 EP 11833604 A EP11833604 A EP 11833604A EP 2643599 A2 EP2643599 A2 EP 2643599A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thread
bulges
screw
self
flanks
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11833604.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Esper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ruia Global Fasteners AG
Original Assignee
Ruia Global Fasteners AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ruia Global Fasteners AG filed Critical Ruia Global Fasteners AG
Publication of EP2643599A2 publication Critical patent/EP2643599A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B39/00—Locking of screws, bolts or nuts
    • F16B39/22—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening
    • F16B39/28—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by special members on, or shape of, the nut or bolt
    • F16B39/30—Locking exclusively by special shape of the screw-thread

Definitions

  • the present invention relates to a self-locking thread which can be used both as an external thread, for example in screws or bolts, and as an internal thread, for example in nuts.
  • Self-locking screw connections have a high demand.
  • Safety elements according to the prior art often have chemical additives which pollute the environment and only allow a single fuse. Re-screwing with a new securing effect is not possible and can only be done by inserting a new screw or nut.
  • connection should be releasable at any time and be re-screwed at any time with complete securing action.
  • this object is achieved by a self-locking thread, in which the loaded in the screwing of the thread flanks are provided with a bulge.
  • the bulge extends over only one or more short sections of each thread. As a result, an excessive clamping action is prevented by the otherwise re-screwing the connection would be impossible.
  • the bulges are formed with a circular arc-shaped cross section.
  • the height of the bulges so that the bulges when screwing the thread is not yet in force with the edges of the opposite thread, but only when Tightening the thread. Before, the thread can rotate freely, because the mating thread provides a sufficient clearance with the right choice of the height of the bulges.
  • a clamping action can be generated before the screw or nut reaches a stop, for example, to create a movable, but non-detachable connection.
  • the bulges are preferably formed in the insertion direction of the thread tapered with a rounded tip.
  • Fig. 4 is a screw connection of a nut with an internal thread according to the invention with a commercially available screw.
  • FIG 1 shows a three-dimensional representation of a screw 10 with a head 12 and a shank 14 with an external thread 16 according to the invention.
  • those flanks of the thread which absorb the forces when the screw is tightened that is to say in the present case are those shown in FIG upwardly facing flanks 18 of the external thread 16 provided with bulges 20 which extend over a limited arc portion of the respective thread turn into the thread.
  • these bulges 20 each spaced about 120 °, that is, on a Windungsumlauf three bulges 20.
  • the bulges cover a total of about 1/3 of the entire thread cycle. They are designed tapering in the direction of rotation with a rounded end and curved in cross-section arcuate.
  • Fig. 2 shows a nut 100 according to the invention with an internal thread 116. Again, wear the force when tightening the nut flanks 118 bulges 120, which also extend here only over a short section of an entire thread cycle. In this embodiment, only two mutually opposite bulges are provided in a thread turn, which cover less than 1/8 of the entire thread revolution here.
  • Fig. 3 shows the state in which a screw 10 is screwed and tightened with an external thread 16 according to the invention in a workpiece 30, wherein between the head, not shown, of the screw 10 and the workpiece 30 is another workpiece 40, which by means of the screw 10 is attached.
  • the bulges 20 are arranged on the load-receiving flanks 18 of the external thread 16.
  • the exact configuration of the bulges 20 is particularly beautiful to recognize. They have a circular arc-shaped cross-section, and run at least in the direction of insertion of the screw 10 pointed and in a rounded tip 22.
  • FIG. 3 shows the state after tightening the screw 10 in the workpiece 30, it is very easy to see how the tightening force causes a deformation of the force-receiving flanks of the counter-thread 32 in the workpiece 30.
  • Fig. 4 shows the screwing of a nut 100 according to the invention with a commercially available screw 10 '.
  • the clamped between the head 12 of the screw 10 'and the nut 100 workpiece is not shown to simplify the drawing. Shown is the tightened state of the screw.
  • both the screw 10 'and the nut 100 are shown cut each. It can be seen clearly how the bulges 120 on the threads of the nut thread 116 cause an elastic deformation of the force-loaded in this case flanks of the screw thread 16 '. The corresponding elastic deformation is indicated by the stress lines 134.
  • the backup of the self-locking thread according to the invention takes place when tightening the corresponding screw and thus the application of the corresponding biasing force by partial, elastic deformation of the flanks of the counter-thread.
  • This elastic deformation creates a spring action on the force-loaded thread flank of the counter thread.
  • the screw according to the invention is secured by bracing against loosening.
  • the bulges 20 according to the invention settle elastically in the mating thread.
  • an additional breakaway torque must be overcome, which is generated by the elastic setting of the bulges 20 in the mating thread inevitably.
  • This "elastic toothing effect” ensures that when loosening the connection no damage of the counter thread occurs.
  • the connection can be screwed again at any time and also repeatedly loosened and re-screwed without new parts would have to be used.
  • the self-locking thread described here ensures a screw so that neither chemical additives are needed, nor a permanent plastic deformation of the thread or damage to the headrest occurs.
  • the connection can be released at any time and re-screwed at any time with complete security.
  • the inventive principle of the fuse is thus based on the elastic deformability of the flanks of the counter-thread.
  • the self-locking thread according to the invention has according to the invention partially or depending on the application over the complete thread length specially designed bulges 20.
  • bulges can be applied depending on the expected load by the biasing forces when tightening the screw either on the top or on the bottom of each thread. If you want a thread that locks automatically at a certain Einded depth regardless of the biasing force, so bulges can be applied in the corresponding region of the thread on both thread flanks. These then act against each other and require no biasing force when tightening to clamp. In this way, loose screw, for example, parts that are to remain mobile, also be secured against turning. This solution according to the invention thus makes the Verkontern of two nuts superfluous.
  • the bulges 20 are designed so that they do not cause any permanent mechanical deformation in the mating thread when screwing the thread. If the thread lock should only be used after the tightening of the screw connection by the prestressing force, the height of the bulges 20 should be designed so that screwing in up to the headrest is possible without additional torque.

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Abstract

Selbstsicherndes Gewinde (16; 116), bei dem die bei der Verschraubung des Gewindes (16; 116) belasteten Flanken (18; 118) mit einer Aufwölbung (20; 120) versehen sind.

Description

    Selbstsicherndes Gewinde Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstsicherndes Gewinde, welches sowohl als Außengewinde, beispielsweise bei Schrauben oder Bolzen, als auch als Innengewinde, beispielsweise bei Muttern verwendbar ist.
  • Selbstsichernde Schraubverbindungen verzeichnen einen hohen Bedarf. Sicherungselemente gemäß dem Stand der Technik weisen häufig chemische Zusätze auf, welche die Umwelt belasten und nur eine einmalige Sicherung zulassen. Eine Wiederverschraubung mit erneuter Sicherungswirkung ist nicht möglich und kann nur durch Einsetzen einer neuen Schraube oder Mutter erfolgen.
    • Stand der Technik
  • Andere Sicherungselemente aus dem Stand der Technik erzeugen ihre Sicherungswirkung durch Erhöhung der Kopfreibung, beispielsweise durch Rippen an der werkstückseitigen Unterfläche des Schraubenkopfes. Dadurch wird die Gegenlage jedoch oft stark mechanisch beschädigt. Die Sicherungswirkung wird außerdem durch Setzen der Kopfauflage, beispielsweise unter Vibration oder durch Temperaturschwankungen herabgesetzt. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbstsicherndes Gewinde zu schaffen, das weder chemische Zusätze benötigt, noch eine plastische Verformung des Gegengewindes oder eine Beschädigung der Kopfauflage verursachen kann. Erfindungsgemäß soll die Verbindung jederzeit lösbar und jederzeit mit vollständiger Sicherungswirkung wieder verschraubbar sein.
    • Darstellung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein selbstsicherndes Gewinde gelöst, bei dem die bei der Verschraubung des Gewindes belasteten Flanken mit einer Aufwölbung versehen sind.
  • Es ist dabei bevorzugt, wenn sich die Aufwölbung lediglich über jeweils einen Abschnitt oder mehrere kurze Abschnitte eines jeden Gewindeganges erstreckt. Dadurch wird eine zu starke Klemmwirkung verhindert, durch die sonst ein Wiederaufschrauben der Verbindung unmöglich gemacht würde.
  • Zur Vereinfachung der Herstellung ist es bevorzugt, die Aufwölbungen mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt auszubilden.
  • Wenn gewünscht wird, dass die Selbstsicherungswirkung des Gewindes erst beim Anziehen der Verschraubung eintritt, ist es bevorzugt, die Höhe der Aufwölbungen so zu wählen, dass die Aufwölbungen beim Eindrehen des Gewindes noch nicht mit den Flanken des gegenüberliegenden Gewindes in Kraftschluss kommen, sondern erst beim Anziehen des Gewindes. Vorher lässt sich das Gewinde frei drehen, da das Gegengewinde bei richtiger Wahl der Höhe der Aufwölbungen ein hinreichendes Spiel bietet.
  • Erfindungsgemäß kann jedoch auch eine Klemmwirkung erzeugt werden, bevor die Schraube oder Mutter einen Anschlag erreicht, beispielsweise um eine bewegliche, aber unlösbare Verbindung zu schaffen. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, an einer bestimmten Stelle des Gewindes beide Flanken des Gewindes mit je einer Aufwölbung zu versehen. Dann tritt die Klemmwirkung mit Sicherheit ein, auch wenn keine Vorspannung durch das Anziehen des Gewindes aufgebaut wird. Auf diese Weise kann eine Kontermutter eingespart werden.
  • Um ein vorzeitiges Klemmen des Gewindes zu verhindern, sind die Aufwölbungen vorzugsweise in Eindrehrichtung des Gewindes zulaufend mit einer abgerundeten Spitze ausgebildet.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Schraube mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde;
  • Fig. 2 eine Mutter mit einem erfindungsgemäßen Innengewinde;
  • Fig. 3 eine Verschraubung mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde in einem Innengewinde eines Werkstückes; und
  • Fig. 4 eine Verschraubung einer Mutter mit einem erfindungsgemäßen Innengewinde mit einer handelsüblichen Schraube.
    • Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine räumliche Darstellung einer Schraube 10 mit einem Kopf 12 und einem Schaft 14 mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde 16. Erfindungsgemäß sind diejenigen Flanken des Gewindes, die beim Anziehen der Schraube die Kräfte aufnehmen, das heißt im vorliegenden Fall die in Fig. 1 nach oben zeigenden Flanken 18 des Außengewindes 16 mit Aufwölbungen 20 versehen, die sich über einen begrenzten Bogenabschnitt des jeweiligen Gewindeganges in den Gewindegang hinein erstrecken. Im vorliegenden Fall sind diese Aufwölbungen 20 jeweils etwa 120° beabstandet, das heißt auf einen Windungsumlauf kommen drei Aufwölbungen 20. Die Aufwölbungen bedecken dabei insgesamt etwa 1/3 des gesamten Gewindeumlaufes. Sie sind in Drehrichtung spitz zulaufend mit einem abgerundeten Ende und im Querschnitt kreisbogenförmig aufgewölbt ausgebildet.
  • Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Mutter 100 mit einem Innengewinde 116. Auch hier tragen die beim Anziehen der Mutter kraftbelasteten Flanken 118 Aufwölbungen 120, die sich hier ebenfalls nur über jeweils einen kurzen Abschnitt eines gesamten Gewindeumlaufes erstrecken. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in einem Gewindeumlauf nur jeweils 2 einander gegenüberliegende Aufwölbungen vorgesehen, die hier weniger als 1/8 des gesamten Gewindeumlaufes abdecken.
  • Fig. 3 zeigt den Zustand, in dem eine Schraube 10 mit einem erfindungsgemäßen Außengewinde 16 in ein Werkstück 30 eingedreht und angezogen ist, wobei sich zwischen dem nicht dargestellten Kopf der Schraube 10 und dem Werkstück 30 ein weiteres Werkstück 40 befindet, welches mittels der Schraube 10 befestigt ist. In dieser Detaildarstellung ist besonders gut zu erkennen, wie die Aufwölbungen 20 auf den Last aufnehmenden Flanken 18 des Außengewindes 16 angeordnet sind. Hier ist die genaue Ausgestaltung der Aufwölbungen 20 besonders schön zu erkennen. Sie weisen einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf, und laufen zumindest in Eindrehrichtung der Schraube 10 spitz zu und in einer abgerundeten Spitze 22 aus.
  • Im unteren Bereich der Fig. 3, die den Zustand nach dem Anziehen der Schraube 10 in dem Werkstück 30 zeigt, ist sehr schön zu erkennen, wie durch die Anzugskraft eine Verformung der kraftaufnehmenden Flanken des Gegengewindes 32 in dem Werkstück 30 erfolgt.
  • Solange die Schraube noch eingedreht wird, also keine Vorspannkräfte auf das zweite Werkstück 40 ausübt, genügt das Spiel zwischen den Gewinden 16 und 32, damit sich die Schraube 10 frei drehen kann, ohne dass die Aufwölbungen 20 an den gegenüberliegenden Flanken des Gewindes 32 in Angriff kommen. Wenn die Schraube 10 jedoch dann angezogen worden ist, wie dies in der Fig. 3 dargestellt wird, werden die in Fig. 3 oberen Flanken 18 des Gewindes 16 der Schraube 10 gegen die in Fig. 3 unteren Flanken des Gegengewindes 32 im Werkstück 30 gedrückt. Dadurch erfolgt eine entsprechende erfindungsgemäß nur elastische und nicht plastische Verformung der den Aufwölbungen 20 gegenüberliegenden Bereiche der in Fig. 3 nach unten zeigenden Flanken des Gegengewindes 32 im Werkstück 30. Die entsprechende elastische Verformung ist durch die Spannungslinien 34 im Werkstück 30 angedeutet. Der Spielraum 36, der das leichte Eindrehen des Schraubengewindes 16 in das Innengewinde 32 des Werkstückes 30 ermöglicht, hat sich nun durch das Anziehen der Schraube 10 vollständig nach unten verlagert.
  • Fig. 4 zeigt die Verschraubung einer erfindungsgemäßen Mutter 100 mit einer handelsüblichen Schraube 10’. Das zwischen dem Kopf 12 der Schraube 10’ und der Mutter 100 eingespannte Werkstück ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt. Dargestellt ist aber der angezogene Zustand der Verschraubung.
  • Bei dieser Zeichnung ist sowohl die Schraube 10’ als auch die Mutter 100 jeweils geschnitten dargestellt. Man sieht deutlich, wie die Aufwölbungen 120 an den Gewindegängen des Mutterngewindes 116 eine elastische Verformung der in diesem Falle kraftbelasteten Flanken des Schraubengewindes 16’ verursachen. Die entsprechende elastische Verformung ist durch die Spannungslinien 134 angedeutet.
  • Wie oben anhand der Zeichnungen erläutert, erfolgt also die Sicherung des erfindungsgemäßen selbstsichernden Gewindes bei Anziehen der entsprechenden Schraubverbindung und damit der Aufbringung der entsprechenden Vorspannkraft durch partielle, elastische Verformung der Flanken des Gegengewindes. Durch diese elastische Verformung entsteht eine Federwirkung auf der kraftbelasteten Gewindeflanke des Gegengewindes. Damit ist die erfindungsgemäße Schraubverbindung durch Verspannung gegen Lösen gesichert.
  • Die erfindungsgemäßen Aufwölbungen 20 setzen sich elastisch in das Gegengewinde. Beim Lösen der Verbindung muss zwangsläufig ein zusätzliches Losbrechmoment überwunden werden, welches durch das elastische Setzen der Aufwölbungen 20 im Gegengewinde erzeugt wird. Dieser „elastische Verzahnungseffekt“ sorgt dafür, dass beim Lösen der Verbindung keine Beschädigung des Gegengewindes auftritt. Somit kann die Verbindung jederzeit wieder verschraubt werden und auch mehrmals gelöst und wiederverschraubt werden, ohne dass neue Teile verwendet werden müssten.
  • Vorteilhafterweise sichert also das hier beschriebene selbstsichernde Gewinde eine Schraubverbindung so, dass weder chemische Zusätze benötigt werden, noch eine dauerhafte plastische Verformung der Gewinde oder eine Beschädigung der Kopfauflage eintritt. Die Verbindung ist jederzeit lösbar und jederzeit mit vollständiger Sicherungswirkung wiederverschraubbar.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip der Sicherung beruht also auf der elastischen Verformbarkeit der Flanken des Gegengewindes. Das erfindungsgemäße selbstsichernde Gewinde weist erfindungsgemäß partiell oder je nach Anwendungsfall über die vollständige Gewindelänge speziell gestaltete Aufwölbungen 20 auf.
  • Diese Aufwölbungen können je nach zu erwartender Belastung durch die Vorspannkräfte beim Anziehen der Schraubverbindung entweder auf der Oberseite oder auf der Unterseite des jeweiligen Gewindes aufgebracht sein. Wünscht man ein Gewinde, welches bei einer bestimmten Eindrehtiefe unabhängig von der Vorspannkraft selbstklemmend arretiert, so können in dem entsprechenden Bereich des Gewindes auf beiden Gewindeflanken Aufwölbungen aufgebracht werden. Diese wirken dann gegeneinander und benötigen keine Vorspannkraft beim Festschrauben, um zu klemmen. Auf diese Weise können lockere Schraubverbindungen, beispielsweise von Teilen, die beweglich bleiben sollen, ebenfalls gegen Aufdrehen gesichert werden. Diese erfindungsgemäße Lösung macht also das Verkontern von zwei Muttern überflüssig.
  • Erfindungsgemäß sind die Aufwölbungen 20 so gestaltet, dass sie beim Eindrehen des Gewindes keine bleibende mechanische Deformation im Gegengewinde hervorrufen. Soll die Gewindesicherung erst nach dem Anziehen der Schraubverbindung durch die Vorspannkraft einsetzen, ist die Höhe der Aufwölbungen 20 so zu gestalten, dass das Eindrehen bis zur Kopfauflage ohne zusätzliches Drehmoment möglich ist.
  • Die Fertigung der erfindungsgemäß mit Aufwölbungen 20, 120 versehenen Gewinde ist heutzutage unproblematisch, da Gewinde heutzutage üblicherweise gewalzt oder gerollt werden. Dementsprechend müssen nur einmalig in den Walz- oder Rollwerkzeugen entsprechende Ausnehmungen für die Aufwölbungen 20 geschaffen werden. Sodann können diese Aufwölbungen beim Walzen oder Rollen der Gewinde ohne jeden weiteren zusätzlichen Bearbeitungsaufwand miterzeugt werden.

Claims (6)

  1. Selbstsicherndes Gewinde (16; 116), dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verschraubung des Gewindes (16; 116) belasteten Flanken (18; 118) mit einer Aufwölbung (20; 120) versehen sind.
  2. Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aufwölbung (20; 120) lediglich über jeweils einen Abschnitt oder über mehrere kurze Abschnitte eines jeden Gewindeganges erstreckt.
  3. Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbungen (20; 120) einen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.
  4. Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Aufwölbungen (20; 120) so gewählt ist, dass die Aufwölbungen (20; 120) beim Eindrehen des Gewindes (16; 116) noch nicht mit den Flanken des gegenüberliegenden Gewindes (32) in Kraftschluss kommen, sondern erst beim Anziehen des Gewindes (32).
  5. Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer bestimmten Stelle des Gewindes beide Flanken des Gewindes mit je einer Aufwölbung versehen sind.
  6. Selbstsicherndes Gewinde (16; 116) nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwölbungen (20; 120) in Eindrehrichtung des Gewindes zulaufend mit einer abgerundeten Spitze (22) ausgebildet sind.
EP11833604.9A 2010-11-26 2011-11-24 Selbstsicherndes gewinde Withdrawn EP2643599A2 (de)

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