NL7905065A - Zelfborgend bevestigingsorgaan met schroefdraad. - Google Patents

Description

v N/29.173-tM/lb ^ * i

Russell, Burdsall & Ward Corporation te Mentor, Ohio, Verenigde Staten van Amerika.

Zelfborgend bevestigingsorgaan met schroefdraad.

De uitvinding heeft betrekking op een zelf-borgend bevestigingsorgaan met schroefdraad en beoogt een verbeterde borgconstructie voor bouten, schroeven en moeren te verschaffen.

5 Bevestigingsorganen met schroefdraad worden in het algemeen gebruikt om twee of meer onderdelen op elkaar te bevestigen of klemmen. Daarbij zijn de bevestigingsorganen voorzien van een lastdraag- of klemvlak dat aangrijpt op een oppervlak op êén deel en een klemkracht 10 in de richting van de lengte van het bevestigingsorgaan uitoefent.(De hier toegepaste uitdrukking "bevestigingsorgaan met schroefdraad" omvat verschillende typen van dergelijke bevestigingsorganen zoals bijvoorbeeld schroeven, moeren en bouten).

15 Dergelijke bevestigingsorganen zijn vaak voorzien van borgmiddelen die het onbedoeld losraken tegengaan. Een algemene klasse van zelfborgende bevestigingsorganen heeft naast het draagvlak een aantal zaagtandvormige uitsteeksels die snijden of zichzelf op andere wijze in-20 bedden in het bijpassende deel om het bevestigingsorgaan in zijn vastgezette stand te borgen en onbedoeld losraken tegen te gaan.

Voorbeelden van deze algemene klasse van zelfborgende bevestigingsorganen zijn beschreven in de 25 Amerikaanse octrooischriften 1.332.288, 1.106.248, 2.253.241, 2.741.289, 2.959.204, 3.078.899, 3.275.055, 3.329.190, 3.342.235, 3.370.631, 3.389.734, 3.438.417, 3.605.845 en 3.825.051.

In het Amerikaanse octrooischrift 2.959.204 30 strekken zich tandvormige uitsteeksels onder het draagvlak uit en deze zijn zo gevormd dat ze minder weerstand 790 5 0 85 % ?* ' 2 tegen het vastdraaien van het bevestigingsorgaan opleveren dan tegen het losdraaien van het bevestigingsorgaan. Wanneer het draagvlak en de tanden zijn uitgevoerd zoals is beschreven in dit octrooischrift, kunnen hoge klem-5 krachten worden verkregen en is het losdraaikoppel dat vereist is om het losdraaien van het bevestigingsorgaan te beginnen, groter dan het koppel dat vereist is om het bevestigingsorgaan vast te draaien. Dit type zelfborgende constructie heeft de neiging delen van het vast-10 geklemde onderdeel af te schuren en veroorzaakt vaak corrosieproblemen.

De Amerikaanse octrooischriften 3.605.845 en 3.825.051 beschrijven een zelfborgend bevestigingsorgaan, waarbij de zelfborgende tandvormige constructie 15 niet uitsteekt voorbij het draagvlak en het materiaal van het bijpassende onderdeel vloeit in de uitsparingen tussen de tanden om de zelfborgende werking te verkrijgen. Deze octrooischriften verschaffen buitenste draagvlakken met een aanzienlijk oppervlak om de indringing van de 20 tanden te beperken.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een verbeterde zelfborgende constructie voor bevestigings-organen met schroefdraad verschaft. Deze constructie verschaft een aantal draagvlakken die rondom het beves-25 tigingsorgaan zijn geplaatst. Elk vlak is zo georienteerd dat een smal eind of top in de vastdraairichting en een breder eind of basis in de losdraairichting is verkregen.

De binnenste zijrand van elk draagvlak grenst aan en gaat over in een hellend oploopvlak, dat zich vanaf het vlak 30 van het draagvlak terug uitstrekt tot een zich althans nage noeg axiaal uitstrekkende schouder, die zich vanaf het oploopvlak tot de basis van een bijbehorend draagvlak uitstrekt. De bijbehorende schouders en oploopvlakken vormen samen een zaagtandvormige uitsparing om het beves-35 tigingsorgaan.

Wanneer het borgvlak wordt gedrukt tegen een 790 5 0 65 3 geklemd onderdeel bij het vastzetten van het bevestigings-orgaan, leveren de draagvlakken de aanvankelijke aangrijping tussen het bevestigingsorgaan en het vast te klemmen onderdeel . Wanneer de klemkracht groter wordt, beginnen de draag-5 vlakken materiaal van het geklemde onderdeel te verplaat sen, waardoor dit materiaal in de uitsparingen tussen de draagvlakken beweegt. Deze verplaatsing kan het gevolg zijn van koud vloeien, buigen van het ingeklemde materiaal of combinaties van beide. Wanneer dit plaats vindt, grijpt 10 het verplaatste materiaal geleidelijk aan op grotere delen van de oploopvlakken, waarbij de aangrijping langs de oploopvlakken aanvullende oppervlaktezones vormt, die met de draagvlakken meewerken bij het ondersteunen van de klemlasten. De hellende oriëntatie van de oploopvlakken 15 verschaft een nok- of wigwerking, die toelaa-t dat het bevestigingsorgaan sterker kan worden vastgezet zonder overmatige vergroting van het vereiste vastzetkoppel. Nadat het bevestigingsorgaan is vastgezet, werkt het materiaal in de uitsparingen en de schouders samen om het bevestigings-20 orgaan te borgen tegen losdraaien. In de praktijk kan bij bevestigingsorganen volgens de uitvinding het koppel dat vereist is om het losdraaien te beginnen, anderhalf maal zo hoog zijn als het vastzetkoppel. De constructie volgens de uitvinding is zo uitgevoerd, dat de grootte van het 25 draagvlak kan worden bepaald om de juiste indringing te verkrijgen.

Volgens de onderhavige uitvinding heeft het borgsysteem drie werkzame vlakken, namelijk de draagvlakken, de oploopvlakken en de borgschouders. Het verband 30 tussen deze oppervlakken kan gemakkelijk worden gewijzigd om de beste werking van het geheel te verkrijgen. De draagvlakken kunnen bijvoorbeeld zo worden uitgevoerd, dat het smalle eind op een afstand van de basis van een aangrenzend draagvlak ligt, zoals is afgeheeld, of een zodanige 35 afmeting heeft, dat de aangrenzende basis wordt gesneden.

790 5 0 65 4

Verder kan de radiale lengte van de einden van de draagvlakken worden gewijzigd om het draagoppervlak te wijzigen.

Op soortgelijke wijze kan de helling van de oploopvlakken worden gewijzigd om hun grootte en de 5 grootte van de schouders te wijzigen. Een zelfborgend be- vestigingsorgaan volgens de uitvinding kan dus gemakkelijk worden uitgevoerd om onder sterk uiteenlopende installatie-omstandigheden de beste werking te verkrijgen.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht 10 aan de hand van de tekening, waarin uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn afgebeeld.

Fig. 1 is een zijaanzicht van een flens-schroef, waarop het borgsysteem volgens de uitvinding is toegepast.

15 Fig. 2 is een dwarsdoorsnede volgens 2-2 van fig. 1 en toont de uitvoering van de borgvlakken aan het ondervlak van de kop van de schroef.

Fig. 3 is een gedeeltelijke doorsnede op grotere schaal volgens 3-3 van fig. 2 waarbij eenvoudigheids-20 halve alleen de eerste groep borgvlakken is afgebeeld.

Fig. 4 is een gedeeltelijk aanzicht op grotere schaal zoals fig. 2 en toont de borgvlakken op grotere schaal.

Fig. 5 is een gedeeltelijke doorsnede volgens 25 5-5 van fig. 4.

Fig. 6 is een gedeeltelijke doorsnede volgens 6- 6 van fig. 4.

Fig. 7 is een gedeeltelijke doorsnede volgens 7- 7 van fig. 4.

30 Fig. 8 is een eindaanzicht van een zelfbor gende moer volgens de uitvinding.

Fig. 9 is een zijaanzicht, gedeeltelijk doorsnede van de moer van fig. 8.

Fig. 1-7 tonen een flensschroef die is voor-35 zien van de zelfborgende constructie volgens de uitvinding. Deze schroef heeft een kop met een zeskantig deel 10 voor 790 5 0 05 5 een sleutel en een flensdeel 11. Een schroefdraadschacht 12 sterkt zich op de gebruikelijke wijze uit vanaf de kop. Een zelfborgende constructie is aan de onderzijde of het kopvlak 13 van de kop van de bout gevormd. Deze constructie 5 is afgebeeld in fig. 2-7. Verwijzend naar fig. 2 is in de afgeheelde uitvoeringsvorm de onderzijde 13 van de flens 11 uitgevoerd met een aantal in het algemeen driehoekige draagvlakken 16 die zich rondom het kopvlak 13 aangrenzend aan de omtrek bij 17 uitstrekken. Alle draagvlakken 16 lig-10 gen in dè afgeheelde uitvoeringsvorm in een enkel vlak 18. Elk driehoekig draagvlak heeft een nauw eind of top bij 19, een althans nagenoeg radiaal breed eind of basis 21 en een binnenzijde 22 en een buitenzijde 23. In de afge-beelde uitvoeringsvorm is de buitenste zijrand van elk draag-15 vlak 16 een boog van de omtrekscirkel 17. Daarom is elk draagvlak strikt gesproken geen driehoek maar in deze beschrijving omvat de uitdrukking "driehoek" oppervlakken die in het algemeen driehoekig zijn zoals is afgebeeld.

Binnenwaarts vanaf de binnenste zijrand 22 20 · van elk draagvlak strekt zich een bijbehorend oploopvlak 24 uit dat terug helt vanaf het vlak 18 zoals meer in detail hieronder wordt beschreven. Elk hellend oploopvlak 24 strekt zich vanaf de rand 22 uit tot een ringvormige groef 26, die in de afgeheelde uitvoeringsvorm in het alge-25 meen V-vormig in dwarsdoorsnede is, zoals het beste in fig. 3 is afgebeeld. Elk oploopvlak is langs één zijde begrensd door een rand 27 en langs de tegenovergestelde zijde door een rand 28 en deze beide randen strekken zich althans nagenoeg radiaal ten opzichte van de bout uit.

30 Een schouder 31 is gevormd tussen de basis 21 van elk draagvlak 16 en de zijrand 27 van het bijbehorende oploopvlak 24. In de afgeheelde uitvoeringsvorm is elke schouder 31 althans nagenoeg opgenomen in het vlak dat de hartlijn van de bout bevat. Volgens de uitvinding kunnen 35 echter schouders worden verschaft, die enigszins in radiale of axiale richting of in beide richtingen hellen.

790 5 0 65 6

Zoals het best in fig. 3 is afgeheeld, hellen de oploopvlakken 24 omhoog of terug vanaf het vlak 18 volgens een radiale hoek A. Deze oploopvlakken hellen ook in de omtreksrichting volgens een tangentiale of omtreks-5 hoek B zoals het best in fig. 7 is afgeheeld. De grootte van de hoek B wordt bepaald door de hoek van de zijrand 22 van de draagvlakken 16, en als de hoek van deze rand wordt vergroot, moet de hoek B worden vergroot. Omgekeerd, als de draagvlakken 16 worden voorzien van een nauwere drie-10 hoeksvorm in de omtreksrichting, wordt de hoek B kleiner.

De hoek B bepaalt de diepte van de schouders 31 voor een gegeven radiale hoek A. Opgemerkt wordt, dat de schouders 31 zich radiaal binnenwaarts voorbij de draagvlakken uitstrekken naar de punten 32, waar de groef 15 26 wordt gesneden.

Wanneer de zelfborgende bout of schroef volgens de uitvinding wordt vastgezet tegen een bijpassend oppervlak van een vast te klemmen onderdeel, wordt het bijpassende oppervlak eerst aangegrepen door de draagvlakken 20 16. Wanneer de klemkracht toeneemt tijdens het aandraaien van de bout, ontwikkelt zich een voldoende druk op het bijpassende oppervlak om een verplaatsing van het materiaal van dit bijpassende oppervlak in de door de oploopvlakken 24 en de schouders 31 gevormde uitsparingen 33 te veroorzaken. 25 Terwijl de klemkrachten blijven toenemen, neemt deze verplaatsing of dit koud vloeien van het materiaal verder toe.

Opgemerkt wordt, dat de verplaatsing of het koud vloeien van het materiaal in de uitsparingen 33 veroorzaakt dat het materiaal in aanraking komt met toenemende 30 delen van de oploopvlakken 24, zodat de oploopvlakzone, waarmede het materiaal in aanraking komt, een aanvullend draagvlakvormt om de klemkracht te ondersteunen. Het borgsysteem is dus zelfbegrenzend wat betreft zijn indringing in het bijpassende oppervlak en heeft geen neiging tot 35 het veroorzaken van overmatig koud vloeien of verplaatsen van het materiaal. Een gegeven zelfborgend bevestigingsor- 790 50 65 7 gaan kan dus op doelmatige wijze worden toegepast in materialen met verschillende hardheden tengevolge van dit zelfbegrenzend kenmerk van het borgsysteem.

Het vastdraaien van de bout geschiedt in de 5 richting van de pijl 34 in de fig. 5, 6 en 7. Het koppel dat nodig is om de bout aan te draaien neemt niet overmatig toe, wanneer de boutklemkracht een verplaatsing van het materiaal van het bijpassende oppervlak veroorzaakt. Wanneer het materiaal vloeit in de uitsparingen 33, treedt 10 een borgwerking op tussen dit materiaal en de zich althans nagenoeg axiaal uitstrekkende schouders 31, welke borgwerking het losdraaien van de bout tegengaat. In een op de juiste wijze vastgeklemde installatie is het losdraai-koppel dus groter dan het vastdraaikoppel en in veel geval-15 len anderhalf maal zo groot als het vastdraaikoppel.

In de afgebeelde uitvoeringsvorm is de hoek A bij voorkeur ongeveer 6°, maar deze hoek kan enigszins worden gevarieerd. In de afgebeelde uitvoeringsvorm is de hoek B ongeveer 5°, maar deze hoek kan ook worden ge-20 varieerd. Om te verzekeren dat de klemkracht althans nagenoeg geheel is begrensd tot het zelfborgende systeem, zijn de delen van de boutkop bij 36 radiaal binnen de groef 26 terug verplaatst vanaf het vlak 18, zodat zij niet belangrijk aangrijpen op het oppervlak van het ge-25 klemde onderdeel. Op een 5/16" - 18 schroef is dit oppervlak 36 ongeveer 0,15 mm terug geplaatst vanaf het vlak 18.

In de in fig. 1-7 afgebeelde uitvoeringsvorm zijn de draagvlakken op afstand van elkaar geplaatst en is het totale oppervlak van de draagvlakken betrekkelijk 30 klein. De juiste borgindringing wordt dus verkregen zelfs wanneer de schroef wordt gebruikt bij een betrekkelijk hard bijpassend onderdeel. Daar de hoogte van de schouder-vlakken 31 aan de omtrek van de mantel zeer klein is, vormt het indringen van vocht met corrosie geen belangrijke 35 moeilijkheid. Als de draagvlakken indringen tot een diepte die gelijk is aan de omtreksdiepte van de schouder, kan 790 50 65 8 een volle afdichting worden verkregen tengevolge van de cirkelvorm van de mantel en wordt het indringen van vocht op positieve wijze verhindert.

Volgens de uitvinding kunnen de oppervlakken zo 5 worden aangebracht, dat de toppen 19 het buiteneind van de volgende aangrenzende basis 21 snijden of juist ontmoeten. Bij een dergelijke uitvoering wordt een continu afdichtings- of draagvlak geheel rondom de omtrek 17 van de flens 11 verkregen en wordt een volle afdichting 10 geheel rondom de boutkop verkregen. Omdat de omtrek cirkelvormig is, worden aangrenzende oppervlakken van het geklemde onderdeel niet beschadigd en is het indringen van vocht in de zone onder de kop van het bevestigingsorgaan vrijwel vermeden. Corrosie vormt dus geen belangrijke moeilijkheid. 15 Bij deze uitvoering snijden de drie vlakken van het borgsysteem, namelijk het draagvlak 16, de oploopvlakken 24 en de schoudervlakken 31 elkaar aan de toppen 19 van het bijbehorende draagvlak.

Volgens de uitvinding kunnen de draagvlakken 20 ook zo zijn uitgevoerd, dat de zijranden 22 en 23 niet convergeren in een punt of top. In dit geval zijn de draagvlakken niet driehoekig maar vormen zij in wezen onregelmatige vierhoeken met een nauw eind van eindige lengte.

Fig. 8 en 9 tonen een zelfborgende moer 25 volgens de uitvinding. In dit geval is de moer zeskantig maar voorzien van een zelfborgend draagsysteem met een soortgelijke constructie als bij de uitvoering die in fig. 1-7 is afgebeeld. Deze uitvoering kan ook worden toegepast op een schroef met een zeskantige kop. De zelfde 30 verwijzingscijfers worden aangeduid om soortgelijke onderdelen aan te geven waarbij een accent is toegevoegd om de tweede uitvoeringsvorm van fig. 8 en 9 aan te duiden.

Hier zijn weer driehoekige draagvlakken 16' rondom de moeren aangebracht. De moer is afgeschuind bij 35 37’, zodat het draagsysteem weer is voorzien van buiten randen 23' die delen van een cirkel zijn. De hellende op- 790 50 65 9 loopvlakken 24' snijden de draagvlakken 16' bij 22' en de schouders 31'. Hier eindigen de borgschouders 31' en de oploopvlakken 24' weer in een V-vormige groef 26' en het oppervlak 36* radiaal binnen de groef 26' is terug 5 geplaatst vanaf het vlak van de draagvlakken. In deze af- gebeelde uitvoeringsvorm zijn de draagvlakken zo groot uitgevoerd, dat de toppen 19' zijn verbonden met het bui-teneind van de basis 21* van een aangrenzend draagvlak 16', zodat de draagvlakken zich geheel rondom de moer uit-10 strekken.

Bij het borgsysteem volgens de uitvinding vormen zich geen spanen uit het bijpassende oppervlak en wordt de borging verkregen door het verplaatsen van het materiaal van het bijpassende oppervlak in de uit-15 sparingen die zijn gevormd tussen de schouders en de oploopvlakken. Omdat het verplaatste materiaal in aanraking komt met de oploopvlakken, wordt het werkzame draagopper-vlak van het borgsysteem groter bij het optreden van de verplaatsing, waardoor de neiging tot overmatige indringing 20 van het bevestigingsorgaan in het bijpassende onderdeel dat wordt geklemd, wordt beperkt. Een gegeven bevestigings-orgaan dat is voorzien van het borgsysteem volgens de uitvinding kan dus worden gebruikt 'om oppervlakken met sterk uiteenlopende hardheden te klemmen. Wanneer hardere ma-25 terialen worden geklemd, treedt minder indringing op, maar de draagvlakken 16 hebben een voldoend klein oppervlak om te verzekeren dat enige materiaalverplaatsing optreedt. Bij toepassing van twee klemmaterialen die zachter zijn, veroorzaakt het vloeien van het materiaal 30 een snelle toename van de klemzone, zodat geen overmatige verplaatsing optreedt.

De uitvinding is niet beperkt tot de beschreven uitvoeringsvormen, die binnen het kader van de uitvinding gewijzigd kunnen worden.

790 50 65

Claims (13)

1. Zelfborgend bevestigingsorgaan met schroefdraad, een belastingvlak en een sleutelaangrijpmiddel waarmede het bevestigingsorgaan vast- en losgedraaid kan worden, waarbij het belastingvlak kan worden vastgedraaid 5 tegen een althans nagenoeg plat bijpassend vlak en is voor zien van zelfborgende middelen, met het kenmerk, dat a) een aantal draagvlakken symmetrisch zijn geplaatst om de schroefdraad en in een 10 vlak liggen, waarbij elk draagvlak een nauw eind in de vastdraairichting en- een breder eind in de losdraairichting heeft, alsmede een binnenste zijrand die de binnenste delen van deze einden met elkaar verbindt, 15 b) een hellend oploopvlak dat zich binnenwaarts vanaf elke binnenzijrand en terug vanaf het draagvlak uitstrekt, c) zich in radiale en axiale richting uitstrekkende schouders die het bredere eind van 20 de draagvlakken en het aangrenzende eind van de oploopvlakken verbinden, waarbij de hoogte van deze schouders in de radiaal binnenwaartse richting toeneemt, d) waarbij de oploopvlakken en de bijbehorende 25 schouders samen uitsparingen vormen die sym metrisch zijn aangebracht om de schroefdraad, zodat bij het vastdraaien van het bevestigingsorgaan tegen een bijpassend oppervlak de draagvlakken in dit bijpassende oppervlak 30 worden gedrukt, waardoor het materiaal van dit bijpassende oppervlak wordt verplaatst voorbij de draagvlakken tot in de uitsparingen bij de schouders, zodat tussen de schouders en het voorbij de draagvlakken 790 50 65 * verplaatste materiaal van het bijpassende oppervlak een mechanische ingrijping wordt veroorzaakt, die het losraken van het be-vestigingsorgaan tegengaat, waarbij de op- 5 loopvlakken aangrijpen op het voorbij de draagvlakken verplaatste materiaal tijdens het aandraaien van het bevestigingsorgaan en een nokwerking veroorzaken, waardoor het bevestigingsorgaan verder kan worden 10 vastgedraaid zonder dat een overmatig koppel optreedt.

2. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de draagvlakken in het algemeen een driehoekige vorm hebben, waarbij de toppen 15 aan de nauwere eindenen de basis aan de bredere einden zijn geplaatst.

3. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de draagvlakken buitenste zijranden hebben die samen een aanzienlijk deel van de 20 omtrek van de zelfborgende middelen vormen, welke omtrek een cirkel is die coaxiaal met de schroefdraad is.

4. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de toppen van de draagvlakken op een afstand van de basis van het volgende 25 aangrenzende draagvlak liggen.

5. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het belastingvlak is voorzien van een ringvormige uitsparing om de schroefdraad, waarbij de schouders en de oploopvlakken zich radiaal 30 binnenwaarts tot de ringvormige uitsparing uitstrekken en daar eindigen.

6. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de ringvormige uitsparing op een radiale afstand van de schroefdraad ligt, waarbij 35 het belastingvlak in axiale richting terugwaarts van de draagvlakken tussen de ringvormige uitsparing en de 790 5 0 65 schroefdraad ligt op een afstand die nodig is om normaal contact met het bijpassende oppervlak te verhinderen, totdat tenminste de klembelasting is bereikt.

7. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 1, 5 met het kenmerk, dat de draagvlakken samen een continu draagvlak om de schroefdraad vormen.

8. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de draagvlakken buitenzijranden hebben die samen de omtrek van de zelfborgende 10 middelen vormen, welke omtrek een met de schroefdraad coaxiale cirkel is.

9. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 1, met het kenmer k,'dat dit bevestigingsorgaan een moer is.

10. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit bevestigingsorgaan een bout of schroef is.

11. Bevestigingsorgaan volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de oploopvlakken en de 20 draagvlakken een radiale hoek van ongeveer 6° vormen.

12. Bevestigingsorgaan volgens ëin der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de oploopvlakken en het draagvlak een omtrekshoek van ongeveer 5° vormen.

13. Bevestigingsorgaan volgens ëén der con clusies 2-12, met het kenmerk, dat elk driehoekig draagvlak een althans nagenoeg radiale basis in de losdraairichting heeft, waarbij de hellende oploopvlakken de binnenste zijranden snijden en binnenwaarts en 30 terug vanaf het draagvlak hellen naar een rand die met de bijbehorende basis is verbonden door de axiale schouder, waarbij de door elk oploopvlak en bijbehorende schouder gevormde uitsparing terugwaarts vanaf het draagvlak is geplaatst. 790 5 0 65