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Schraubenmutter Neuere Untersuchungen zur Erhöhung der Dauerhaltbarkeit
von Schraubenverbindungen haben ergeben, daß die Spannungsverteilung auf die einzelnen
tragenden Gewindegänge einer Mutter nicht gleichmäßig ist. Während an dem zur Auflage
gelangenden Teil der Mutter infolge des zusammengedrängten Kraftflusses eine sehr
hohe Spannungsspitze in den ersten Gewindegängen entsteht, nimmt der Kraftfluß in
den von der Auflagefläche weiter entfernten Gewindegängen unverhältnismäßig stark
ab und erreicht die Spannung Null bereits vor dem Mutterende. So gehen beispielsweise
bei einer normalen Mutter etwa 6o°fo aller Kraftflußlinien bereits durch das erste
Drittel der Schraubengänge, von der Auflagefläche der Mutter an gemessen, während
die restlichen q.o°fo der Spannungslinien sich auf die übrigen zwei Drittal der
Gewindegänge, nach dem Mutterende stanz abnehmend, verteilen. Fig. r veranschaulicht
den Kraftfluß in einer normalen Mutter durch die Kurve f des Diagramms.
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Die in der Nahe der Auflagefläche gelegenen Gewindegänge verformen
sich daher auch am meisten. Je besser sie sich aber bei der auf den Bolzen wirkenden
Zugbelastung der Verformung des Bolzens anpassen können, um so mehr kommen. die
von der Auflage weiter entfernten Gewindegänge zum Eingriff. Je vollständiger daher
die gesamte Mutterhöhe zum Tragen herangezogen wird, um so gleichmäßiger erfolgt
die Spannungsverteilung auf die einzelnen tragenden Gewindegänge der Mutter.
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An bereits bekannten Maßnahmen zur Verringerung der Spannungsspitze
an den in der Nähe der Auflagefläche befindlichen Gewindegängen und zur Verringerung
der Dauerbruch:gefahr, für welche die Spannungsspitze maßgebend ist, 'hat man neuerdings
Entlastungskerben
in Vorschlag gebracht, die in die zur Auflage gelangende Fläche der Mutter eingestochen
sind und welche Aufgabe haben, den Kraftfluß so zu fei daß die Beanspruchung sich
hierbei gl mäßiger als bei normalen Muttern auf ' Gesamtheit der tragenden Gewindegänge
verteilt. Auch hat man in Vorschlag gebracht, die nahe der Auflagefläche liegenden
Gewindegänge schwach kegelig auszudrehen, derart, daß die Tragtiefe der Gewindegänge
nach der Auflagefläche zu allmählich vermindert und damit deren Anteil an der Kraftübertragung
herabgesetzt wird. Weitenhin ist es bekannt, Wandlungen im Gewindedurchmesser und
in der Gewindesteigung der Mutter vorzunehmen wie auch mehrscheibige Muttern oder
eine einteilige kombinierte Ober- und Untermutter zu verwenden. Auch hat man schon
zur Lösung der gleichen Aufgabe die Mutter als Halsmutter mit Stützring .ausgebildet.
Diese wie auch alle sonstigen Maßnahmen, welche man bisher getroffen hat, um den
Kraftfluß zum Teil von den der Auflageflächen benachbarten Gewindegängen mit hofier
Spannungsspitze abzulenken und den von der Auflagefläche entfernteren Gewindegängen
zuzuleiten, ergaben eine räumliche Änderung in dem Mutteraufbau, die gewöhnlich
-zusätzliche Arbeitsverfahren bedingte, welche meist zeitraubend und kostspielig
waren.
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Die Erfindung beschreitet zur Erzielung einer besseren Spannungsverteilung
auf die einzelnen Gewindegänge der Mutter einen völlig neuen und einfachen Weg,
der es auch ermöglicht, der Mutter ihre Raumform zu belassen, so daß sie sich äußerlich
von der üblichen Mutter nicht unterscheidet.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Werkstoff in dem die Gewindegänge
tragenden Kernteil der Mutter von der Auflagefläche der Mutter nach dem Mutterende
hin eine zunehmende Festigkeit und einen entsprechend wachsenden Elastizitätsmodul
aufweist.
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Hierbei kann die gewünschte Veränderung der Festigkeit und des Elastizitätsmoduls
beispielsweise bei Eisen und Stahl durch mechanische Verdichtung, Härtung, geeignete
Wärme-, Einsatz- oder Nitrierbehandlung des Mutterkernes bzw. der Gewindegänge oder
durch ein ähnliches Verfahren erfolgen. Bei beispielsweiser Verwendung von Leichtmetall
als Baustoff kann die erforderliche Beeinflussung des Elastizitätsmoduls des Mutterkernes
sowohl durch tnechanische Verdichtung eines Teiles des Mutterkernes als auch durch
teilweise Aushärtung derselben auf thermische Weise erfolgen. Auch können chemische,
die Materiallegierung an der erforderlichen Stelle verändernde Methoden Anwendung
finden.
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A#bb. a veranschaulicht den Kraftfluß in er erfindungsgemäß ausgebildeten
Mutter nach dem Mutterende hin zunehmend _ _rfestigtem Mutterkern.
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Es !hat sich gezeigt, daß sich mit der Erfindung in besonders einfacher
Weise eine an sich bekannte Maßnahme verbinden läßt, um neben der Spannungsverteilung
gleichzeitig eine Sicherung der Mutter gegen unbeabsichtigtes Lösen zu erreichen.
Zu diesem Zwecke bildet man die Auflagefläche der Mutter nicht plan aus, sondern
man läßt sie in an sich bekannter Weise in der Nähe der Gewindegänge beispielsweise
konisch, zylindrisch oder auch ballig vorstehen, wie dies in den Abb. 3, q. und
5 dargestellt ist. Ist man alsdann bei der nach dem Mutterende hin zunehmenden Verfestigung
der Mutter von einem genügend weichen Werkstoff ausgegangen oder ist, von einem
harten Werkstoff ausgehend, eine Verminderung der Festigkeit und des Elastizitätsmoduls
von dem Mutterende nach der Auflagefläche hin genügend weit durchgeführt worden,
so wird sich beim Anziehen der Mutter deren Auflagefläche in mehr oder minderem
Maße plan drücken und dabei eine Verringerung des Gewindespiels in den der Auflagefläche
der Mutter benachbarten Gewindegängen erfolgen und somit eine Sicherung der Mutter
gegen unbeabsichtigtes Lösen erzielt. Da selbstverständlich die Elastizität des
Werkstoffes so zu wählen ist, daß bei dessen Verformung die Elastizitätsgrenze nicht
überschritten wird, so läßt sich die Mutter ohne weiteres mehrmals verwenden.
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Die Wirksamkeit der Selbsthemmung der Mutter kann je nach dem Verwendungszwecke
der Schraubverbindung durch Wahl der Höhe des aus der Auflagefläche der Mutter hervortretenden
Teiles stärker oder. schwächer gestaltet werden. Es sei beispielsweise bemerkt,
daß bereits das Hervortreten eines die Gewindegänge umgebenden ringförmigen Teiles
der Auflagefläche mit einer Höhe von 1(10o des Bolzendurchmessers ein Aufheben des
Gewindespieles in den unteren Gängen und damit praktisch ausreichende Selbsthemmung
der Mutter hervorruft, welche ein Lösen sogar bei starker Erschütterung ausschließt.
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Wie Abb. 6 zeigt, läßt sich auch der Teil des Mutterkernes mit geringer
Festigkeit und geringem Elastizitätsmodul, in dem die Verminderung des Gewindespiels
beim Anziehen der Mutter erfolgt, in an sich bekannter Weise in den Hauptteil der
Mutter einsetzen, der erfindungsgemäß -nach dem Mutterende hip eine zunehmende Festigkeit
und einen wachsenden Elastizitätsmodul aufweist. Die Verbindung
beider
Teile ist im Beispiel gemäß Abb.6 durch ein Feingewinde erzielt, mit dem der Teil
des Mutterkernes a mit geringem Elasti.zitätsinodul in den Haupteil der Mutter b
mit wachsendem Elastizitäts;modul eingeschraubt ist.
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Erfindungsgemäß können auch mehrere Teile des Mutterkernes von verschiedener
Festigkeit und verschiedenem Elastizitätsmodul in den Hauptteil der Mutter eingefügt
sein, derart, daß die Festigkeit und der Elastizitätsmodul .der Mutter von der Auflagefläche
nach dem Mutterende thin stufenförmig zunehmen. Eine solche Ausiführung ist in Abb.
7 dargestellt, der gemäß die Teile ai, a2, a3 mit in der gleichen Reihenfolge wachsendem
Elastizitätsmodul und zunehmender Festigkeit in dem Hauptteil b -der Mutter eingesetzt
sind.
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Statt der in den Abb.6 und 7 gezeigten Verbindung der eingesetzten
Teile mit dem Hauptteil der Mutter durch Verschraubung mittels Feingewinde lassen
sich auch andere zweckentsprechende Maßnahmen, wie Schweißen, Einpressen, Einspritzen,
z. B. bei Muttern, die ganz oder zum Teil aus Leichtmetall bestehen, anwenden.
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Es können je nach dem Verwendungszweck sowohl metallische als auch
nichtmetallische Teile zum Aufbau der Mutter, insbesondere für den bzw. die Kernteile
Verwendung finden, welche die Selbsthemmung der Mutter durch Auffhebung des Gangspieles
infolge ihrer Verformung bewirken.