DE7304696U - Schraubelement wie Kopfschraube bzw. Mutter - Google Patents

Description

Dipl.-ing. LUDEWIG · dipl.-phys. BUSE · dipl-phys. MENTZEL WUPPERTAL 2 · UNTERDÖRNEN 114 · RUF (02121) 553611/12

77M Kennwort: "Druckzahn"

Firma Carl Bauer, 56 Wuppertal-Cronenberg, Solinger Str. 28

Schraubelement wie Kopfschraube bzw. Mutter

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schraubelement, wie Kopfschraube bzw. Mutter, dessen Auflagefläche mit die Anzugdrehlage sichernden, sich quer zur Drehrichtung erstreckenden Zähnen versehen ist und deren Eindringen in die zugeordnete Fläche des festzulegenden Bauteils hemmende Tragflächen aufweist. Selbstsichernde Schraubelemente der eingangs umschriebenen Art sind insbesondere in Ausführungen bekannt, bei denen dem Kranz der Sägezahnprofile aufweisenden Sahne wenigstens eine ringförmige Tragfläche nebengeordnet ist, die sich gegen die zugeordnete Fläche des zu verspannenden Bauteils anlegt, wenn beim Anziehen des Schraubelementes die Zähne sich über eine bestimmte Tiefe in das zu verspannende Bauteil eingearbeitet haben. Da die einem Lösen des Schraubelementes entgegenwirkenden Zähne gegenüber der Tragfläche um ein vorgegebenes Maß vorragen und die Anlage der Tragfläche gegen das Bauteil praktisch ein weiteres Eindringen der Zähne ausschließt, ergeben sich optimale Eigenschaften der Verschraubung nur bei einer bestimmten Festigkeit des zu verspannenden Bauteils, nämlich dann, wenn bei der vorgegebenen Anzugkraft die Tragfläche aufliegt und anderseits die Zähne zur zuverlässigen Sicherung ausreichend weit in das Bauteil gedrungen sind. Falls das Bauteil eine gegenüber dem optimale Verhältnisse

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ergebenden Wert höhere Festigkeit hat, bleibt die Tragfläche wirkungslos, d.h. die Vorspannung des Schraubelementes und die sich beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Verschraubung ergebenden Lasten werden allein durch die Zahnköpfe übertragen, was erfahrungsgemäß zu Setzerscheinungen, d.h. einem Verlust an Vorspannung führen kann. Falls die Festigkeit des zu verspannenden Bauteils gegenüber dem schon erwähnten Optimalwert geringer ist, wird die Vorspannung und die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch zu übertragende Last im wesentlichen durch die Tragfläche übertragen, so daß fallweise die Sicherungswirkung der Zähne unter dem für diese Bauteile erwünschten optimalen Wert liegen wird, also möglicherweise nicht ausreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei seibstsichernden GchraubeiömeivLen der eingangs uinschriGbenen Art sin optimales Verhältnis der Sicherungswirkung zu etwa bei der bestimmungsgemäßen Belastung der Schraubverbindung auftretenden Setzerscheinungen zu erreichen. Dies wird in der Erkenntnis, daß die eingangs erwähnten Eigenarten der bekannten Ausführungen wesentlich aut die Trennung der Zähne von den Tragflächen bzw. auf das Vorragen der Zahnköpfe gegenüber den Tragflächen zurückzuführen sind, erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Köpfe der Zähne zur Flächenanlage gegen das Bauteil abgeflacht sind. Hiermit ist das den bekannten Ausführungen zugrundeliegende technische Prinzip verlassen, die Zahnköpfe und die Tragflächen in gegeneinander versetzten Höhen anzuordnen, wobei naturgemäß beide Bereiche nacheinander zur Wirkung kommen und die Lastverteilung auf die beiden Bereiche veränderlich ist. Es ist durch eine Anordnung ersetzt, bei der stets eine Tragfläche vorgegebener Größe wirksam wird, die sinngemäß die gesamte Last aufzunehmen hat und dennoch eine zuverlässige Sicherungswirkung durch die steilen Zahnflanken anfällt. Die Abflachungen der Zahnköpfe lassen

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sich so bemessen, daß nach dem Anziehen des Schraubelementes die die Beibehaltung der erzeugten Vorspannung gewährleistende Flächenpressung zwischen den Zähnen und dem Bauteil nicht überschritten wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Zahnprofils ist für alle Schraubelemente zweckdienlich. Sie bringt besonders gewichtige Vorteile bei Schraubelementen mit durch die Grundform bedingten, besonders kleinen Auflageflächen wie Schraubelementen, die keinen Auflageflansch aufweisen. z.B. Senkschrauben, Innensechskantschrauben. Die erfindungsgemäßen Profilformen der Zähne schonen überdies etwa an den festzulegenden Bauteilen vorgesehene, die Widerstandsfähigkeit bzw. das Aussehen verbessernde, z.B. chemisch bzw. elektrochemisch erzeugte Oberzüge.

Die Erfindung läßt sich verschiedenartig verwirklichen. Die Zähne können über ihre Länge geradlinig oder gekrümmt oder zickzackartig verlaufen. Ihre Grundrichtung kann von einem radialen Verlauf bedarfsweise abweichen. Sie können über den Umfang der Auflagefläche gleichmäßig oder ungleichmäßig, einzeln oder in gleichen oder ungleichen Gruppen verteilt sein. In der Regel empfiehlt es sich, die Abflachungen der Zahnköpfe in der ümfangsrichtung völlig steigungsfrei verlaufen zu lassen. Fallweise mag es jedoch zweckmäßig sein, davon geringfügig abzuweichen. Im übrigen läßt sich die Erfindung besonders zweckmäßig verwirklichen, wenn die Abflachungen Mantelflächenelemente eines Kegels bilden. Vorzugsweise stehen dabei die Zahnrücken in den äußeren Bereichen zurück, doch ist fallweise eine gegensinnige Neigung günstiger. Denkbar sind auch wechselnde Neigungen des Zahnrückenlängsverlaufs bei den einzelnen bzw. bei einander folgenden Zähnen bzw. Zahngruppen. Dann lassen sich einheitlich ausgeführte Schraubelemente optimal zum Verspannen

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von unterschiedliche Festigkeiten aufweisenden Bauteilen verwenden, da mit steigender Verformungsfähigkeit der zu verspannenden Bauteile bei gegebener Vorspannung der Schraubelemente die zur Abstützung herangezogenen Bereiche der Abflachungen in radialer Richtung gemäß der Breite und Neigung der Abflachungen wirkungsvoll wachsen. Die Neigungswinkel der Längsverläufe der Zahnrücken können zur Erzielung optimaler Verhältnisse unterschiedlich ausgewählt werden. Für zu verspannende nachgiebige Bauteile empfehlen sich dabei in der Regel geringe Steigungen, um einem schädlichen Setzen des Schraubelementes durch einen großen Zuwachs an tragender Auflagefläche zu begegnen.

Im übrigen können die Zähne in den an sich bekannten Arten ausgestaltet sein,- wobei sich besonders eine Ausführung empfiehlt, bei der zwischen der Abflachung und der gegen Lösen sichernden Flanke der Zähne in l -r Umfangsrichtung stumpfe Kinkel gebildet werden. Selbstverständlich könnte einem Kranz von erfindungsgemäß modifizierten Zähnen auch noch wenigstens eine ungestuft durchlaufende Ringfläche nebengeordnet sein, die beispielsweise in Extremfällen als Tragfläche wirksam werden kann.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig.1 den Kopfteil einer Kopfschraube teils im

Schnitt, teils als Seitenansicht, Fig.2 eine Draufsicht der Auflagefläche des

Schraubenkopfes, Fig.3 in größerem Maßstab eine Teildraufsicht der

Sicherungszwecken dienenden Zähne, Fig.4 in größerem Maßstab eine Teilabwicklung

der Zähne.

Die dem Ausführungsbeispiel zugrundegelegte Kopfschraube 10 umfaßt einen Sechskantkopf 11 und einen Schaft 12. Ein dem Sechskantkopf 11 angeformter, außen kreisförmig umgrenzter Auflagcbereich 13 ist schaftseitig in eine äußere Zahnkranzzone 14 und eine zum Schaft 12 überleitende, gegenüber den Zähnen zurückgesetzte glatte Ringzone 15 aufgegliedert. Die Köpfe der in der Zone 14 einander folgenden Zähne 16 liegen vorzugsweise auf der Mantelfläche eines flachen Kegels. Sie könnten sich jedoch auch in einer Radialebene erstrecken.

Die Zähne 16 umfassen je eine flach ansteigende Flanke 17, die für die Anzugrichtung dem Zahnkopf voranläuft und eine steile Flanke 18, die für die Löserichtung vor dem Zahnkopf liegt. Erfindungsgemäß laufen die Flanken 17 und 18 nicht stetig bis zu einer Kopflinie durch; vielmehr ist zwischen sie eine Abflachung 19 eingeschaltet, die etwa in der Mantelfläche des schön β if wähnten flachen Kegels bzw. ir. einer Radialebene liegt, d.h. sich in der Umfangsrichtung zumindest im wesentlichen steigungsfrei erstreckt.

Die Abflachungen 19 bilden vom Beginn des Anliegens der Auflagefläche des Schraubelementes gegen das festzulegende Bauteil Stützflächen, die stets die gesamte Last übertragen. Dies ändert sich beim Anziehen des Schraubelementes nicht, wenn davon abgesehen wird, daß etwa entsprechend der Formänderungsfähigkeit des zu verspannenden Bauteils die radiale Erstreckung der wirksamen Auflageflächen wächst, sofern diese Mantelbereiche eines flachen Kegels bilden. Die erfindungsgemäße Kombination der tragenden Fläche mit den gegen Lösen sichernden Zähnen verhindert wegen der stets wirksamen, verhältnismäßig großen Abmessungen der tragenden Flächen

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ein Setzen, d.h. gewährleistet die Beibehaltung der vorgegebenen Vorspannung der Verbindung. Dennoch wird eine zuverlässige Sicherungswirkung erreicht, da der sichernde Eingriff der Zähne in den Werkstoff des festzulegenden Bauteils mit der Gesaintspannung der Verbindung belastet ist.

Die dargestellte Ausführung ist, wie schon erwähnt wurde, nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt. Es sind vielmehr noch mancherlei andere Ausführungen möglich.

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Claims (4)

PATENTANWÄLTE DiPL-ING. LUDEWIG · dipl.-phys. BUSE · dipl.-phys. MENTZEL WUPPERTAL 2 · UNTERDORNEN 114 · RUF (02121) 553611/12 - 7 - Ansprüche :

1. Schraubelement wie Kopfschraube bzw. Mutter, dessen Auflagefläche mit die Anzugdrehlage sichernden, sich quer zur Drehrichtung erstreckenden Zähnen versehen ist und deren Eindringen in die zugeordnete Fläche des festzulegenden Bauteils hemmende Tragflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe der Zähne (16) zur Flächenanlage gegen das Bauteil abgeflacht sind.

2. Schraubeleme:.t nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (19) der Zahnköpfe in der Ümfangsrichtung steigungsfrei verlaufen.

3. Schraubelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (19) Mantelflächenelemente eines Kegels bilden.

4. Schraubelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch einen zwischen der Abflachung (19) und der gegen Lösen sichernden Flanke (18) der Zähne (16) in der ümfangsrichtung gebildeten stumpfen Winkel.

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