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Sicherung für Schraubverbindungen Die Erfindung betrifft eine neue
Sicherung für Schraubverbindungen.
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Die gegenseitige Sicherung von Bolzen- und Muttergewinde gegen Lösen
erfolgt grundsätzlich durch Erhöhung der Reibung zwischen beiden. In einfacheren
Fällen und in der Feinmechanik wurde hierzu Lack oder Kunstharz verwendet, die unmittelbar
in das Gewinde gebracht oder zwischen Schraubenkopf und Unterlage angewendet wurden.
Dieses Verfahren eignete sich insbesondere dort, wo die Verbindung nur in Ausnahmefällen
wieder gelöst werden sollte. Bei stärker beanspruchten Schraubverbindungen wurden
federnde Unterlegscheiben oder Federringe vorgesehen, besonders dort, wo ein öfteres
Lösen oder Nachstellen erwünscht oder erforderlich war. In Sonderfällen genügte
es auch bisweilen, die Gewinde mit besonderer Genauigkeit stramm einzupassen. Diese
verschiedenen Maßnahmen konnten jedoch nicht nach Belieben und nicht altennativ
angewendet werden. So kann z. B. die Federscheibe bei Madenschrauben, Stehbolzen
und ähnlichen Schrauben nicht oder nicht ohne besondere konstruktive Maßnahmen verwendet
werden. Werden in diesen Fällen dagegen stramm eingepaßte Schrauben verwendet, so
ist damit allein noch nicht auch die Gewähr gegeben, daß das Gewinde auch in der
gewünschten Tiefe trägt, es sei denn, da.ß das Gewinde sehr genau hergestellt ist
und daher teuer ist. Außerdem ist das Einziehen der Schrauben erschwert, wobei das
Material von BcIzen oder Mutter stark beansprucht wird, was insbesondere bei dünnwandigen
Teilen gefährlich werden kann.
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Erfindungsgemäß werden die verschiedenen Sicherungsaufgaben bei den
einzelnen Schraubverbindungsarten
durch eine einheitliche Lösung
bewältigt. Zu diesem Zweck ist das Gewinde des einen Teils der Schraubverbindung,
vorzugsweise des ein- oder aufzuschraubenden Teils, in zwei Abschnitte unterteilt,
die um den Teil eines Gewindeganges gegeneinander versetzt sind. Dabei können die
Gewindeabschnitte einen axialen (gewindefreien) Abstand voneinander haben, der größer
oder kleiner ist als ein ganzzahliges Vielfaches der @Gewindeganghöhe. Diese Versetzung
der beiden Gewindeabschnitte kann um das Flankenspiel zwischen Mutter- und Schraubengewinde
größer oder kleiner sein als ein ganzzahliges Vielfaches der Gewindeganghöhe; vorzugsweise
kann sie noch zusätzlich um die Dehnung oder Stauchung differieren, die sich aus
der Spannung im Material zwischen den Gewindeabschnitten ergibt, die einer geforderten
Flankenpressung entspricht, wobei die Spannung unterhalb der Elastizitätsgrenze
des Materials liegen soll.
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Besondere Zubehörteile, wie Federscheiben, Lack od. dgl., entfallen.
Trotzdem ist das Zusammenfügen der Schraubverbindung mit geringem Kraftaufwand möglich,
da ohne Nachteile ein erhebliches Flankenspiel zulässig ist. Trotzdem wird eine
sichere Auflage der Gewindeflanken und damit eine volle Tragfähigkeit der fertigen
Verbindung oder aber auch eine gute Abdichtung hergestellt, auch dann, wenn die
Schraubverbindung durch äußere Kräfte zeitweilig oder zunächst unbelastet ist. An
Stelle hochwertiger und teuerer Präzisionsschrauben und -müttern können vielfach
grob. hergestellte und billige Schrauben verwendet werden. Es ist bereits bekannt,
bei Schraubenmuttern einen Teil der Gewindegänge durch einen Steg geringen Querschnittes
mit den eigentlichen tragenden Gewindegängen des eigentlichen Mutterkörpers zu verbinden
und durch Zusammendrücken dieses Stegs eine axiale Versetzung der beiden Gewindegruppen
gegeneinander zu erreichen. Damit wird eine Sicherung bei Muttern erreicht, die
einer federnden Unterlegscheibe entspricht und diese ersetzt, jedoch im Gegensatz
zu dieser so lange wirksam ist, als die Mutter aufgeschraubt ist. Bei der Erfindung
werden solche Stege oder geschwächte Querschnitte zwischen den beiden Gewindegruppen
vermieden. Vielmehr sind die Gewindeabschnitte durch den ungeschwächten Materialquerschnitt
miteinander verbunden. Damit ergibt sich eine allgemeine Anwendbarkeit, die nicht
auf Muttern beschränkt ist. Erfindungsgemäß kann eine Schraubsicherung auch in den
Fällen verwirklicht werden, wo dies nach Art des Gewindes oder nach Art der Schraubverbindung
selbst bisher überhaupt nicht oder nur unter besonderen konstruktiven Aufwendungen
möglich war. Außerdem ergeben sieh neue Möglichkeiten von Schraubverbindungen beim
Zusammenfügen oder -halten von Teilen. Schließlich kann eine Lösung der Verbindung
wie bei ungesicherten Schraubverbindungen jederzeit ausgeführt werden, ohne daß
die Wirksamkeit der Sicherung beim erneuten Zusammenfügen beeinträchtigt wird. Auch
vorhandene Schraubverbindungen können durch einfaches Auswechseln der erfindungsgemäß
ausgestalteten Schrauben oder Muttern od. dgl. umgestellt werden, da diese ohne
weiteres gegen die bisher üblichen Teile austauschbar sind. Die Anwendungsmöglichkeiten
erstrecken sich auf alle Gewindearten und Formen, auch ohne Rücksicht darauf, nach
welchem Verfahren sie hergestellt sind oder werden: In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke
in mehreren Ausführungsformen erläutert. In- den Abb. i und 2 sind die Grundlagen
dargestellt, und zwar im Schnitt durch das Gewinde zweier zusammengefügter Teile.
Das obere Gewinde i ist gleichmäßig durchgeschnitten. Das damit in Eingriff befindliche
Gewinde 2 ist in zwei Abschnitte unterteilt, die grundsätzlich das gleiche Gewinde
haben, jedoch ist der Gewindeteil 31 gegenüber dem Gewindeteil 2: nicht wie beim
Gewinde i gleichmäßig durchgeführt, sondern um den Bruchteil eines Gewindeganges
bzw. einer Steigung versetzt. Diese Versetzung ist mindestens gleich dem Flankenspiel
s, und sie kann nach außen erfolgen oder nach innen (-), d. h. die Gewindestücke
2 und 3 können aufeinander zugerückt oder auseinandergezogen sein. Damit liegen
bei dem Gewindeteil :2 die linken Flanken 4 und bei dem Gewindeteil 3 die rechten
Flanken 5' aufeinander oder umgekehrt. Solange z. B. nur das Gewinde 2 in das Gewinde
i eingeschraubt wird, gleiten die Teile mit dem vollen Flankenspiel s ineinander;
in dem Augenblick, wo auch das Gewinde 3. in Eingriff mit dem Gewinde i kommt, verschieben
sich die Teile unter Aufhebung des Flankenspiels.s gegeneinander und gleiten nun
ohne Spiel ineinander. Beim Schneiden oder Bohren des Gewindes muß dem Schneideisen,
Schneidstahl oder dem Rollwerkzeug beim übergang vom Gewinde :2 auf das Gewinde
3 eine axiale Verschiebung um den Betrag s zusätzlich erteilt werden. Zweckmäßig,
aber nicht notwendigerweise befindet sich zwischen den beiden Gewindeteilen 2 und
3 ein gewindefreier Einschnitt 6, insbesondere dann, wenn das jeweilig angewendete
Herstellungsverfahren dies als zweckmäßig erscheinen läßt. Die Länge dieses Einschnittes
6 wird dann zu n - h .+ s gewählt, wo n eine ganze Zahl, h die Gewindesteigung
oder Ganghöhe und s das Flankenspiel bedeutet. Es ist natürlich dasselbe, wenn an
Stelle der axialen Verschiebung s der Gewindeträger zwischen den beiden Gewindeteilen
2 und 3 um einen zusätzlichen Winkel verdreht wird, dessen Betrag
beträgt. Bei einer Gewindesteigung von 2. mm (= h) und einem Spiel von 0,3 mm würde
dieser Winkel ß = 54° betragen.
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Die Versetzung der beiden Gewindeteile 2 und 3 erfolgt jedoch vorzugsweise
um einen weiteren zusätzlichen Betrag v, welcher der Dehnung bzw. Stauchung des
Materials zwischen den beiden
Gewindeteilen entspricht, wenn dieses
unter einer bestimmten Zug- oder Druckspannung a steht. Dieser Betrag ergibt sich
aus der bekannten Gleichung für die Dehnung zu v=a.o#l, wo a die Dehnungszahl (bei
Stahl o,5 - ior-4 mm2/kg) bedeutet, a die gewünschte oder zulässige Zug-bzw. Druckspannung
(z. B. io kg/mm2 für Stahl) und l die Länge in Millimeter zwischen den Gewindeteilen
2 und 3. Damit entsteht beim Einschrauben des Gewindeteils 3, in dem Materialteil
6 je nach dem gewählten Vorzeichen der Versetzung eine Zug- oder Druckspannung,
die eine entsprechende Flankenpressung erzeugt.
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Ist Z= n - 1a im Normalfall, so beträgt diese Länge erfindungsgemäß
nunmehr l=n.h+s+a.a(n.h+s) oder l=(i+a.a)(n.h+s)mm, also z. B. für n = i
o, h = 3 mm und s = 0.,2 mm bei den obigen Werten für a und a
1 = 1,0105 ' 30,21 = 30315 mm bzw. eine Versetzung der Gewindeteile von 0,3-5
mm bzw. 42° Verdrehung. Beim Schneiden des Gewindes auf der Bank würde also mittels
des Supportes beim Übergang von dem Gewindeteile auf den Teil 3 eine Verschiebung
von 0,35 mm zu erfolgen haben. Bei anderen Herstellungsverfahren wird der
zusätzlichen Verdrehung des Werkstücks ohne Schneiden um 42° der Vorzug zu geben
sein, insbesondere wird dies z. B. beim Gewinderollen der Fall sein.
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In den Abb.3 bis 6 sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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In Abb.3 ist eine Sechskantschraube in eine Gewindebohrung eingeschraubt.
Das Gewinde 7 dieser Bohrung ist in üblicher Weise durchgebohrt. Die Schraube i
i trägt den längeren Gewindeteil 8, und nahe dem Kopf i i den kürzeren Gewindeteil
io, welcher von lem Teil 8 durch einen Einstich 9 getrennt ist. Beide Gewindeteile
sind erfindungsgemäß versetzt. Die Schraube i i wird in der üblichen Weise eingeschraubt,
und zwar mit geringem Kraftaufwand, und erst gegen Ende der Einschraubbewegung,
wenn das Gewinde io in Eingriff kommt, erfolgt die Spannung des Bolzenteils 9 unter
Erzeugung des hohen Flankendrucks, der die Sicherung bewirkt, ohne daß der Schraubenkopf
i i zur Anlage zu kommen braucht. Zugleich wird dadurch eine Abdichtungswirkung
erzielt.
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In der Abb. 4 ist der Schraubenbolzen 13 in üblicher Weise glatt durchgeschnitten,
dagegen ist das Gewinde der Mutter 12 in die Abschnitte 14 und 15 unterteilt, die
erfindungsgemäß versetzt sind. Die Wirkungsweise ist analog derjenigen nach Abb.
3,.
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Die Abb.5. zeigt die Möglichkeit einer Verspannung zweier Teile v6
und 17. Wenn diese Teile mit einer durchgehenden Gewindebohrung i9 gemeinsam geschnitten
werden, kann ein Bolzen 18 eingeschraubt werden, der ein erfindungsgemäß versetztes
Gewindestück 2o trägt, welches gegen Ende der Einschraubbewegung in, das Gewinde
des oberen Teils 17 gelangt. Dabei wird der mittlere ausgesparte Bolzenteil i9 wie
oben gespannt, und durch diese Spannung werden die beiden Teile 17 und 16 zusammengehalten.
Der Bolzen 18 kann durch einen Steckschlüssel in dem Innenvierkant 21 gedreht werden,
so daß sich eine madenschraubenartige Anordnung ergibt, durch die zwei Teile unter
Zugspannung zusammengehalten werden, was bisher mit Madenschrauben nicht möglich
war. Voraussetzung ist bei einer solchen Verbindung selbstverständlich, daß die
Teile zusammen gebohrt werden und sich bei der Befestigung nicht gegeneinander verdrehen
können.
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In Abb. 6 ist .ein Glühlampensockel 22 dargestellt. Der längere Teil
24 des Gewindes befindet sich am unteren Ende, während in der Nähe des Kolbens ein
kurzer Gewindeteil 25 vorgesehen ist, der nur etwa aus einem Gang besteht. Beim
Einschrauben in das durchgehende Fassungsgewinde 23 entsteht zunächst kein Widerstand;
unmittelbar gegen Ende der Einschraubbewegung erhöht sich durch die erfindungsgemäße
Versetzung des Gewindegangs 25 der Widerstand so, daß die Glühlampe festsitzt, ohne
den Fußkontakt mehr als für die Kontaktgabe erforderlich zu belasten.
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Gerade hierin liegt in vielen Fällen ein besonderer Vorzug des Erfindungsgegenstandes,
daß nämlich die erhöhte Reibung beliebig festgelegt und an eine bestimmte Stelle
gelegt werden kann. So erfolgt die Sicherung der Mutter (Abb.4) unabhängig davon,
ob die Mutter aufsitzt bzw. ob der Bolzen gespannt ist, so daß in sehr vielen Fällen
auf Kontermuttern verzichtet werden kann, wo diese bisher unumgänglich waren.
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Grundsätzlich läßt sich der Erfindungsgedanke auf alle Gewindearten
anwenden, auch auf Holzschrauben, obwohl für diese ein besonderes. Sicherungsbedürfnis
im allgemeinen nicht vorliegt.
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Ein besonderer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß vorhandene Schraubenverbindungen
ohne besondere Maßnahmen gegen die erfindungsgemäßen ausgewechselt werden können
und daß diese Austauschbarkeit erhalten bleibt. Erfindungsgemäße Sicherheitsmuttern
können z. B. ohne weiteres gegen übliche Muttern ausgewechselt werden.
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Falls ein besonderer Bedarf dafür besteht, können Schrauben oder Muttern
auch mit mehr als zwei versetzten Gewindestücken versehen werden, um z. B. ein stufenweises
Anziehen bzw. Spannen zu ermöglichen, oder um analog Abb. 5@ mehr als zwei Teile
zusammen zu verspannen.
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Der Erfindungsgedanke ist also keineswegs auf die im einzelnen dargestellten
Ausführungsformen beschränkt, vielmehr ergeben sich zahlreiche Ausführungsformen
und
Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Erfindung.