DE29704680U1

DE29704680U1 - Gegen Losdrehen sicherungsfähige Schraubanordnung

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Publication number: DE29704680U1
Application number: DE29704680U
Authority: DE
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Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2007-03-15

Description

Gegen Losdrehen sicherungsfähige Schraubanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraubanordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Es gibt zahlreiche Beispiele für derartige Schraubanordnungen, beispielsweise sogenannte Stehbolzen, die aus einem Bauteil vorstehen und auf deren freien Ende eine Mutter angeordnet ist, um ein weiteres Bauteil an dem ersten Bauteil festzuziehen.

Ein anderes Beispiel ist eine Flanschverbindung, bei der

ein Schraubbolzen, der dann allerdings einen Kopf aufweist, die beiden Flansche durchgreift und auf einer Seite mit einem Gewindeteil aus dem einen Flansch vorsteht, wobei auf den Gewindeteil eine Mutter aufschraubbar ist.

Viele derartiger Schraubanordnungen unterliegen im Betrieb Stößen und Vibrationen, die dazu tendieren, im Laufe der Zeit die Mutter unter der vorhandenen Zugspannung des Schraubbolzens loszudrehen.

Um dies zu verhindern ist eine Vielzahl von Schraubensicherungen bekannt, z.B in Gestalt von Federringen, Wellringen und dergleichen. Eine weiterentwickelte Sicherung findet

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sich an dem Schraubelement der DE 41 06 943 Cl, bei dem eine Mutter einen axialen Ansatz aufweist, durch den sich das Innengewinde der Mutter fortsetzt. Der axiale Ansatz besitzt einen Außenumfang in Gestalt einer zur Achse der Mutter koaxialen Spiralfläche. Auf der Spiralfläche sitzt mit einer komplementären spiraligen Innenumfangsfläche ein ungeschlitzter Schraubring, der also erhebliche Umfangs-Zugspannungen aufnehmen kann. Beim Drehen des Schraubrings unter Abgleiten der Spriralflache ergibt sich nach Überwinden des Spiels eine radiale Druckspannung auf den büchsenartigen Ansatz, der diesen auf dem Gewinde des Schraubbolzens verklemmt und somit einem Losdrehen der Mutter entgegenwirkt. Es versteht sich, daß die Steigung der Spiralfläche so bemessen ist, daß nach einer Teilumdrehung die erforderliche radiale Zusammendrückung erreicht ist.

Vibrations- und Rüttelversuche mit der bekannten Ausführungsform haben gezeigt, daß die Verdrehsicherheit verbesserungsbedürftig ist. Die radiale Zusammendrückung auf dem Gewinde bringt zwar eine gewisse Verdrehhemmung, doch geht nach einiger Beanspruchungszeit immer noch ein wesentlicher Anteil der axialen Zugspannung des Schraubbolzens durch teilweises Losdrehender Mutter verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verdrehsicherheit einer gattungsgemäßen Schraubanordnung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Die Klemmanordnung verklemmt den büchsenartigen Ansatz auf dem zylindrischen Teil des Schraubbolzens und verhindert, da sie mindestens kraftschlüssig mit der Mutter verbunden ist, ein Losdrehen derselben. Es hat sich gezeigt, daß die Klemmung unter Anlage des zylindrischen Innenumfangs des büchsenartigen Ansatzes auf dem zylindrischen Teil des Schraubbolzens eine wesentlich bessere Haltewirkung als der Angriff des Gewindes an dem Gewindeteil des Schraubbolzens bei der bekannten Ausführungsform hat.

Ein wichtiger zusätzlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Schraubanordnung besteht auch darin, daß die Kleirananordnung einen Teil der axialen Zugbelastung des Schraubbolzens übernehmen kann. Es kann dadurch die über die Mutter aufgebrachte Zugspannung erhöht oder aber das Gewinde an dem Schraubbolzen bzw. der Mutter etwas schwächer dimensioniert werden. Der Ausdruck "mindestens kraftschlüssig" für die Drehverbindung zwischen dem büchsenartigen Ansatz und der Mutter soll bedeuten, daß in der schwächsten Form der Verbindung ein Kraftschluß z.B. über Reibung vorliegen soll. Die nächste Stufe der Verbindung ware eine Ausbildung der Mutter und des büchsenartigen Ansatzes aus zwei Teilen, die jedoch formschlüssig drehverbunden sind. Die stärkste Verbindung ist gegeben, wenn die beiden Teile einstückig ausgebildet sind. Dies entspricht der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2.

Eine alternative Ausführungsform ist Gegenstand des Anspruchs 3.

Hierbei ist die Büchse kein Ansatz der Mutter sondern ein separates Teil, welches zwischen der Mutter und der Bauteilwandung angeordnet und beim Anziehen der Mutter die Axialkraft des Schraubbolzens überträgt. Dadurch werden die Büchse und die Mutter unter der Reibwirkung miteinander kraftschlüssig drehverbunden. Auch in diesem Fall kann die Klemmanordnung eine Drehsicherung übernehmen, insofern sie eine dem Grad des Reibschlusses zwischen der Büchse und der Mutter entsprechenden Anteil am Haltemoment aufbringt.

Die Klemmanordnung ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Spiralklemmanordnung nach Anspruch 4, die für sich genommen aus der DE 41 06 943 Cl, der DE 41 04 217 C2, dem DE-GM 91 00 239, dem DE-GM 93 20 187 und der US PS 659 215 bekannt ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Schraubanordnung zur Verbindung zweier Flansche, teilweise im Längsschnitt;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht entsprechend Fig. 1 einer weiteren Ausführungsform.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Schraubanordnung umfaßt einen Schraubbolzen 1 mit einem Schaft 2 und einem Kopf 3. Der Schraubbolzen 1 durchgreift fluchtende Lochungen in zwei aneinander anliegenden Flanschen 4, 5, wobei der obere Rand der Lochung in dem Flansch 5 die "Öffnung" und die gemäß Fig. 1 obere Begrenzungsfläche die "Bauteilwandung 5''" bildet.

In dem aus der Öffnung 5' vorstehenden, dem Kopf 3 abgelegenen Abschnitt des Schraubbolzens 1, weist dieser einen zylindrischen Teil 1'' und einen weiter außen gelegenen Abschnitt mit einem Gewinde 1' auf. Auf das Gewinde 1' ist die Mutter 6 aufgeschraubt, die auf der der Bauteilwandung 5'' zugewandten Seiten eine Büchse 10 aufweist, die in diesem Fall als büchsenartiger Ansatz 10'ausgebildet ist, der mit der Mutter 6 einstückig ist, dessen Außenumfangsfläche ein zu der Achse A des Schraubbolzens 1 koaxiale Spiralfläche 18 (Fig. 2) bildet und der mit seinem zylindrischen Innenumfang auf dem Außenumfang des zylindrischen Teils 1'' anliegt. Die untere Stirnseite des büchsenartigen Ansatzes 10' liegt gegen einen Zwischenlegring 7 an, der seinerseits an der Bauteilwandung 5'' anliegt. Beim Anziehen der Mutter 6 wird deren axiale Kraft also über den büchsenartigen Ansatz 10 gegen die Bauteilwandung 5'' ausgeübt.

Auf dem Außenumfang des büchsenartigen Ansatzes 10, der sich über die Länge des zylindrischen Teils 1'' erstreckt, liegt ein Spiralspannring 20 an, der gemäß Fig. 2 einen Sechskant-Außenumfang aufweist, so daß mit einem entsprechenden Schraubenschlüssel gedreht werden kann. Die Innenumfangsfläche 27 ist durch eine zu der Spiralfläche 17 komplementäre Spiralfläche 2 8 gegeben. Nach einer Drehung um weniger als 90° übt der ungeschlitzte Spiralspannring 20 auf den büchsenartigen Ansatz 10' eine radiale Zusammendrük-

kungskraft aus, die Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet ist und den büchsenartigen Ansatz 10 auf dem zylindrischen Teil 1'' des Schraubbolzens 1 festklemmt. Damit nicht zuviel Spannkraft für die Verformung des büchsenartigen Ansatzes 10' verlorengeht, ist dieser an zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit Längsschlitzen 11 versehen (Fig. 2).

Auf diese Weise muß die Mutter 6 nicht die gesamte axiale Zugspannung des Schraubbolzens 1 während der gesamten Betriebsdauer abfangen, sondern es wird ein Anteil der axialen Zugspannung im Bereich des büchsenartigen Ansatzes 10' aufgebracht, so daß die Mutter 6 entsprechend entlastet ist. Die aufbringbare Spannung kann auf diese Weise erhöht oder aber die Mutter 6 entsprechen schwächer bemessen werden.

Die Funktion der Spiral-Klemmanordnung aus dem büchsenartigen Ansatz 10' und dem damit zusammenwirkenden Spiralspannring 20 wird anhand der Fig. 2 im einzelnen erläutert. In der Schnittdarstellung der Fig. 2 ist eine gedachte, zu der Achse A koaxiale Zylinderfläche 14 strichpunktiert angedeutet. Die Außenumfangsflache 17 des büchsenartigen Ansatzes 10' ist durch eine zu der Achse A koaxiale Spiralfläche 18 gebildet, deren Erzeugende zu der Achse A parallel sind. Die Innenumfangsfläche 27 des Spiralspannrings 20 ist durch eine gleiche Spiralfläche 28 gebildet, die von außen auf der Spiralfläche 18 anliegt. Die beiden Spiralflächen 18, 28 liegen in den beiden oberen Quadranten des Querschnitts der Fig. 2 außerhalb der gedachten Zylinderfläche 14, schneiden die Spiralfläche 14 an der "Neun-Uhr-Stelle" und liegen in den beiden unteren Quadranten innerhalb der Zylinderfläche 14. Der örtliche Radius der Spiralfläche 18 nimmt von einer Stelle 19 des größten Radius gemäß Fig. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn winkelproportional über fast 360° ab und springt an einer Stelle 21 des geringsten Radius auf einer Übergangsfläche 22 wieder auf den größten Radius zurück. Die Innenumfangsfläche 27 des Spiralspannrings 20 ist komplementär gestaltet, d.h. der Radius verringert sich von einer Stelle 19' des größten Radius entgegen dem Uhrzeiger-

sinn winkelproportional bis zu einer Stelle 21' des kleinsten Radius, worauf die Innenurafangsfläche 27 in einer Übergangsfläche 22' in einem engen Winkelbereich wieder auf die Stelle 19' des größten Radius zurückspringt.

Der Betrag der Steigung der Spiralfläche 18,28 in Umfangsrichtung ist so gewählt, daß sie im Selbsthemmunggsbereich liegt und sich der Spiralspannring 20 also, einmal festgezogen, nicht mehr ohne äußeres Drehmoment zurückdreht. Bei einem Radiusunterschied von 2mm bei 50mm Durchmesser der Zylinderfläche 14 ergibt sich in der Abwinklung ein Keil mit einer Steigung von ungefähr 2:150, was weniger als 1° entspricht, wobei der Grenzwinkel der Selbsthemmung bei Stahl auf Stahl bei etwa 7° liegt. Bei dem Beispiel liegen die SPiralflachen 18, 28 also weit im Selbsthemmungsbereich, was gleichzeitig bedeutet, daß die Umsetzung des an dem Spiralspannring 20 aufgebrachten Drehmoments in radiale Klemmkraft mit einer hohen Übersetzung erfolgt.

In Fig. 2 ist die Spiral-Klemmanordnung 10,20 in noch nicht vollständig verspannten Zustand dargestellt. In ganz verspanntem Zustand sind die Übergangsflächen 22, 22' einander in Umfangsrichtung noch mehr benachbart. Die Funktion der Verspannung kann veranschaulicht werden, indem die Stelle 19 des büchsenartigen Ansatzes betrachtet wird, die den größten Radius der Spiralfläche 18 aufweist. Bei einer Bewegung dieser Stelle bei festgehaltenem Spiralspannring 20 gemäß Fig. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn liegt sie nacheinander an Stellen der Spiralfläche 28 an, die einem immer kleineren Radius aufweisen. Dadurch wird die Stelle 19 radial nach innen gedrückt. Entsprechendes gilt für alle anderen Stellen des Umfangs mit Ausnahme der zwischen den Stellen 19 und 21' frei bleibenden Zonen. Der büchsenartige Ansatz 10' wird auf diese Weise gleichmäßig radial zusammengedrückt und auf dem zylindrischen Teil 1" des Schraubzapfens 1 kraftschlüssig festgeklemmt. Die Mutter 6 kann dadurch nicht mehr verdreht werden und behält ihre einmal erreichte Drehstellung bei.

Der Radiusunterschied der Stellen 19,21 kann bei einem Durchmesser des Schraubbolzens 1 von etwa 30-50mm wie bei dem bereits erwähnten Beispiel etwa 2mm betragen. Durch eine Verdrehung des SpiralSpannrings 20 gegenüber der Büchse 10 im Uhrzeigersinn von 36° kann also eine Radiustoleranz von 0,2mm überbrückt werden, was in den meisten Fällen ausreichend ist. Die in Betracht kommende Anzugs-Drehhübe werden meist 45° nicht übersteigen müssen. Mit nur einem geringen Drehhub von größenordnungsmäßig 30-45° läßt sich die zusätzliehe Verspannung auf dem zylindrischen Teil 1'' des

Schraubbolzens 1 herbeiführen. Es ist noch zu bemerken, daß der Spiralspannring 20 auf dem büchsenartigen Ansatz 10' axial auf einer Seite gegen die Mutter 6, auf der anderen Seite gegen einen Sprengring 16 anliegt und dazwischen frei drehbar ist. Die Drehbarkeit des Spiralspannrings 20 wird durch das Anziehen der Mutter 6 nicht beeinträchtigt, weil die Axialkraft an dem Spiralspannring vorbei durch den büchsenartigen Ansatz 10' auf die Unterlegscheibe 7 und die Bauteilwandung 5' weitergeleitet wird.

0 Während die Büchse 10 bei der Schraubanordnung 100 als mit der Mutter 6 einstückiger büchsenartiger Ansatz 10' derselben ausgebildet ist, ist die Büchse 10 bei der Schraubanordnung 200 der Fig. 3 Bestandteil eines separaten, als Ganzes mit 15 bezeichneten Büchsenteils, der mit der Mutter 6 nicht einstückig und auch nicht formschlüssig drehverbunden ist. Das Büchsenteil 15 umfaßt einen Ringteil 30 von etwa quadratischem Querschnitt, gegen den die Mutter 6 anliegt. Auf der anderen Seite sitzt an dem Ringteil 30 einstückig ein büchsenartiger Ansatz 10''. Beim Anziehen der Mutter 6 wird die Kraft durch das Büchsenteil 15 hindurch axial auf die Bauteilwandung 5'' übertragen. In angezogenem Zustand liegt die Mutter 6 mit erheblichen Kraft gegen die Stirnfläche 30' des Büchsenteils 15 an und erfährt dort einen Reibschluß. Wenn dann der Spiralspannring 20 angezogen ist, ist zwischen dem Schraubbolzen 1 und der Mutter 6 ein

durch die Reibung gegebenes Haltemoment gebildet, welches dem Losdrehen der Mutter 6 entgegen wirkt.

Hinsichtlich der Verbindung der Flanschen 4 und 5 und im Zusammenwirken des Spiralspannrings 20 mit der Büchse 10 entsprechen die Schraubanordnungen 100 und 2 00 einander.

Claims

PALGEN, SCHUMACHER & KLUiN: .. \. DÜSSELDORF ESSEN PATENTANWÄLTE un.shrzeichen: 97 252 (25) P/el Düsseldorf,den 10. März 1997 Herrn Ralph Hüllenberg Im Wiesengrund 6 41516 Grevenbroich Schutzansprüche

1. Gegen Losdrehen sicherungsfähige Schraubanordnung (100, 200)

mit einem aus einer Öffnung (5') einer Bauteilwandung (5'') vorstehenden Schraubbolzen (1)

mit einer auf das in dem aus der Öffnung (5') der Bauteilwandung (5'') vorstehenden Längenabschnitt vorgesehene Gewinde (1' ) des Schraubbolzens (1) aufschraubbaren Mutter (6), die sich beim Anziehen gegen die Bauteilwandung (5'') abstützt

und mit einer dem Schraubbolzen (1) zugeordneten Sicherung gegen Losdrehen der Mutter (6),

dadurch gekennzeichnet,

daß der Schraubbolzen (1) in dem aus der Öffnung (5') der Bauteilwandung (5 ' ') vorstehenden Längenabschnitt einen zylindrischen Teil (I'') aufweist,

daß mit der Mutter (6) eine den zylindrischen Teil (I'') umgebende Büchse (10) zumindest kraftschlüssig ver^ bunden ist

und daß auf dem Außenumfang der Büchse (10) eine diese unter Erzeugung eines Reibungsschlusses axial auf dem zylin-

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drischen Teil (I'') zusammendrückende Kleirananordnung vorgesehen ist.

2. Schraubanordnung (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Büchse (10) als mit der Mutter (6) einstückiger büchsenartiger Ansatz (10') derselben ausgebildet ist.

3. Schraubanordnung (200) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Büchse (10) als ein von der Mutter (6) getrenntes, zwischen der Mutter (6) und der Bauteilwandung (5'') angeordnetes Büchsenteil (15'') mit einem büchsenartigen Ansatz (10'') ausgebildet ist, durch das die axiale Kraft der Mutter (6) auf die Bauteilwandung (5'') übertragbar ist.

4. Schraubanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Klemmanordnung eine Spiralklemmanordnung ist, bei der Außenumfang (17) der Büchse (10) eine zur Achse (A) des Schraubbolzens (1) koaxiale Spiralfläche (18) ist, auf der die durch eine komplementäre Spiralfläche (28) gebildete Innenumfangsfläche (27) eines drehbaren, in Umfangsrichtung geschlossenen Spiralspannringes (20) anliegt.