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Dokumentenidentifikation DE3990293C2 29.07.1993
Titel Mutternsicherungsanordnung
Anmelder Charles (Wednesbury) Ltd., Wednesbury, West Midlands, GB
Erfinder Kendrick, Thomas James, Wombourne, Staffordshire, GB
Vertreter Boehmert, A., Dipl.-Ing.; Hoormann, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., 2800 Bremen; Goddar, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Liesegang, R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Münzhuber, R., Dipl.-Phys.; Busch, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München; Stahlberg, W.; Kuntze, W.; Kouker, L., Dr., Rechtsanwälte, 2800 Bremen
DE-Anmeldedatum 28.03.1989
DE-Aktenzeichen 3990293
WO-Anmeldetag 28.03.1989
PCT-Aktenzeichen GB8900331
WO-Veröffentlichungsnummer 8909344
WO-Veröffentlichungsdatum 05.10.1989
Date of publication of WO application in German translation 04.04.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.07.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.07.1993
IPC-Hauptklasse F16B 39/26
IPC-Nebenklasse F16D 1/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Mutternsicherungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei einer solchen aus der CH-1 50 058 bekannten Mutternsicherungsanordnung erfährt die Scheibe bei dem Anziehen der Schraube bzw. Mutter eine Deformation. Da diese Deformation elastisch ist, übt die Scheibe ihrerseits eine Kraft auf den Kopf der Schraube bzw. auf die Mutter aus. Diese Kraft überträgt sich auf das Gewinde, so daß eine Verklemmung auftritt, die jeder Lockerung entgegenwirken soll.

Die vorbekannte Anordnung ist zur Verwendung unter Belastung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Mutternsicherungsanordnung derart weiterzubilden, daß sie zur Verwendung unter Belastung geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Die vorgeschlagene Mutternsicherungsanordnung findet insbesondere bei rotierenden Maschinen Anwendung. Es wird daher die Kombination einer drehenden Maschine mit einer mit einem Außengewinde versehenen rotierenden Welle und einem Antriebsteil geschaffen, welches auf der Welle gegen eine darauf befindliche Schulter angebracht ist, wobei eine Mutternsicherungsanordnung nach Erfindung auf der Welle angebracht und darauf festgezogen ist, so daß die Scheibe im wesentlichen flach an einer Oberfläche auf dem Teil anliegt, wodurch sie das Teil auf der Welle derart hält, daß das Antriebsmoment zwischen der Welle und dem Teil übertragen werden kann.

Diese Kombination ist insbesondere dort effektiv, wo keine dazwischenliegenden Mitnehmeranordnungen auf dem Teil und der Welle vorgesehen sind.

Nachstehend ist die Erfindung mit weiteren Einzelheiten anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Mutter, welche einen Teil der erfindungsgemäßen Anordnung bildet, von unten;

Fig. 2 eine Ansicht der Mutter nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine gewölbte Scheibe, welche einen anderen Teil der Anordnung bildet;

Fig. 4 einen Schnitt durch die Scheibe nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch die Anordnung;

Fig. 6 eine detaillierte Schnittansicht, welche zeigt, wie die Scheibe auf dem Ansatz der Mutter sitzt, wenn die Anordnung nicht angezogen ist ;

Fig. 7 einen Schnitt durch die Anordnung in angezogenem Zustand auf einer Schraube; und

Fig. 8 eine Ansicht einer drehenden Maschine mit einer Anordnung, welche die Erfindung beinhaltet und eine Antriebsriemenscheibe darauf hält.

Zunächst wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die Mutter ist mit 10 bezeichnet und hat einen herkömmlichen sechseckigen Kopf 11, der zum Eingriff mit einem Schraubenschlüssel oder einem Betätigungswerkzeug ausgelegt ist. Der Kopf hat Standardabmessungen, welche für eine Mutter mit geeigneter Größe festgelegt sind. Von einem Endabschnitt des Kopfes erstreckt sich ein Ansatz 12; die Länge des Ansatzes verlängert die Gesamtlänge der Mutter über die Standardlänge hinaus. Eine flache, im wesentlichen ringkreisförmige Schulter 13 ist auf dem Kopf an der Verbindung zwischen dem Kopf 11 und dem Ansatz 12 vorgesehen. Eine Gewindebohrung 14 erstreckt sich durchgängig durch den Kopf und den Ansatz über die gesamte Länge der Mutter. Der Ansatz weist einen relativ dünnen Wandabschnitt auf, welcher innen von der Bohrung 14 und außen von einer zylindrischen Außenfläche 15 begrenzt ist. Die Außenwand des Ansatzes ist durchgängig und bildet einen kompletten Zylinder.

Im folgenden wird Bezug genommen auf die Fig. 3 und 4. Die Scheibe ist mit 16 bezeichnet. Die Scheibe ist in gewölbter Form ausgeführt und hat eine konvexe Seite 17 und eine konkave Seite 18. Die Scheibe weist eine zylindrische Bohrung 19 auf, die nachstehend detaillierter beschrieben ist. An demjenigen Endabschnitt der Bohrung, der sich zu der konkaven Seite 18 hin öffnet, ist die Scheibe mit einer Senkbohrung 20 versehen. Die Außenkante 21 der konkaven Seite der Scheibe ist gerundet.

Im folgenden ist Bezug genommen auf Fig. 5.

Die Anordnung wird dadurch gebildet, daß die Scheibe 16 auf dem Ansatz angeordnet wird und dann das freie Ende des Ansatzes eingesteckt wird, so daß es sich leicht in die Senkbohrung 20 erstreckt, um die Scheibe gemäß Fig. 6 auf dem Ansatz festzuhalten. Zwischen der zylindrischen Bohrung 19 der Scheibe und der zylindrischen Außenseite 15 des Ansatzes ist ein Spielsitz ausgebildet. Die Scheibe kann daher auf dem Ansatz drehen und das Einstecken ist so ausgeführt, daß es der Drehung nicht entgegensteht.

Im folgenden wird Bezug genommen auf Fig. 6. Diese zeigt detaillierter die Art und Weise, wie die Scheibe 16 auf die Mutter paßt. Es wird deutlich, daß die zylindrische Bohrung 19 in der Scheibe die zylindrische Außenfläche 15 des Ansatzes derart umgibt, daß ein kleiner Zwischenraum 22 zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen ausgebildet ist. Dieser Zwischenraum ist vorzugsweise nicht größer, als daß die Scheibe gerade auf der Mutter frei drehen kann. Fig. 6 zeigt den eingesteckten Endabschnitt 122 des Ansatzes, und daß dieser in den Zwischenraum in der Senkbohrung 20 paßt und daher einem Drehen der Scheibe auf der Mutter nicht entgegensteht.

Im folgenden ist Bezug genommen auf Fig. 7.

Diese zeigt die Anordnung nach der Erfindung, wie sie auf eine Schraube 23 gegen eine Fläche 24 auf einem Werkstück 25 aufgedreht ist. Die Mutter wird heruntergedreht, bis die Scheibe so flach ist, wie dargestellt. Während des ersten Anziehens ist die Kante 21 der erste Teil der Scheibe, der mit der Fläche 24 in Eingriff kommt. Wenn das Anziehen fortschreitet, dreht sich die Mutter in bezug auf die Scheibe, bis die Reibkräfte zwischen der Seite 17 und der Schulter 13 bewirken, daß sich die Scheibe mit der Mutter dreht. Wenn dies passiert, sind Beschädigungen der Fläche 24 minimiert, weil die Kante 21 abgerundet ist.

Wenn die Scheibe sich ihrem flachen Zustand gemäß Fig. 7 nähert, kontraktiert die Bohrung 19, erfaßt den Ansatz 12 und verformt den Ansatz nach innen, wodurch das Gewinde in demjenigen Teil der Bohrung 14, der sich in dem Ansatz befindet, in engen Kontakt mit dem Gewinde auf der Schraube gedrückt wird.

Da die Bohrung 19 in der Scheibe in ungespanntem Zustand der Scheibe gemäß Fig. 7 zylindrisch war, bewegt sich die Bohrung nach oben weg von der Fläche 24 in Fig. 7, wenn die Scheibe zusammengedrückt wird, so daß die größte Deformation der Wand des Ansatzes an der Stelle 26 in der Nähe der Schulter 13 erfolgt, wobei jedoch der Zwischenraum 22 so ist, daß die Ansatzwand über im wesentlichen die gesamte Länge desselben deformiert wird, um einen exzellenten Andruck auf das Schraubengewinde auszuüben.

Es ist offensichtlich, daß die Länge des Ansatzes im wesentlichen gleich und nicht größer als die Dicke der Scheibe ist. Dies ist wichtig, weil dann, wenn die Anordnung angezogen wird, der Ansatz nicht mit der Fläche 24 in Eingriff kommen muß, was verhindert, daß die Scheibe zusammengedrückt wird. Tatsächlich ist die Länge des Ansatzes vorzugsweise etwas geringer als die Dicke der Scheibe, so daß in ganz angezogenem Zustand gemäß Fig. 7 ein Zwischenraum 27 zwischen dem Endabschnitt 122 des Ansatzes und der Fläche 24 ausgebildet ist. Daß ein solcher Zwischenraum vorgesehen ist, stellt sicher, daß die Scheibe ganz zusammengedrückt werden kann, wenn die Mutter angezogen wird. Da die Scheibe ganz zusammengedrückt werden kann, kann sie die maximale nach innen gerichtete Kraft auf den Ansatz ausüben, wobei diese auf die Kontraktion der Bohrung der Scheibe zurückzuführen ist und eine plastische Deformation des Ansatzes bewirkt.

Zusätzlich zu dem gegenseitigen Sichern der Schrauben- und Mutterngewinde in dem Ansatz werden zusätzliche Sicherungseffekte infolge der Reibkräfte zwischen den Flächen der Scheibe und den anliegenden Flächen der Mutter und dem Werkstück erzielt, die durch die von den Spannungen in der Scheibe hervorgerufenen Kräfte verstärkt werden.

Die Mutter kann aus jedem gewünschten Material sein, das für den Zweck, dem sie dienen soll, geeignet ist, z. B.: Schweißbarer Stahl SAE 1008 oder SAE 1010 oder hochfester Stahl BS 311, Typ 9, oder wärmebehandelter Stahl ISO 1012.

Die Scheibe ist vorzugsweise ausgestanzt und kann aus Federstahl CS 60, CS 70 oder CS 80 in BS 1449, Teil I, gehärtet und temperaturbehandelt gemäß 43-48 RC sein. Der Wölbungswinkel a der Scheibe beträgt vorzugsweise 20° gemäß Fig. 4.

Fig. 8 zeigt die Anordnung nach der Erfindung in Verwendung an einer drehenden Maschine. Die Maschine ist mit 28 bezeichnet und hat eine drehende Welle 29. Die Welle weist eine Schulter 30 auf, gegen welche eine antreibende Keilriemenscheibe 31 montiert ist. Die Riemenscheibe ist auf einem Gewindeabschnitt 32 mit verringertem Querschnitt auf der Welle montiert und wird mittels einer Anordnung 33, welche die Erfindung enthält, gegen die Schulter in Position gehalten. Die Scheibe 34 der Anordnung 33 ist gegen die Oberfläche 35 der Scheibe flachgedrückt. Obwohl keine dazwischenliegenden Mitnahmeelemente auf der Riemenscheibe und der Welle vorgesehen sind, ist herausgefunden worden, daß ein Antrieb befriedigend von der Riemenscheibe auf die Welle übertragen wird, auch wenn die Welle manchmal in Gegenuhrzeigersinn dreht, während ihr normaler Drehsinn der Uhrzeigersinn ist.

Es sind Tests vorgenommen worden, um das Schlupfmoment auf der Riemenscheibe 31 in einer drehenden Maschine, wie in Fig. 8 gezeigt, wobei sie mit einer Anordnung nach der Erfindung angebracht ist, mit einer herkömmlichen Mutter und Federscheibe zu vergleichen. In jedem Fall hatte die verwendete Mutter eine Breite von 24 mm zwischen den Flachseiten mit einer Länge von 9,5 mm und einem 17-mm-Gewinde. Die Mutter wurde anfänglich mit einem Drehmoment von 81 Nm (60lbft) angezogen.

Während einer ersten Testserie wurde die Welle 29 stationär gehalten und ein Drehmoment wurde auf die Riemenscheibe im Uhrzeigersinn, ihrer normalen Drehrichtung aufgebracht, bis die Riemenscheibe auf der Welle drehte.



In einer zweiten Testserie wurde das Drehmoment auf die Riemenscheibe gegen den Uhrzeigersinn aufgebracht, was ein Abschrauben der Mutter begünstigt. Als Schlupfmomente wurde folgendes ermittelt:



Es ergibt sich, daß bei den Tests im Uhrzeigersinn die Anordnungen nach der Erfindung um mehr als 50% besser als äquivalente herkömmliche Muttern und Federscheiben abgeschnitten haben. Bei den Tests im Gegenuhrzeigersinn, bei denen das Drehmoment dazu geeignet ist, die Mutter abzuschrauben, schnitten die Anordnungen nach der Erfindung wesentlich besser ab, als äquivalente Muttern- und Scheibenanordnungen in den Tests im Uhrzeigersinn, d. h. in Tests, bei denen eine Tendenz zum Anziehen der Mutter gegeben war.

Die Verbesserung beim Betriebsverhalten ist unerwartet gut und wird durch eine einfache und preisgünstige Anordnung erreicht.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungen wesentlich sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Mutternsicherungsanordnung, die umfaßt: Eine Mutter (10) mit einem Kopf (11), der zum Eingriff mit einem Betätigungswerkzeug ausgelegt ist, einem Ansatz (12), der sich von einem Ende des Kopfes (11) erstreckt, einer Gewindebohrung (14), die sich durchgängig durch den Kopf (11) und den Ansatz (12) erstreckt, wobei der Ansatz (12) im Hinblick auf seinen Querschnitt kleiner als der Kopf (11) ist, so daß eine im wesentlichen ringförmige Schulter (13) an der Verbindung zwischen dem Kopf (11) und dem Ansatz (12) ausgebildet ist, wobei der Ansatz (12) von einer relativ dünnen Wand gebildet ist, welche von der Bohrung (14) und einer zylindrischen Außenfläche (15) begrenzt ist; und eine separate gewölbte Scheibe (16), die auf dem Ansatz (12) angebracht ist und eine zylindrische Bohrung (19) aufweist, die einen engen Spielsitz bezüglich der Außenfläche des Ansatzes (12) darstellt, wobei der Ansatz (12) eine Länge hat, die gleich der oder geringfügig geringer als die Dicke der Scheibe (16) ist und die Scheibe (16) derart auf dem Ansatz (12) angebracht ist, daß ihre konvexe Seite in der Nachbarschaft der Schulter (13) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (13) sich in einer Ebene erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse der Bohrung (14) liegt, so daß dann, wenn eine komprimierende Kraft in eine Richtung parallel zu der Längsachse der Bohrung (14) auf die Anordnung wirkt, die ausreicht, um die Scheibe (16) flachzudrücken, der Ansatz (12) in der Bohrung (19) der Scheibe (16) erfaßt und die Wand des Ansatzes (12) nach innen durch die Kontraktion der Bohrung (19) der Scheibe (16) deformiert wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (12) plastisch deformiert wird, wenn die Scheibe (16) zusammengedrückt wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) aus einem Metall ist, welches so behandelt ist, daß die Scheibe (16) sich wie eine Feder verhält, die ihre ursprüngliche Form wieder annimmt, wenn die komprimierende Kraft nach dem Zusammendrücken der Scheibe (16) nicht mehr auftritt.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) aus gehärtetem und angelassenem Federstahl ist.
  5. 5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wölbungswinkel der Scheibe (16) in undeformiertem Zustand etwa 20° beträgt.
  6. 6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere periphere Kante der konkaven Seite der Scheibe (16) abgerundet ist.
  7. 7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Endabschnitt des Ansatzes (12) deformiert ist, um die Scheibe (16) auf der Mutter (10) zu halten.
  8. 8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Ansatzes (12) durchgängig ist und einen kompletten Zylinder darstellt.
  9. 9. Kombination einer drehenden Maschine (28) mit einer mit einem Außengewinde versehenen drehenden Welle (29) und einem auf der Welle (29) gegen eine darauf ausgebildete Schulter (30) montierten Antriebselement (31), wobei eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche auf der Welle (29) angebracht und darauf festgezogen ist, so daß die Scheibe (16) im wesentlichen flach an einer Seite (35) des Elementes (31) anliegt, wodurch das Element (31) auf der Welle (29) gehalten ist, so daß ein Antriebsmoment zwischen der Welle (29) und dem Element (31) übertragen werden kann.
  10. 10. Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (31) die Welle (29) unmittelbar berührt.






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