DE2649077C2

DE2649077C2 - Konische federnde Unterlagscheibe

Info

Publication number: DE2649077C2
Application number: DE2649077A
Authority: DE
Inventors: Michio Kasugai Aichi Abe
Original assignee: Kinoshita Seiki Kk Kyoto Jp
Current assignee: Kinoshita Seiki Kk Kyoto Jp
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FR2329888A1; GB1539230A; CA1048914A; AU513190B2; FR2329888B1; DE2649077A1; JPS5267450A; US4103725A; AU1903376A

Description

1. Jede Klaue (15,20) ist elastisch verformbar.

2. Jede Vertiefung (18) hat eire flach ansteigende Fläche (16, 21) in Anzugsrichtung (A) des Befestigungsmittels (30) und eine steil ansteigende Fläche (17, 22) in Löserichtung des Befestigungsmittels (30).

2. Konische Federunterlagscheibe nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (15, 20) in Umfangsabschnitten auf der unteren Berührungsfläche (14) angeordnet sind und daß die Spitzen (19) der Klauen (15, 20) in der Nähe des Außenumfangs der Federiinterlagscheibe (10) sind.

3. Konische Fcderunterlagscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen s° (15, 20) in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.

4. Konische Federunterlagscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flach ansteigende Fläche (16, 21) der Klaue (15, 20) zur ^!5 Anzugsi'ichtung des Befestigungsmittel einen Winkel von 10° bis 45° bildet und daß die steil ansteigende Fläche (17, 22) der Klaue (15, 20) bezüglich der Löserichtung des Befestigungsmittel;·, (30) einen Winkel von 60'' bis 90' bildet. ■'"

Die Erfindung betrifft eine konische Federunterlag- scheibe zur Anordnung zwischen einem Befestigungsmittel, wie einer Schraube oder einer Mutter, und einem zu befestigenden Teil, mit oberen und unteren Kontaktflächen, die in Berührung mit entsprechenden Flächen des Befestigungsmittels und des zu befestigen- den Teils kommen und mit mehreren Klauen, die an der unteren Kontaktfläche vorstehen, wobei jede Klaue von einer dreieckigen. V-förmigen, in die obere Berührungsfläche eingedrückten Vertiefung gebildet wird.

Aus der US-PS 31 94 292 ist eine Fedcrunterlagschei- be der in Rede stehenden An bekanntgeworden, die als Ringscheibe oder als Kegelring ausgebildet ist und bei der keil- oder prismenförniige Zähne vorgesehen sind. die längs des äußeren Randis oder der Peripheriozone der konkaven Fläche der Unterlagscheibc im Abstand voneinander angeordnet sind.

Aus der US-PS 33 32 464 ist ek:!ifall:, eine Federunterlagscheibe der in Kede· sii-l·-·■;■■ :fi An bekannt, bei der am äußeren Rand durch ■.-;rt·~;--■ -l-t-rιl- = ι-.it_-»ς Ausstanzen und Abbiegen um ^c>i; »spikeslormigi.¹;; /ahne erzeugt werden. An der Oberseite de·· kcgeiriiiglormig ausgebildeten Unterliigsclieibe kaiin i¹-. der Niihe des den Schraubenbolzen aufnehmenden ! iu'hes noch ein Zahnmuster eingeprägt sein, in welches die Unterseite des Schraubenkopfes bei der Befestigung eingreift.

Aus dem DE-GM 17 84 009 ist eine als Schraubensicherung verwendete Tellerfeder in Form eines flachen Ringes bekannt, die an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite radial verlaufende Zähne besitzt Die sich radial von innen nach außen erstreckenden Zähne können in an sich bekannter Weise als Sperrzähne für eine Drehrichtung ausgebildet sein. Nachteilig ist bei diese·· Ausführungsform, daß die Zähne aus der oberen und aus der unteren Kontaktfläche durch entsprechende Bearbeitung und Entfernung von Material herausgearbeitet werden müssen, wodurch ein erheblicher Arbeitsaufwand entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konische Federunterlagscheibe vorzuschlagen, bei der die von der unteren Kontaktfläche abstehenden Klauen in sich so verformbar sind, daß sie beim Anziehen der Befestigungsschraube in Berührung mit der Auflagefläche kommen, daß durch die Gestaltung der Klauen der Widerstand gegen ein Lösen der Spannschraube erheblich vergrößert wird, während in Anzugsrichtung die Verformung der Klaue unterstützt wird und daß eine einfache und preiswerte Herstellung gewährleistet ist.

Die Lösung der angegebenen Aufgabe ergibt sich aus der Kombination der in dem Hauptanspruch angeführten kennzeichnenden Merkmale. Die Unteransprüche 2 bis4 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.

Die neue Unterlagscheibe besitzt einen konstanten Reibungswiderstand zwischen den in Eingriff miteinander stehenden Flächen, welcher im wesentlichen unabhängig vom Material des zu befestigenden Gegenstandes ist. Dieser Reibungswiderstand ist aufgrund der steil ansteigenden Fläche jeder Klaue in Löserichtung sehr hoch, so daß auch bei Schwingungsbelastungen oder Erschütterungen die notwendige Klcmmkraft aufrechterhalten wird. In Anzugsrichtung ergibt sich du rc Ii <ii? !!ach ansteigende Fläche der Klaue ein geringerer Reibungswiderstand, wobei durch die Verformung der Klaue sichergestellt ist, daß sämtliche Klaren it; FJngrilf mit der Auflagefläche kommen.

Dadurch werden auch die Verhältnisse hinsichtlich eines 'Vütdrchcns der Unterlagscheibe beim Anziehen der Schraube oder der Mutter definiert, d. h. es wird sich eine Klaue nach der anderen unter Verformung an die Anlageflächc anlegen, bis sämtliche sich im Eingriff befinden. Damit ist dann auch sirhn-gebtelli, daß keine spätere Drehbewegung der Unterlagscheibe gegenüber dem zu befestigenden Gegenstand auftreten kann. Dies gilt .selbst dann, wenn eine geringe Lockerung zwischen dem zu befestigenden Element und dem Schraubenkopf bzw. der Auflagefläche der Mutter stattfindet.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung nrn-h näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Rohling für eine konische federnde Unterlegscheibe, welcher aus einem dünnen Blechmaterial gestanzt ist;

I- i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer konischen ledernden Unierlagscheibe gemäß der Erfindung, welche aus dun in der Γ i g. I dargestellten Rohling ge ."''.igt ist:

sditin entKing der Schnittlinie 3-3

F ι ■ i einen Tcilschnitt entlang der Linie 4-4 in der

i__t.:

Fi'.- ι eine perspektivische Ansicht eines Teiles der

m..'- . Bciiil-rur.j.^fhiehe der Unterlagscheibe, wobei

eine der Klauen dargestellt ist;

F i g. 6 eine ähnliche Ansicht wie in F i g. 5, jedoch mit einer anders gestalteten Klaue;

F i g. 7 und 8 Unterlagscheiben in verschiedenen Betriebsstellungen, wobei die F i g. 7 eir.e Stellung vor dem Festziehen zeigt und die F i g. 8 eine Stellung nach dem Festziehen;

F i g. 9 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit von Drehmoment und Spannung für die Unterlagscheibe zeigt und

F i g. 10 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit von Drehmoment und Spannung für eine herkömmliche, mit einem Flansch versehene Schraube zeigt

Das in den Fig.; bis 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer konischen federnden Unterlagscheibe 10 gemäß der Erfindung ist durch Bearbeiten eines Rohlings in einer Transferpresse hergestellt In dieser Transferpresse wird zunächst ein Rohling 11 (Fig. 1) aus einem dünnen Blechmaterial mit Hilfe eines Stanzwerkzeuges ausgestanzt. Dieser Rohling besitzt einen mittleren Schraubenlochkreis 12 und wird tellerähnlich verformt. Der so verformte Rohling wird an einer Seitenfläche, insbesondere auf der oberen Flanke 13, mit sechs im gleichen Abstand voneinander angeordneten dreieckigen Ausnehmungen 18 versehen. Wie aus den F i g. 2 bis 5 zu ersehen ist, sind diese Ausnehmungen sowohl in der Draufsicht als auch im Querschnitt dreieckig ausgebildet. Dadurch, daß die dreieckigen Ausnehmungen 18 in die obere Berührungsfläche 13 eingeformt werden, ergeben sich den Ausnehmungen 18 entsprechende Krallen bzw. Klauen 15 in der gleichen Anzahl. Diese sind in die untere Berührungsfläche 14 eingeformt.

Danach wird der so geformte Rohling wärmebehandelt und der Herstellungsvorgang der konischen federnden Unterlagscheibe 10 ist beendet.

Die dreieckigen Befestigungsklauen 15 auf der unteren Berührungsfläche 14 besitzen jeweils eine leicht ansteigende Flanke 16, deren Neigungswinkel innerhalb eines Winkelbereiches von 10° bis 45° sein kann. Diese flach ansteigende Flanke erstreckt sich in Festziehrichtung der Mutter bzw. des Schraubenkopfes. Ferner besitzt jede Klaue eine steil abfallende Flanke 17, deren Neigungswinkel innerhalb eines Bereiches von 60° bis 90° liegen kann. Diese Flanke erstreckt sich in der Löserichtung der Mutter bzw. des Schraubenkopfes.

Jede Klaue 15 besitzt eine Spitze 19, welche der äußeren Umfangsflache der Unterlagscheibe 10 näher liegt als der inneren Umfangsflache bzw. dem Schraubenlochkreis, wie aus der F i g. 5 zu ersehen ist. Die Spitzen 19 der Klauen 15 sind in rechten Winkeln zu der unteren Berührungsfläche 14 der Unterlagscheibe ausgerichtet, wie es die F i g. 5 darstellt. Sie können auch in rechten Winkeln zu der Bezugsebene der Unterlagscheibe ausgerichtet sein. Die Festziehrichtung der Mutter bzw. des Schraubenbolzens ist durch einen Pfeil A in der F i g. 5 angezeigt.

Die dreieckigen Klauen 15 in den F i g. 2 bis 5 können eine etwas andere Form noch besitzen. Eine modifiziert ausgebildete Klaue 20 ist in der F i g. 6 dargestellt. Jede dieser modifizierten Klauen 20 auf der unteren Berührungsfläche 14 besitzt eine flach und allmählich ansteigende Flanke 21 und eine steil abfallende Flanke 22. Die Richtungen dieser Flanken sind die gleichen wie bei der vorbeschriebenen Klaue 15. Die Festziehrichtung der Mutter bzw. der Schraube ist in der Fig. 6 durch den Pfeil A angegeben.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel einer Unterlagscheibe 10 ist in einer Transferpresse hergestellt Die Unterlagscheibe kann jedoch auch mit Hilfe eines Formwerkzeuges in irgendeiner anderen Weise hergestellt werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Unterlagscheibe 10 soll im folgenden anhand der F i g. 7 bis 10 erläutert werden.

In den F i g. 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel der ernndungsgemäßen Unterlagscheibe 10 zwischen einem mit einem Flansch versehenen Schraubenbolzen 30 und einem zu befestigenden Gegenstand 32 angeordnet Die Spitzen 19 der dreieckigen Klauen 15 auf der unteren Berührungsfläche 14 erstrecken sich über die Bezugsebene der Unterlagscheibe hinaus. Die Spitzen ragen dabei mit einem Abstand ii über die Bezugsebene der Unterlegscheibe hinaus. Beim alimählichen Anziehen des Schraubenbolzens 30 in Richtung auf den zu befestigenden Gegenstand 32 zu graben sich die Spitzen 19 der Feststellklauen 15 in den zu befestigenden Gegenstand 32 ein, wobei sie elastisch verformt werden. Nach Beendigung des Anziehvorganges beträgt der Abstand der Spitzen 19 der Klauen von der Bezugsebene der Unterlagscheibe ^, welcher geringer ist als der Abstand vor dem Anziehvorgang.

Die Ausnehmungen 18 auf der oberen Berührungsfläche 13 der Unterlegscheibe 10 treten bei der Drehung des Schraubenbolzens 30 nicht mit der Auflagefläche des Schraubenbolzens während des Festziehens des Schraubenbolzens in Wechselwirkung. Die Ausnehmungen 18 wirken jedoch in der Weise, daß die Bereiche 13a auf der oberen Berührungsfläche 13 der Unterlagscheibe, welche unmittelbar neben den steilen Flächen bzw. Flanken der Ausnehmungen 18 liegen, elastisch nach oben gedrückt werden. Dieser Verformungsabstand beträgt f3, wenn das Anziehen der Schraube beendet ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Schraubenbolzen 30 in die Löserichtung sich verdreht.

Die Klemmwirkungen des Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Unterlagscheibe 10 soll im folgenden noch näher erläutert werden.

Die Beziehung zwischen der notwendigen Klemmkraft P (bzw. Axialkraft) beim Anziehen einer Schraube und das Anziehdrehmoment T (im folgenden als Drehmoment Γ bezeichnet), welches zur Erzielung der notwendigen Klemmkraft P dient, kann wie folgt wiedergegeben werden:

T= K- D- P (1)

wobei

K den Drehmomentskoeffizienten,
P die notwendige Klemmkraft,
D den Schraubendurchmesser

bedeuten.

In der Gleichung (1) ist der Drehmomentskoeffizient K eine Funktion des Reibungskoeffizienten zwischen der Schraube und der benachbarten Fläche des zu befestigenden Gegenstandes sowie abhängig vom Koeffizienten, der durch die Steigung und die halben Winkel des Gewindes festgelegt ist. Es kann hierfür folgende Beziehung aufgestellt werden:

K = K, + K₂ +
Hierbei bedeuten

(2)

] die Reibungskonstante zwischen den Auflageflächen,

K.2 die Reibungskonstante zwischen den ineinandergreifenden Gewinden,

Ki eine Konstante, welche die axiale Kraft, welche für verschiedene Schraubengewinde aufzuwenden ist, berücksichtigt.

Im allgemeinen weisen diese Koeffizienten zueinander folgende Relativwerte auf:

K\: 50%
K₂: 40%
Ky. 10%

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß der Faktor, welcher am meisten das notwendige Drehmoment 7"zur Erzielung einer ausreichenden Klcmrnkraft /"beeinflußt, der Faktor K\ ist. Dieser hängt vom Reibungswiderstand im Berührungsbereich der festzuziehenden Auflageflächen ab. Der Grad der Rauheit, die Härte des Materials, die Art der Gewinde und die Ausbildung der Berührungsflächen, welche aufeinander zu liegen kommen, spielen hierbei eine Rolle. Die Zusammenhänge sind, insbesondere wenn sie mikroskopisch betrachtet werden, äußerst kompliziert. Der Wert des Drehmomentskoeffizienten K kann daher innerhalb eines breiten Bereiches liegen, welcher sich von 0,1—0,35 erstreckt. Dies gilt im wesentlichen für den Fall, daß eine Unterlagscheibe zusammen mit einer Schraube verwendet wird.

In den Fig. 7 und 8 ist die Verwendung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Unterlagscheibe 10 zur Befestigung eines Gegenstandes mittels eines mit einem Flansch versehenen Schraubenbolzens gezeigt.

Der Bolzen 30 besitzt einen Schaftdurchmesser von 10 mm. Die notwendige Klemmkraft beträgt 4000 kg (die Bolzenfestigkeit beträgt 110 kg/mm²). Der Fianschdurchmesser beträgt 20 mm. Die Unterlagscheibe besteht aus gehärtetem Stahl mit 0,6% Kohlenstoffanteil und hat einen Durchmesser von 22 mm. Die Dicke der Unterlagscheibe beträgt 1 mm und die Höhe fi beträgt 0,3 mm (dies ist der Abstand der Spitzen 19 der Klauen 15 von der Bezugsebene der Unterlagscheibe). Die zu befestigenden Gegenstände 32 bestehen aus unlegiertem Stahl, Gußeisen, Aluminiumguß f7f,-behandelt) und Duraluminiumguß. Die Ergebnisse dieser Beispiele für die Anwendung der Unterlagscheibe 10, wie sie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, sind in den Diagrammen der Fig. 9 und 10 wiedergegeben, wobei die Spannung (axiale Kraft) gegenüber dem Drehmoment aufgetragen ist. In den Fig. 9 und 10 bedeuten P die Kiemmkrafi (Tuiificfi), T₁ da Fcsizichdrehrnomeni (kg-m)und 71 die Lösekraft (kg-m).

Aus F i g. 9 ist zu ersehen, daß bei Verwendung der Unterlagscheibe 10 bei der Befestigung von Gegenständen 32 aus unterschiedlichen Materialien der Koeffizient des Festziehdrehmoments AT, in allen Fällen ist:

Koeffizient des Festziehdrehmomentes
K, = 0,242-0,255.

Wenn man andererseits Gegenstände aus unterschiedlichen Materialien wie beispielsweise Gußeisen, Stahl, Gußaluminium (Tö-behandelt) und Duraluminiumguß lediglich unter Verwendung eines mit einem Flansch versehenen Schraubenbolzens ohne Unterlagscheibe gemäß der Erfindung befestigt, ergeben sich die =. in der F i g. 10 angegebenen Beziehungen zwischen dem Drehmoment und der Spannung (axiale Kraft). Die Koeffizienten der Festziehdrehmomente K, hierfür sind:

Kt für Gegenstände aus Gußeisen und
in Stahl 0,180-0,215

K₁ für Gegenstände aus Gußaluminium
(T6-behandelt) 0,200-0,266

K, für Gegenstände aus Duraluminiumguß
(eine Befestigung war nicht möglich) 0,180—0,350

WePiO weiterhin herkömmliche flache Unterlagscheiben und herkömmliche konische federnde Unterlagscheiben mit dem gleichen Durchmesser wie die federnde Unterlagscheibe 10 gemäß der Erfindung, jedoch ohne Klauen 15 verwendet worden sind, ergab sich häufig ein sogenannter »Schlupf« zwischen den Berührungsflächen der herkömmlichen Unterlagscheiben und den zu befestigenden Gegenständen. Die Werte für die Koeffizienten der Festziehdrehmomente waren in einigen Fällen unter den im vorstehenden angegebenen Bereichen.

Es hat sich herausgestellt, daß das Verhältnis von Lösedrehmoment zu Festziehdrehmoment T\IT_X etwa 70—80% für konische federnde Unterlagscheiben 10

3n gemäß der Erfindung beträgt und 50—60% für herkömmliche Unterlagscheiberi. Hieraus wird deutlich, daß die konische Unterlagscheibe 10 gemäß der Erfindung eine hohe Widerstandskraft gegenüber Lösen der Schraube bzw. Mutter aufweist.

γ-, Die konische federnde Unterlagscheibe 10 gemäß der Erfindung kann auch durch einen einfachen Preßvorgang aus einem dünnen Blechmaterial oder aus Duraluminium für Federn oder aus einer Kupferlegierung aus rostfreiem Stahl und dgl. hergestellt werden.

Die Abmessungen der konischen Federnden Unterlagscheibe gemäß der Erfindung hängt von den Abmessungen, von der Stärke, von der notwendigen Klemmkraft, dem notwendigen Auflagedruck des Schraubenbolzens ab, und die konische federnde Unterlagscheibe kann dementsprechend bemessen werden.

Die Klauen 15 der konischen federnden Unterlagscheibe 10 befinden sich auf der unteren Berührungsfläche 14. Sie weisen zueinander gleiche Abstände auf. Es können beispielsweise vier bis neun Klauen vorgesehen

so sein. Die Klauen 15 können als wirkungsvolle Markierungen bei der Steuerung bzw. Überwachung des Anziehens von Schrauben bzw. Muttern dienen, da sie bei der Anwendung der sogenannten Drehwinkelmethode vorteilhaft sind. Wenn man beispielsweise sechs Klauen 15 an der unteren Berührungsfläche 14 im gleichen Abstand voneinander vorsieht, beträgt der Winkelabstand zwischen benachbarten Klauen 15 60°. Wenn die Klauen 15 in unterschiedlichen Winkelabständen, wie beispielsweise 30°, 60°, 90° und 120° angeordnet sind, eignen sie sich vorzüglich zur Bestimmung des Rotationswinkels.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Konische Federunterlagscheibe zur Anordnung zwischen einem Befestigungsmittel, wie einer Schraube oder einer Mutter, und einem zu befestigenden Teil, mit oberen und unteren Kontaktflächen, die in Berührung mit entsprechenden Flächen des Befestigungsmittels und des zu befestigenden Teils kommen und mit mehreren Klauen, die an der unteren Kontaktfläche vorstehen, wobei jede Klaue von einer dreieckigen, V-förmigen, in die obere Berührungsfläche eingedrückten Vertiefung gebildet wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

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