DE68902793T2 - Sicherungsvorrichtung fuer befestigungselemente mit gewinde. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Patentanmeldung ist eine continuation- in-part (Fortsetzungsanmeldung) der Anmeldung Serial No. 060,901, eingereicht am 12. Juni 1987 und betrifft eine Sicherungseinrichtung für eine Schraubenverbindung.
Hintergrund der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung mit einer Sicherungscheibe, die so mit einer Sechskantmutter verbunden ist, daß die Mutter entweder in einer Richtung gedreht werden kann, um sowohl die Mutter als auch die Scheibe auf einem Werkstück anzuziehen, oder mit der Scheibe zusammen in der entgegengesetzten Richtung, um sowohl die Mutter als auch die Scheibe vom Werkstück zu lösen. Die Scheibe sitzt so auf einem an der Mutter angeordneten Einsatz, daß die Scheibe beim Montieren am Werkstück nicht umgedreht werden kann.
• Sicherungsscheiben sind entweder einzeln oder paarweise im allgemeinen an der Unterseite eines Bolzenkopfes oder gemeinsam mit einer Mutter montiert, wenn das Werkstück Vibrationen unterliegt. Einige Vibrationen haben die Tendenz, eine Längung des Bolzens oder des Zapfens zu verursachen, auf welchem herkömmliche Scheiben montiert sind, und dadurch die Mutter zu lösen. Sicherungsscheiben haben hingegen die Tendenz, fest zu bleiben, da sie zwei einander gegenüberliegende Nockenflächen aufweisen, die sich gegeneinander verdrehen und damit eine Anpassung an jede Längung oder Kürzung des Bolzens bewirken.
• Eine derartige Sicherungsanordnung ist in dem US-Patent 4,134,438 dargestellt, das am 16. Januar 1979 für Bengt O. Frieberg und Arthur B. Herpolsheimer erteilt wurde.
• Sicherungsringe werden in der Industrie üblicherweise verwendet; es hat sich jedoch eine Reihe von Problemen ergeben. Wenn die Scheiben bei einer industriellen Anwendung von verhältnismäßig ungeübten Hilfskräften verwendet werden, so werden sie gelegentlich in einer umgedrehten Position montiert derart, daß die Nockenflächen sich nicht einander gegenüberliegen. Wenn sie in dieser Weise montiert werden, verlieren sie ihre Primärfunktion, auf Änderungen der Bolzenlänge zu reagieren.
• Ein anderes Problem besteht darin, daß dann, wenn Sicherungsscheiben mit einer kreisförmigen Außenkante in ihrer Position blockiert sind, der Bolzen nicht gelöst werden kann. Jeder Versuch, die Mutter oder den Bolzen auf der gleichen Seite des Werkstückes, auf der sich die Scheiben befinden, loszuschrauben, macht die Anordnung einfach nur noch fester. Das abgewandte Ende des Bolzens oder des Zapfens ist gewöhnlich auf der Rückseite des Werkstückes. Wenn es zugänglich ist, kann der Anwender die Anordnung lösen. Wenn jedoch das abgewandte Ende des Bolzens oder Zapfens nicht zugänglich ist, muß der Anwender entweder die Mutter oder den Bolzenkopf zerstören, um diese vom Werkstück zu entfernen.
• Im Stand der Technik ist es schon nahegelegt, daß, um ein Lösen einer Mutter bei herkömmlichen, nicht gesicherten Anwendungen zu verhindern, an der Mutter ein gebördelter Endabschnitt angeformt wird, um die Scheibe zu halten. Eine derartige Anordnung ist in dem US-Patent 2,257,479 dargestellt, welches am 30.09.41 für Carl G. Olson erteilt wurde, und in dem US-Patent 4,362,449, welches am 07.12.82 für Emil J. Hlinsky erteilt wurde. Diese Anordnung bildet jedoch eine permanente Befestigungsvorrichtung.
• Sicherungsscheiben mit der gleichen Umfangsform wie die damit zusammenwirkende Mutter, d.h. eine sechsseitige Form, sind in US-Patent Nr. 3,417,802 dargestellt, welches am 24.12.68 für Carl O. Oldenkott erteilt wurde. Es gibt jedoch keinen Vorschlag für den Befestigungstyp, bei welchem die Scheibe von der Mutter vor der Montage am Werkstück nicht zu trennen ist.
• Eine andere Sicherungsscheibenanordnung ist in US-Patent Nr. 3,263,727 dargestellt, das am 02.08.66 für Arthur B. Herpolsheimer erteilt wurde. Diese Befestigung schlägt ebenfalls nur trennbare Muttern und Scheiben vor.
• GB-A-907,826 zeigt und beschreibt eine Befestigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei der Befestigungskörper und der Sicherungsscheibe zwei getrennte Teile bilden, die auf unterschiedliche Weise zusammengesteckt und montiert werden können, wobei nur eine Weise korrekt ist. Durch ungeübte Personen können die Scheiben in einer umgedrehten Position montiert werden, so daß die Nockenflächen sich nicht gegenüberliegen. Ein anderes Problem entsteht dadurch, daß die Scheiben von der Befestigungsmutter getrennt werden und verlorengehen können; in diesem Fall kann auch die Mutter nicht mehr verwendet werden. Außerdem sind die beiden getrennten Teile während der Montage schwierig zu handhaben.
• Die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Befestigungsvorrichtung zu schaffen, bei der eine Sicherungsmutter mit einer Sicherungsscheibe mittels eines Einsatzes verbunden ist, welcher aus der Mutternöffnung herausragt. Die Scheibe ist auf dem Einsatz so montiert, daß dieser gegenüber der Scheibe verdrehbar sowie axial in eine Position verschiebbar ist, bei der die zusammenwirkenden Nockenelemente auf einander zwischen der Scheibe und der Mutter gegenüberliegenden Flächen voneinander getrennt sind. Die Nockenelemente sind so angeordnet, daß dann, wenn die Mutter angezogen wird, die Nockenelemente miteinander in Eingriff kommen, so daß die Mutter die Scheibe verdreht.
• Sowohl die Scheibe als auch ein Abschnitt der Mutter haben eine Sechskant-Konfiguration, so daß die Scheibe durch einen Schraubenschlüssel in der Löserichtung verdreht werden kann, um sowohl die Scheibe als auch die Mutter vom Werkstück zu lösen.
• Diese Anordnung beseitigt das Problem, welches das Entfernen der Mutter von einem Bolzen betrifft, nachdem diese an einem Werkstück in einer Stellung befestigt worden sind, bei der das abgewandte Ende des Bolzens für den Anwender nicht zugänglich ist. Die Mutter muß nicht zerstört werden, um die Befestigungsvorrichtung vom Werkstück zu entfernen.
• Die Scheibe hat eine erweiterte kreisförmige Basis, um die Fläche zwischen der Scheibe und dem Werkstück zu vergrößern. Vorzugsweise sind auf der Fläche der Scheibe Zähne angeordnet, welche in das Werkstück eingreifen und den Halt zwischen der Scheibe und dem Werkstück verbessern.
• Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, bei einem Rückgriff auf die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung.
Beschreibung der Zeichnungen
• Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen sich bei den unterschiedlichen Ansichten jeweils auf gleiche Teile beziehen; es zeigen:
• Figur 1 eine Ansicht, bei der eine Befestigungsvorrichtung, die die Erfindung beeinhaltet, auf einem Werkstück angezogen wird;
• Figur 2 eine Ansicht ähnlich der Figur 1, wobei jedoch ein Schraubenschlüssel sowohl an der Mutter als auch an der Scheibe angreift, um die Vorrichtung vom Werkstück zu lösen;
• Figur 3 eine Schnittdarstellung der Mutter-/Scheibenanordnung;
• Figur 4 eine Ansicht der Oberseite der Mutter;
• Figur 5 eine Ansicht der Unterseite der Mutter entlang der Linie 5-5 in Figur 3;
• Figur 6 eine Ansicht der Oberseite der Scheibe;
• Figur 7 eine Ansicht der Unterseite der Scheibe;
• Figur 8 eine vergrößerte Darstellung eines der an der Scheibe ausgebildeten Zähne;
• Figur 9 eine Teilansicht der einander gegenüberliegenden Nockenelemente.
• Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigen die Figuren 1-2 eine im ganzen mit 10 bezeichnete Befestigungseinrichtung, die auf einem Gewindebolzen 12 montiert ist, der an einem Werkstück 14 angebracht wird.
• Ein Schraubenschlüssel 16 wird zum Anziehen der Befestigungseinrichtung auf dem Bolzen im Uhrzeigersinn verwendet, wie Figur 1 zeigt, wobei auf das Werkstück eine Belastung aufgebracht wird. Der Schraubenschlüssel wird in der entgegengesetzten Richtung gedreht, wie in Figur 2 dargestellt ist, um die Befestigungseinrichtung zu lösen und die Belastung vom Werkstück zu nehmen.
• Mit Bezug auf die Figuren 1-3 umfaßt die Befestigungseinrichtung eine Mutter 20 mit einem damit fest verbundenen Einsatz 22, sowie eine Sicherungsscheibe 24.
• Mit Bezug auf die Figuren 3, 4 und 5 hat die Mutter eine sechsseitige herkömmliche, hexagonale Außenkonfiguration 28, an der der Schraubenschlüssel 16 mit einer herkömmlichen Aufiiahmeöf fnung für die Mutter angreift. Die Mutter hat eine Innenöffnung 30 mit einer Gewindeanordnung 32, die im wesentlichen in einer zylindrischen Anordnung um eine Drehachse 34 herum ausgebildet ist.
• Die Mutter hat einen Mutternkörper 36 mit einer Unterfläche 38, die Nockeneingriffsmittel trägt, wie in den Figuren 5 und 9 dargestellt ist. Die Nockeneingriffsmittel umfassen sechs Nockenelemente 40A-40F, die unmittelbar aneinander grenzen und die jeweils eine geneigte Stirnfläche 40 und eine rückwärtige geneigte Nokkenfläche 42 aufweisen. Jede geneigte Fläche 40 ist an einer Ecke der hexagonalen Mutternkonfiguration angeordnet. Die Breite jedes Nockenelementes erstreckt sich von der zentralen Öffnung bis zur Hexagonalecke. Die Oberseitenflächen des Befestigungskörpers ist bei 44 abgeschrägt und bildet eine Nase zur Aufnahme von Roboterbefestigungseinrichtungen.
• Der Einsatz 22 hat eine zylindrische Form und ein abgebördeltes, ringförmiges äußeres Ende 46.
• Die Figuren 3 sowie 6-9, zeigen die Scheibe 24. Die Scheibe 24 hat eine Nockenfläche 50, die der Mutternfläche 38 gegenüberliegt. Die Fläche 50 hat sechs Nokkeneingriffselemente 52A-F. Jedes Nockeneingriffselement hat eine geneigte Fläche 54 und eine Stirnfläche 56. Jede Stirnfläche 56 legt sich an eine zugeordnete Stirnfläche 40 der Mutter an, wie in Figur 9 dargestellt ist. Die geneigten Nockenflächen der Scheibe sind so ausgelegt, daß sie sich gleitend an die geneigten Nockenflächen der Mutter anlegen, wenn die Mutter und die Scheibe in Kontakt sind. Wenn die Scheibe an der Mutter angreift, dreht die Mutter die Scheibe, wenn sie im Uhrzeigersinn verdreht wird, wie Figur 1 zeigt. Die Scheibe dreht hingegen die Mutter, wenn die Scheibe in der entgegengesetzten Richtung verdreht wird.
• Der obere äußere Abschnitt der Scheibe hat eine hexagonale Konfiguration 60 mit dem gleichen Durchmesser wie die hexagonale Konfiguration 28 der Mutter. Der Durchmesser der hexagonalen Konfiguration 60 kann jedoch auch größer oder kleiner als die Mutter sein, so lange die Scheibe durch einen Schraubenschlüssel erfaßt werden kann, um die Scheibe vom Werkstück zu lösen. Vorzugsweise ist die hexagonale Konfiguration der Scheibe die gleiche wie die der Mutter, so daß ein einziger Schraubenschlüssel 16 sowohl die Scheibe als auch die Mutter erfassen kann, wenn deren Hexagonalecken zueinander ausgerichtet sind.
• Die Scheibe hat eine zentrale Öffnung 62, die verschiebbar auf dem zylindrischen Einsatz sitzt.
• Jedes Nockenelement an der Schreibe erstreckt sich von der Öffnung 62 zu einer Ecke der hexagonalen Konfiguration.
• Die abgewandte Fläche 70 der Scheibe ist im wesentlichen parallel zur Nockenfläche 50 und bildet die untere Fläche einer ringförmigen Lippe 72, welche die Eingriffsfläche zwischen der Scheibe und dem Werkstück vergrößert. Die Fläche 70 hat acht Eingriffszähne 74A- G, die mit gleichem Abstand über die untere Seite der Scheibe verteilt sind. Jeder der Eingriffszähne hat eine Fläche 76, die senkrecht zur Fläche der Scheibe steht, und eine geneigte Fläche 78, die mit einem Winkel von etwa 30º bezüglich der Fläche 70 ausgebildet ist, wie am besten in Figur 8 dargestellt ist.
• Mit Bezug auf die Figuren 3-6 ist die Öffnung 62 bei 78 erweitert und bildet eine größere Öffnung. Die Öffnung 62 hat einen Durchmesser, welcher mit der Möglichkeit einer Verschiebung dem Durchmesser des Einsatzes angepaßt ist, jedoch kleiner als der Durchmesser des abgebördelten äußeren Endes 46 ist. Der Durchmesser der Öffnung 78 ist geringfügig größer als das abgebördelte Ende 46, so daß dieses an eine Ringschulter 80 anstößt, wenn die Scheibe auf dem Einsatz seine Verschiebegrenze erreicht.
• Die Scheibe ist demnach in Richtung zur Mutter bis zu einer Eingriffsposition verschiebbar, bei der die Nokkenelemente an der Scheibe in die Nockenelemente an der Mutter eingreifen. In dieser Position können die Mutter und die Scheibe entweder in entgegengesetzter Richtung oder gemeinsam in der gleichen Richtung gedreht werden, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Die Scheibe ist in eine Trennstellung verschiebbar, bei der die zusammenwirkenden Nockenelemente voneinander gelöst sind, so daß die Scheibe um den Einsatz herum verdreht werden kann.
• Die Befestigungsvorrichtung wird auf dem Bolzen 12 montiert, wie in Figur 1 dargestellt ist. Der Schraubenschlüssel 16 greift an der Mutter an und dreht diese im Uhrzeigersinn, so daß sie über die Scheibe eine Belastung auf das Werkstück aufbringt, wenn die Nockenelemente an der Mutter in die Nockenelemente an der Scheibe eingreifen. Die Mutter kann dann nicht in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden. Vibrationen, die den Bolzen längen oder die Tendenz haben, die Mutter zu lösen, bewirken vielmehr, daß die Nockenflächen der zusammenwirkenden Nockenelemente sich so verstellen, daß die Scheibe fester wird. Der Grund liegt darin, daß der Nockensteigungswinkel an den Nockenelementen größer als der Steigungswinkel des Mutterngewindes ist. Jede Tendenz der Mutter, sich zu lösen, bewirkt, daß die Scheibe zwischen der Mutter und dem Werkstück verkeilt wird.
• Die Befestigungsvorrichtung kann dann jeweils durch Ansetzen des Schraubenschlüssels an die hexagonale Konfiguration der Scheibe und Drehen derselben in Löserichtung gelöst werden, wodurch wiederum auch die Mutter verdreht wird. Die Mutter und die Scheibe müssen so zueinander ausgerichtet sein, daß der Schraubenschlüssel 16 sowohl die Mutter als auch die Scheibe erfassen und diese in Löserichtung verdrehen kann.
• Die große Basis der Mutter bildet eine beträchtliche Oberfläche zur Anlage am Werkstück und macht sie geeigneter für eine wirkungsvolle und feste Sicherung der Mutter in ihrer Stellung, als dies durch vergleichbare Muttern mit einem herkömmlichen Hexagonaldurchmesser erreicht werden kann.
• Nach dieser Beschreibung wird beansprucht:

Claims (10)

1. Befestigungsanordnung zum lösbaren Aufbringen einer Kraft auf die Oberfläche eines Werkstücks, umfassend einen mit einem Gewinde versehenen Befestigungskörper und eine Sicherungs-Scheibe, wobei der Befestigungskörper (36) eine um eine Achse angeordnete innere Öffung hat, sowie ein in der Öffnung (30) um die Achse in einer im allgemeinen zylindrischen Anordnung ausgebildetes Gewinde (32); wobei der Befestigungskörper (36) eine erste Struktur (28) hat, in die ein Werkzeug (16) eingreifen kann, um den Befestigungskörper um die Achse entweder in einer ersten Richtung zum Spannen desselben gegen ein Werkstück (14) oder in die entgegengesetzte Richtung zum Lösen desselben vom Werkstück (14) zu drehen;

wobei der Befestigungskörper (36) eine Nockenfläche (38) mit einem Nockenelement (40A-40F) hat;

und wobei die Sicherungs-Scheibe (24) eine zentrale Öffnung (62), eine Nockenfläche (50) mit einem Nockenelement (52A-52F) und eine Struktur hat, in die ein Werkzeug (16) eingreifen kann, um die Scheibe (24) um die Achse mit dem Befestigungskörper (36) zum Lösen desselben vom Werkstück (14) zu drehen;

dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungskörper (36) eine sich von ihm axial erstreckende Einfassung (22) hat; daß die Öffnung (62) der Scheibe so auf der Einfassung (22) montiert ist, daß sie um die Achse gedreht werden kann, daß die Scheibe (24) längs der Einfassung (22) zu einer ersten axialen Position und um einen Abstand axial bewegbar ist, der für das Nockenelement auf der Scheibe (24) ausreicht, um das Nockenelement auf dem Befestigungskörper (36) passieren zu lassen, wenn die Scheibe (24) auf der Einfassung (22) um die Achse gedreht wird;

daß das Nockenelement (52A-52F) auf der Sicherungsscheibe (24) auf der Einfassung (22) zu einer zweiten axialen Position axial bewegbar ist, in der es mit dem Nockenelement (40A-40F) auf dem Befestigungskörper (36) zum Zusammenwirken mit demselben in Eingriff gebracht werden kann, um die Scheibe (24) gegen ein Verdrehen bezüglich des Befestigungskörpers (36) zu verriegeln, und dar die Einfassung (22) und die Sicherungs-Scheibe (24) ineinandergreifende Mittel (46) haben, die ein Trennen der Sicherungs-Scheibe (24) von der Einfassung (22) verhindern.

2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in ein Werkzeug eingeifende Struktur auf dem Befestigungskörper (36) und der Scheibe (24) mit dem selben Werkzeug zum Lösen derselben in Eingriff gebracht werden können.

3. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ein Werkzeug eingreifende Struktur auf dem Befestigungskörper (36) eine sechsseitige Struktur ist.

4. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in ein Werkzeug eingreifende Struktur auf der Sicherungs- Scheibe (24) eine sechsseitige Struktur ist.

5. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (24) eine Dicke hat, die größer als die axiale Länge der Einfassung (22) ist.

6. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in ein Werkzeug eingreifende Struktur auf der Scheibe (24) und die auf dem Befestigungskörper (36) angepaßt sind, gleichzeitig mit einem Mutternschlüssel in Eingriff gebracht zu werden.

7. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Abschnitt der Scheibe (24) eine in ein Werkzeug eingreifende hexagonale Sektion mit einem ersten Durchmesser hat, und daß ein zweiter Abschnitt der Scheibe (24) eine kreisförmige Anordnung mit größerem Durchmesser hat, wobei der zweite Abschnitt mit dem Werkstück (14) in Eingriff gebracht werden kann.

8. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungskörper (36) und die Scheibe (24) zusammenwirkende axial gerichtete Nockenflächen (38,50) haben, die einander gegenüberstehen und die jeweils keilförmige Nockenmittel mit Vorderseiten, die ineinandergreifen, wenn der Befestigungskörper (36) in Spannrichtung gedreht wird, sowie geneigte Rampenflächen mit einem Anstiegswinkel größer als der Steigungswinkel des Gewindes (30) des Befestigungskörpers (36) haben.

9. Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (24) einen ersten Körperabschnitt sowie einen innen ausgebildeten zweiten Körperabschnitt hat, wobei der erste Körperabschnitt geformt ist, einen Treibkopf, der die Nockenfläche (50) aufweist, sowie mehrere vertikale Seitenflächen (60) zu bilden, die mit einem Mutternschlüssel in Eingriff gebracht werden können, und wobei der zweite Körperabschnitt durch ein vergrößertes, radial verlaufendes Flanschelement (72) gebildet ist, das eine im wesentlichen flache Reibeingriffsfläche (70) hat, die angepaßt ist, mit der Fläche eines Werkstücks (14) in Eingriff zu kommen, an dem der mit dem Gewinde versehene Befestigungskörper befestigt ist.

10. Befestigungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibeingriffsfläche (70) eine ringförmige Fläche ist, die im allgemeinen parallel zur Nockenfläche (50) der Scheibe (24) verläuft und der Nockenfläche (50) gegenüberliegt und die eine äußere, im allgemeinen kreisförmige, umlaufende Umrandung hat, deren Durchmesser mindestens so groß ist wie der der werkzeugeingreifenden Struktur auf der Sicherungs- Scheibe (24) und deren Innendurchmesser mindestens so groß wie der Durchmesser der Öffnung (30) des Befestigungskörpers ist, wobei die Einfassung (22) und die Scheibe (24) ineinandergreifende Mittel (46, 80) haben, um ein Trennen der Scheibe (24) von der Einfassung (22) zu verhindern.