Wann sollten Sie self verwenden

Von Mary Gannon | 26. Februar 2018

Passende Schraubenanwendungen, die eine sichere Befestigung erfordern, können auf selbstsichernde Sicherungsmuttern zurückgreifen, die das Gewinde selbstsichern, um ein Lösen zu reduzieren, und wiederholt entfernt werden können, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Von Michael J. Rossi, Marketing Services Supervisor, PennEngineering

Bei allen Maßnahmen wird erwartet, dass die für die Befestigung von Komponenten spezifizierte Hardware im Betrieb zuverlässig funktioniert. Aber manchmal gefährden anwendungsbedingte Faktoren – Vibrationen, Temperaturwechsel oder andere störende Kräfte – Verbindungselemente. Insbesondere bei Gegenschrauben können solche Kräfte dazu führen, dass sich diese lösen und möglicherweise zum Versagen der Befestigung führen. Wie können Designer solche Probleme verhindern?

Selbstsichernde Sicherungsmuttern mit vorherrschendem Drehmoment enthalten ein Nylon-Sechskantelement, das als Option für den Verriegelungsmechanismus angeboten wird.

Selbstsichernde Sicherungsmuttern bieten Lösungen in vielerlei Hinsicht. Sie „verriegeln“ effektiv die Gewinde der passenden Schrauben und eliminieren so jegliches Risiko, dass sich die Schrauben mit der Zeit lösen, unabhängig von den Anwendungskräften. Darüber hinaus ermöglichen die Sicherungsmuttern das wiederholte Entfernen und Wiederanbringen von Schrauben, ohne dass die Leistung der Gewindesicherung beeinträchtigt wird. Und im Gegensatz zu chemischen Sicherungsmethoden oder Flicken erfordern Sicherungsmuttern während des Montageprozesses keine zusätzlichen Produktionsschritte und/oder Materialien, was nebenbei Zeit und Geld spart.

Über ihre zentrale Funktion hinaus, äußeren Kräften standzuhalten und passende Hardware sicher zu halten, bieten selbstklemmende Sicherungsmuttern dank der selbstklemmenden Technologie noch eine weitere Ebene der Zuverlässigkeit. Nach der Installation werden die Sicherungsmuttern zu dauerhaften und integralen Bestandteilen einer dünnen Metallbaugruppe, lösen sich nicht und fallen nicht heraus, müssen nie mit einem Werkzeug an der Drehung gehindert werden und müssen nie wieder angefasst werden.

Bestimmte Arten von selbsteinklemmenden Sicherungsmuttern bieten je nach Design darüber hinaus spezifische Vorteile. Einige integrieren schwebende Fäden, um Fehlausrichtungen auszugleichen; Miniaturversionen zeichnen sich durch eine kleinere Stellfläche aus und bieten Platz für kleinere Designumschläge; und andere erreichen eine besonders hohe Klemmfestigkeit. Das Universum der selbsteinklemmenden Sicherungsmuttern wird je nach Anwendungs- und Marktanforderungen ständig erweitert.

VerriegelungsmechanismenBei der Bewertung selbsteinklemmender Sicherungsmuttern für eine Anwendung können Konstrukteure beginnen, das Feld einzugrenzen, indem sie zwei Hauptkategorien berücksichtigen: Sicherungsmuttern mit vorherrschendem Drehmoment (in vielen Variationen) und freilaufende Typen.

Selbstsichernde Sicherungsmuttern mit vorherrschendem Drehmoment umfassen Ganzmetallausführungen sowie Sicherungsmuttern mit integrierten Kunststoffeinsätzen (normalerweise Nylon).

Ganzmetallausführungen „hemmen“ die Gewinde der passenden Hardware selbst, indem sie die Form der Mutter während der Herstellung grundlegend ändern, um eine Schraube beim Anziehen festzuhalten. Eine gängige Methode ist das gezielte Verdrehen des Muttergewindes. Je nach Typ können die Gewindegänge der Mutter elliptisch gequetscht sein (wodurch der Gewindezylinder leicht in eine elliptische Form verformt wird), biegsame Backen können durch vertikales Schlitzen des Gewindezylinders und Zusammendrücken der beiden Abschnitte oder eines oder zweier der letzten Gewindegänge erzeugt werden Die Kopfseite der Mutter kann deformiert sein.

Das besondere Konstruktionsmerkmal von Ganzmetall-Sicherungsmuttern mit vorherrschendem Drehmoment erzeugt Reibung zwischen den Gewindegängen der zusammenpassenden Teile und erhöht dadurch die zum Anziehen und Lösen der Mutter erforderliche Kraft. Vorherrschende Drehmoment-Sicherungsmuttern behalten im Wesentlichen den gleichen Drehmomentwert bei, unabhängig von der Höhe der aufgebrachten Axiallast, und wurden so konstruiert, dass sie eine Gewindesicherungsleistung von bis zu 15 Zyklen bieten.

Selbstsichernde, freilaufende Sicherungsmuttern mit modifiziertem Gewindewinkel sorgen für eine vibrationssichere Funktion.

Selbstsichernde Sicherungsmuttern mit vorherrschendem Drehmoment und Nyloneinsätzen erzeugen einen Drehmomentwiderstand, indem ein Kunststoffeinsatz als Sicherungselement verwendet wird.

Der Einsatz wird während der Herstellung in den selbstklemmenden Körper der Mutter auf der Schraubenaustrittsseite eingefügt (wobei der Innendurchmesser des Einsatzes ungefähr dem Schraubensteigungsdurchmesser entspricht). Wenn die Schraube in den Einsatz eindringt, erzeugt das resultierende Übermaß am Hauptdurchmesser ein vorherrschendes Drehmoment. Ein großer Vorteil dieser Verriegelungsmethode besteht darin, dass das Risiko, dass sich beim wiederholten Entfernen und Wiedereinsetzen einer Schraube leitende Ablagerungen bilden, erheblich verringert wird. Auch diese können eine Schraubensicherungsleistung von bis zu 15 Zyklen bieten.

Im Gegensatz zu den vorherrschenden Drehmomenttypen müssen selbstsichernde, freilaufende Sicherungsmuttern aus Ganzmetall gegen eine Auflagefläche angezogen werden, damit der Verriegelungsmechanismus funktioniert.

Eine modifizierte Gewindeausbildung an der belasteten Flanke dieser Befestigungselemente sorgt für eine vibrationsbeständige Verriegelung und ermöglicht, dass sich die passenden Schrauben während des Befestigungsvorgangs frei drehen, bis während des Schraubenanziehvorgangs eine Klemmkraft erzeugt wird. Die ausgeübte Klemmkraft greift dann in die vibrationsbeständige Verriegelungsfunktion der Sicherungsmutter ein, die die Gegenschraube an Ort und Stelle arretiert. (Wenn die Klemmkraft aus irgendeinem Grund entfernt wird, bieten die Muttern keinen Torsionswiderstand mehr gegen Drehung.) Die Wiederverwendbarkeit der Verriegelungsfunktion wird durch die Anzahl der Ein-/Ausschaltzyklen nicht beeinträchtigt.

Unabhängig vom Typ der Sicherungsmutter sollten Konstrukteure stets die potenziellen Auswirkungen bestimmter Anwendungsbedingungen berücksichtigen, um eine optimale Leistung der Sicherungsmuttern im Betrieb zu erzielen. Beispielsweise können Sperrfunktionen Temperaturbeschränkungen unterliegen. Sicherungsmuttern mit Nyloneinsätzen haben im Allgemeinen eine empfohlene Temperaturgrenze von 250 °F (oder 120 °C), bevor die Festigkeit der Sicherungsfunktion beeinträchtigt wird. Ganzmetall-Sicherungsmuttern wiederum können in der Regel auf höhere Temperaturen erhitzt werden, ohne dass die Sicherungsfestigkeit beeinträchtigt wird. Höhere Temperaturen können jedoch zu Sprödigkeit und verringerter Korrosionsbeständigkeit führen.

Permanentes Clinchen Die Selbsteinpresstechnik bietet eine große Hilfe in der Welt der Verbindungselemente im Allgemeinen und der Sicherungsmuttern im Besonderen. Selbstklemmende Verbindungselemente in all ihren vielen Arten und Variationen bieten dauerhafte und wiederverwendbare tragende Gewinde zur Aufnahme von Gegenstücken in duktilen Metallblechen, die zu dünn zum Gewindeschneiden sind, oder dort, wo extrudierte oder gestanzte Gewinde unpraktisch wären.

Neben anderen Vorteilen ermöglichen sie das Entfernen und erneute Anbringen von Komponenten, wann immer dies für den Zugang oder die Wartung erforderlich ist, und können die Menge der erforderlichen Befestigungsteile drastisch reduzieren oder ganz eliminieren. Weniger Teile führen zu leichteren Designs und weniger Hardware in einer Baugruppe führt zu Einsparungen bei der Produktzeit und -kosten.

Selbstklemmende Befestigungselemente lassen sich leicht installieren (normalerweise während des Herstellungsprozesses), indem man sie in ein Loch mit der richtigen Größe drückt und dann mit einer Presse ausreichend Presskraft ausübt. Dieser Prozess führt dazu, dass verdrängtes Metallblechmaterial kalt in eine ringförmige Aussparung im Schaft oder Ansatz des Befestigungselements fließt und das Befestigungselement dauerhaft in der Baugruppe fixiert. Eine Rändelung oder ein ähnliches Merkmal verhindert, dass sich das Befestigungselement im Metall dreht, wenn ein Anzugsdrehmoment auf die passende Hardware ausgeübt wird, wie z. B. Schrauben im Fall von Sicherungsmuttern.

Einzigartige Technik

Selbstsichernde Sicherungsmuttern mit vorherrschendem Drehmoment und einer speziell entwickelten „TRI-DENT“-Sicherungsfunktion bieten eine kostengünstige Sicherungslösung.

Jede Anwendung wird durch unterschiedliche Anforderungen gekennzeichnet sein und innerhalb der gesamten Familie der selbsteinpressenden Sicherungsmuttern können einzigartig konstruierte Optionen spezifiziert werden, um den Herausforderungen gerecht zu werden.

Profile von drei (unter vielen) einzelnen Typen von selbstklemmenden Sicherungsmuttern für dünne Metallbaugruppen veranschaulichen das Sortiment und die Möglichkeiten. Sicherungsmuttern mit „flexiblen Backen“ verkörpern ein Design, das sich besonders für anspruchsvolle Anwendungen eignet. Diese Befestigungselemente verwenden zwei robuste, halbkreisförmige, flexible Backen (anstelle mehrerer weniger unterstützter Segmente), um einen besseren Halt zu erreichen und eine Entspannung und Lockerung des Befestigungselements im Laufe der Zeit zu verhindern. Das Design schützt darüber hinaus das Gewinde einer Gegenschraube: Die durch nur zwei Unterbrechungen eines gesamten Umfangs erzielten Abstände – zusammen mit der Spreizung der Backen durch die eintretende Schraube – minimieren die Möglichkeit einer Gewindebeschädigung. Eine Schulter sorgt zusätzlich für eine erhöhte Durchzugsleistung und einen sicheren Halt beim Einbau. Die Biegewirkung ihrer Verriegelungsfunktion dient dazu, eine wiederholte Verwendung und ein effektives Verriegelungsdrehmoment zu ermöglichen.

Sicherungsmuttern mit schwimmendem Gewinde ermöglichen eine Anpassung von bis zu 0,030 Zoll oder 0,76 mm bei Fehlausrichtung der Passbohrung. Zusätzliche Festigkeit und Halt in der Baugruppe werden durch das Gewinde der schwimmenden Mutter erreicht, das in den Halteschaft des Befestigungselements hineinragt.

Miniatur-Sicherungsmuttern sind relativ leicht, benötigen weniger Platz und können in einer Reihe besonders kleiner Gewindegrößen spezifiziert werden – was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen es auf Größe und Gewicht ankommt. Ein stabiler, gerändelter Kragen, der beim Einbau in ein Trägerblech eingebettet wird, verhindert ein Verdrehen der Befestigungselemente im Blech. Der Drehmoment-Aus-Widerstand der Rändelung übersteigt das Drehmoment, das durch die Selbsthemmung ausgeübt werden kann, bei weitem.

Wie diese Beispiele veranschaulichen, wurden selbstsichernde Sicherungsmuttern für nahezu jede Anwendung entwickelt, bei der die Sicherung einer passenden Schraube zwingend erforderlich ist. Als bewährtes Verfahren kann die Entscheidungsfindung zur Identifizierung des richtigen Sicherungsmuttertyps für eine Anwendung durch die Einbindung interner technischer und technischer Ressourcen eines Lieferanten frühzeitig in der Entwurfsphase gestärkt werden. Der Support kann letztendlich dazu beitragen, zuverlässige Anwendungsergebnisse sicherzustellen.

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