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Mehrfach verwendbare, gegen Verdrehen gesicherte Berestigungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Befestigungsvorrichtungen und insbesondere
solche mit Schrauben und Muttern, bei denen ein Reibschluss mit Bauelementen vorliegt.
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In der Vergangenheit hat man sich verjüngende Befestigungsbolzen in
ebenfalls sich verjüngenden Durchgängen des Werkstücks verwendet. Das Bohren konischer
Löcher ist jedoch problematisch und im allgemeinen wegen der zu hohen Kosten unerwünscht.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Kegelstiften in kegeligen oeffnungen
und auch bei der Verwendung gerader Schäfte in sich nicht verjüngenden Bohrungen
ist das Drehen des Schafts im Loch beim Anziehen der Mutter. Wenn diese Drehung
nicht unterbunden werden kann, lassen sich die für die Sicherheit bzw. Festigkeit
der Verbindung erforderlichen Drehmomentwerte oft nicht erreichen. Um das Problem
der Drehung zu lösen, hat man die Schaftenden ausgeräumt oder sonstwie mit einer
Ausnehmung versehen, in die ein Werkzeug eingesetzt wird, die den Schaft während
des Festziehens der Mutter gegen Drehung sperrt. Derartige Ausnehmungen füllen sich
jedoch mit Fremdstoffen und Schmutz an und werfen daher
bei bestimmten
Anlagen - wie z.B. Tanks etc. - weitere Schwierigkeiten auf. Weiterhin werden bestimmte,
für derartige Befestigungsmittel mit ausgeräumten Enden gedachten Muttern mit Anziehköpfen
versehen, die abscheren, wenn ein vorbestimmtes Abnziehmoment erreicht ist. Dadurch
wird es aber unmöglich, die Muttern bei einem Drehmomentabfall nachzuziehen oder
die Befestigungsanordnung wiederholt zu benutzen.
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Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, Lösungen fUr die
oben erwähnten Schwierigkeiten zu schaffen, indem eine ungewöhnlich vorteilhafte
Befestigungsanordnung vorgeschlagen wird, die wiederholt nachziehbar ist, sich beim
Festziehen bzw.
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Nachziehen nicht verdreht, keine ein Festhaltewerkzeug aufnehmenden
Ausnehmungen im Schaftende erfordert und wiederholt verwendbar ist.
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Grundsätzlich besteht die Erfindung aus einer Schrauben-Muttern-Anordnung
mit einem Befestigungskopf und einem Schaft, der in Längsrichtung vom Kopf hinweg
einen ersten, einen zweiten und einen dritten Abschnitt aufweist, wobei der zweite
Abschnitt über seine Länge einen gleichmässigen Durchmesser aufweist, der bezüglich
des Loch- bzw. Bohrungsdurchmessers ausreicht, um für einen leicht führenden Reibschluss
mit dem Werkstück zu sorgen, wenn das Befestigungselement in das Loch eingeführt
wird, und wobei der zweite Abschnitt so bemessen ist, dass er aus dem Loch vorsteht,
wenn der Kopf des Befestigungselementes an einer Seite des Werkstücks aufliegt,
und wobei der dritte Abschnitt sich von dem Werkstück hinwegerstrecken kann und
ein Gewinde zur Aufnahme der Mutter aufweist, so dass letztere auf der entgegengesetzten
Seite des Werkstücks aufliegen und gegen diese festgezogen werden kann, und wobei
der erste Abschnitt sich vom Kopf zum zweiten Abschnitt hin verjüngt und bezüglich
des Lochdurchmessers ausreichend bemessen ist, so dass sich eine Reibkraft entwickelt,
die eine Drehung des Schafts im Loch beim Anziehen der Mutter zwecks Bewegung des
Kopfes in Richtung des
Werkstücks verhindert. Typischerweise liegt
die Summe der Länge des ersten und des zweiten Abschnitts, die für die Führung,
den Reibschluss und Widerstand gegen Verdrehung des Schaftes sorgen, im Bereich
von 1/8 bis 1/2 inch (3,175 bis 12,7 mm). Weiterhin kann der Werkstückaufbau typischerweise
aus mehreren Platten bestehen, zwischen denen sich in der Nähe der Bohrungen ein
fliessfähiges Bindemittel befindet, wobei die Mutter bei nachlassender Spannung
im Schaft bis zu vorbestimmten Drehmomenten nachziehbar ist, da die Bindung zwischen
den Platten unter Druck fliesst, und zwar ohne Drehung des Schaftes und ohne die
Notwendigkeit von Hilfswerkzeugen, die den Schaft gegen Drehung sichern.
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Weitere Merkmale der Erfindung, die zu den ungewöhnlich vorteilhaften
Ergebnissen beitragen, sind ein erster sich verjüngender Abschnitt mit einer Steigung
von ca. 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (304,8 mm) Länge; ein Übermass des fÜhrenden
zweiten Abschnitts gegenüber dem Bohrungsdurchmesser von 0,0006 bis 0,0036 inch
(0,01524 bis 0,09144 mm); und ein maximales Übermass des sich verjüngenden ersten
Abschnitts gegenüber dem Bohrungsdurchmesser von ca. 0,007 inch (0,1778 mm). Es
ist also nicht erforderlich, ein konisches Loch vorzusehen, um die Erfindung auszunutzen;
eine zylindrische Bohrung genügt. Zusätzlich kann das Befestigungselement aus einer
Titanlegierung bestehen, die sich durc h hohe Festigkeit und geringes Gewicht auszeichnet.
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Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie Einzelheiten
von zwecks Erläuterung beschriebenen Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Fig. 1 ist ein Schnitt, der das anfängliche Einführen des Schaftes
nach der vorliegenden Erfindung in ein Werkstück zeigt.
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Fig. 2 entspricht der Fig. 1, zeigt jedoch den vollständig eingeführten
Zustand des Befestigungselementes der Fig. 1; Fig. 3 ist eine Teilansicht eines
abgeänderten Kopfes für ein derartiges Befestigungselement.
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Der Werkstückaufbau nach den Fig. 1 und 2 weist zwei Platten 10 und
11 auf, in die ein gerades, d.h. zylindrisches Loch 12 eingebohrt oder sonstwie
eingeformt ist. Beispielsweise lässt sich ein geeignetes Binde- oder Abdichtmittel
auf mindestens eine der Plattenoberflächen aufbringen, um eine dünne Schicht 13
zu bilden, wenn die Platten zur Befestigung mittels der zu beschreibenden Anordnung
14 aneinandergefugt werden.
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Dieses Mittel kann beispielsweise eine harzartige Masse wie ein Epoxid-
oder ein anderes Harz sein. Auch im Zustand der vollständigen oder teilweisen Härtung
wird es unter Druck fliessen. Dann muss die Befestigungsanordnung nachgezogen werden,
um die erforderliche Spannung bzw. das erforderlich Drehmoment im Schaft 15 aufrechtzuerhalten,
um den Konstruktionsbedingungen - wie z.B. bei Luftfahrzeugtanks - zu genügen.
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Das Befestigungselement hat einen Kopf 16, von dem der Schart 15 in
Längsrichtung in drei Abschnitte 15a, 15b und 15c absteht. Der zweite Abschnitt
15b hat zwischen den Endebenen 26 und 27 einen gleichmässigen Durchmesser, der bezüglich
des Durchmessers der Bohrung ausreicht, um mit dem Werkstück einen leichten Reibschluss
herzustellen, wenn das Befestigungselement in das Loch eingeführt wird, wie es die
Fig. 1 zeigt. Für Grifflängen zwischen 1/8 und 1/2 inch (3,175 bis 12,7 mm) - die
'Grifflänge' ist hier die Summe der Längen der Abschnitte 15a und 15b - sollte das
Übermass für beste Resultate zwischen 0,0006 und 0,0036 inch (0,01524 und 0,09144
mm) liegen. In dieser Hinsicht ist der Bohrungsdurchmesser kleiner als die Grifflänge.
Weiterhin ist die Grifflänge
typischerweise grösser als die gesamte
Dickenabmessung T des Werkstückaufbaus, so dass der zweite Abschnitt 15b geringfügig
über die Bohrung hinausragt, wenn der Kopf 16 auf der einen Oberfläche 18 des Werkstücks
anliegt; vergl. Fig. 2 Auch der dritte Schaftabschnitt 15c steht über das Werkstück
vor - vergl. Fig. 2 - und weist ein Aussengewinde auf,'dessen Spitzendurohmesser
geringer ist als der Durchmesser des Abschnitts 15b. Dieses Gewinde nimmt eine Mutter
19 auf. Diese Mutter kann mit Abflachungen versehen-sein, an denen ein Festziehwerkzeug
bzw. ein Schlüssel angreift, um das Mutterende 21 gegen die entgegengesetzte Seite
22 des Werkstücks festzuziehen. Die Mutter weist typischerweise eine Senkung 23
auf, die den vorstehenden Teil des Führungsabschnitts 15b des Schaftes aufnimmt,
ohne das Anziehen bzw. Nachziehen zu stören.
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Der erste Schaftabschnitt 15a verjüngt sich geringfügig vom Kopf 16
weg und endet in einer Ebene 26; das zunehmende Ubermass bezüglich des Bohrungsdurchmessers
muss hierbei ausreichen, um - vergl. Fig. 2 - einen Reibschluss zu verursachen,
dessen Kraft eine Drehung des Schaftes im Loch verhindert, wenn der Schaft beim
Anziehen der Mutter angezogen wird.
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Der Abschnitt 15c ist nicht so lang, dass er aus der Mutter in Fig.
2 herausragt. Andererseits ist die Gesamtlänge dieses Abschnitt'es und des Führungsabschnitts
15b ausreichend, um ein Aufsetzen der Mutter auf das Ende des Abschnitts 15c zu
erlauben, so dass die Gewindegänge der Mutter in die Gewindegänge des Abschnitts
eingreifen, wenn der Schaft 15 anfänglich in das Loch eingeschoben wird und der
sich verjüngende Abschnitt 15a an der Innenwand der Bohrung 12 anliegt, ohne dabei
die Bohrung aufzuweiten. Wenn hiernach die Mutter angezogen wird, wird der sich
verjüngende Abschnitt 15a in die Bohrung eingezogen, wobei die zunehmende Reibkraft
eine Drehung des
Schaftes während des Anziehens der Mutter verhindert.
In dieser Hinsicht sollte der Maximaldurchmesser des sich verjüngenden Abschnitts
am Kopf für beste Ergebnisse ca.
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0,007 inch (0,1778 mm) grösser sein als der ursprünglicheJ d.h. unverformte
Durchmesser der Bohrung 12, und dies insbesondere für Grifflängen zwischen 1/8 und
1/2 inch (3,175 und 12,7 mm). Weiterhin sollte die Steigung der Verdüngung des Abschnitts
15a etwa 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (304,8 mm) betragen.
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Dementsprechend ist die Befestigungsanordnung mehrfach einsetzbar,
da die Mutter abgenommen werden kann und die Verjüngung des Abschnitts 15a so gering
ist, dass sie nicht zerkratzt.
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Ebenso kann die Mutter nachgezogen werden, um auch dann ein gewünschtes
Moment zu gewährleisten, wenn das Binde- bzw.
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Dichtmittel 13 sich infolge der Spannung im Schaft und des Anziehmoments
verformt hat.
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Schliesslich kann die Befestigungsanordnung aus Titanlegie rung (bspw.
Beta III) bestehen, um maximale Festigkeit bei leichtem Gewicht zu erreichen, oder
aus rostfreiem Stahl.
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Weiterhin kann der Kopf des Befestigungselementes konisch sein, wie
bei 16a in Fig. 3 gezeigt, wobei im Werkstück eine Senkbohrung 29 vorgesehen werden
muss. Wenn erwünscht oder erforderlich, kann die Mutter abgenommen und das Befestigungselement
entfernt werden, um anderswo verwendet zu werden. Die Platten 10 und 11 können typischerweise
aus Titan oder Titanlegierung, rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten Materialien
bestehen.
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Die Fig. 3 zeigt auch auf dem Schaft zwischen der Verjüngung 31 und
dem Kopf einen kurzen zylindrischen Abschnitt 30.
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Dieser Abschnitt 30 hat den gleichen Durchmesser wie die Verdüngung
an ihrer stärksten Stelle 32.
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PatentansDrUche