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Die
Erfindung betrifft ein Klemmhaltersystem und ein Klemmhalterelement
für ein
derartiges Klemmhaltersystem, insbesondere zur Verwendung im Flugzeugbau.
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Im
Flugzeugbau werden im Allgemeinen Halter verwendet, um verschiedene
Einrichtungen auf einer Flugzeugprimärstruktur zu befestigen. Die
Halter sind dabei als Strukturelemente ausgebildet, die mechanische
Schnittstellen zur Primärstruktur
und zu Systemhaltern bereitstellen.
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Um
verschiedene Systeminstallationsanforderungen zu erfüllen, müssen jedoch
verschiedene Typen von Halter verwendet werden. Beispielsweise gibt
es Halter, die durch Nieten, Schraubverbindungen oder Ronden fest
an einer Flugzeugstruktur befestigt werden. Derartige Halter sind
sehr unflexibel in Bezug auf verschiedene Installationsbedingungen, was
speziell während
der Entwicklungsphase von Flugzeugprototypen von Nachteil ist.
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Ein
anderer Typ von Halter, der im Flugzeugbau Verwendung findet, ist
der Klemmhalter, der mittels Klemmkraft und Reibung eine Befestigung
von Bauteilen an einer Flugzeugstruktur ermöglicht.
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Diese
Art von Halter muss jedoch speziell auf das Trägerprofil abgestimmt sein,
an das der Halter geklemmt werden soll. Trägerprofile mit unterschiedlichen
Durchmessern (Stärken)
erfordern somit unterschiedliche Klemmhalter, die auf die Profildicke (Profilstärke) abgestimmt
sind.
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Die
DE 43 28 106 C1 offenbart
die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Die
DE 196 26 852 A1 betrifft
eine Halterung zum Lager eines Rohres auf dem Flansch eines Profilträgers mit
zwei mit Abstand zueinander parallel angeordneten Paaren von eine
gegenseitige Distanz aufweisenden Klemmbacken, die bezüglich jeden Paares
auf einander gegenüberliegenden
Flanschseiten die Flanschkanten mit einer Klemmnut umgreifen.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Klemmhalterelements und eines
Klemmhaltersystems mit einem derartigen Klemmhalterelement, wobei
ein flexibler Einsatz bei unterschiedlichsten Installationsbedingungen
möglich
ist.
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Die
Lösung
der gestellten Aufgabe ist den unabhängigen Ansprüchen zu
entnehmen. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
angegeben.
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Ein
erfindungsgemäßes Klemmhalterelement
hat einen Grundkörper,
der an seinem einen Ende einen maulförmigen Klemmbereich und an
seinem anderen Ende einen Haltebereich aufweist. Der Haltebereich
dient zur Befestigung eines Bauteils. Unterhalb des Klemmbereichs
des Klemmhalterelements befindet sich eine sich zum Haltebereich
erstreckende und durch den Grundkörper hindurch verlaufende Durchgangsbohrung.
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Der
maulförmige
Klemmbereich dient zur Aufnahme eines Klemmbereichs eines Profilträgers, beispielsweise
eines T-Profilträgers,
an den das Klemmhalterelement zu klemmen ist. Das Klemmhalterelement
wird vorzugsweise in einem Klemmhaltersystem verwendet, das aus
einem Paar von Klemmhalterelementen besteht, die über eine
Verbindungsvorrichtung, die sich durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen
der Klemmhalterelemente erstreckt, in Verbindung stehen, wenn die
Klemmhalterelemente an gegenüberliegenden
Seiten des Trägerprofils
angeklemmt sind.
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Eine Öffnung des
maulförmigen
Klemmbereichs ist auf die Profilstärke des Profilträgers abgestimmt
oder auf einen Profilstärkenbereich.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Erfindung verläuft die Längsachse der Durchgangsbohrung,
die sich unterhalb des Klemmbereichs des Klemmhalterelements erstreckt,
unter einem vorbestimmten Winkel schräg zum Klemmbereich. Dadurch
ist es möglich,
einen maulförmigen
Klemmbereich, der eine bestimmte Öffnung aufweist, für unterschiedlich
starke Trägerprofile
zu verwenden, da bei einer Klemmung der Klemmhalterelemente von
gegenüberliegenden
Seiten an das Trägerprofil
die Verbindungsvorrichtung, die beispielsweise eine Schraube und
eine Mutter enthält
und in die Durchgangsbohrungen der Klemmhalterelemente eingeführt ist,
in den Bereichen der jeweiligen Durchgangsbohrungen nach außen elastisch
verbogen wird. Durch das elastische Verbiegen der Verbindungsvorrichtung
wird das auf das Klemmhalterelement wirkenden Kippmoment, welches
aus der in unterschiedlichen Ebenen wirkenden Klemmkraft der Verbindungsvorrichtung
und der Reaktionskraft des Trägerprofils
resultiert, kompensiert. Die durch die Verbindungsvorrichtung erzeugte
Klemmkraft entsteht beim Spannen der Vorrichtung (Anziehen der Mutter) weniger
durch eine axiale Dehnung unter hoher Steifigkeit sondern mehr durch
ein elastisches Verbiegen der Vorrichtung bei vergleichsweise geringer
Biegesteifigkeit. Dadurch wird eine günstigere Verteilung der Spannungen
in den Klemmhalterelementen erreicht, wodurch bei kriechenden Thermoplasten
(z.B. PA6.6 GF35%) ein längerer
Erhalt der Klemmkraft gewährleistet
wird. Durch das Verbiegen der Verbindungsvorrichtung wird eine Federkraft
auf die Klemmhalterelemente ausgeübt, wodurch die jeweiligen
Klemmhalterelemente fest an den Profilträger geklemmt werden.
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Das
erfindungsgemäße Klemmhalterelement
weist gemäß einer
Weiterentwicklung der Erfindung im Haltebereich eine Ausnehmung
zur Aufnahme eines Einsatzes auf, an dem ein Bauteil befestigt werden
kann. Die Ausnehmung ist beispielsweise konisch ausgebildet, um
ein entsprechend konisch ausgebildetes Ende des Einsatzes aufzunehmen.
Eine derartige Aufnahme kann durch Presseinpassung erfolgen, die
beispielsweise zusätzlich
mit dem Grundkörper
des Klemmhalterelements verschraubt werden kann.
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Der
Einsatz ist folglich im angeklemmten Zustand des Klemmhalterelements
flexibel austauschbar gegen einen anderen Einsatz. Der Einsatz ist
ferner beliebig in der Ausnehmung positionierbar (drehbar). Ferner
erstreckt sich der Einsatz beispielsweise im Wesentlichen entlang
der Längsachse
der Ausnehmung, senkrecht zum Klemmbereich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Klemmhaltersystems gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
perspektivische Explosionszeichnung des in 1 gezeigten
Klemmhaltersystems mit einem zu befestigenden Bauteil;
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3 eine
schematische Detailansicht des Haltebereichs eines Klemmhalterelements
in dem Klemmhaltersystem gemäß 1;
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4 eine
perspektivische Ansicht verschiedener Einsätze für den Haltebereich gemäß 3;
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5 eine
schematische Querschnittsansicht des in dem Klemmhaltersystem gemäß 1 verwendeten
Klemmhalterelements von der Seite;
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6 eine
schematische Querschnittsansicht des in 5 gezeigten
Klemmhalterelements in einem angeklemmten Zustand; und
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7 eine
typische Verwendung eines Klemmhaltersystems gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Im
Folgenden werden für
gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen
Ansichten in den Figuren verwendet.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines Klemmhaltersystems 1 gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel.
Das Klemmhaltersystem 1 enthält zwei identisch ausgebildete
Klemmhalterelemente 2, die von gegenüberliegenden Seiten aus beispielsweise
an ein T-Trägerprofil
geklemmt werden. Das Klemmhalterelement 2 enthält einen
Grundkörper 4,
der an seinem einen Ende einen maulförmigen Klemmbereich 5 und
an seinem anderen Ende einen Haltebereich 6 aufweist.
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Das
Klemmhalterelement 2 ist beispielsweise einstückig aus
PA 6,6 GF 35% gebildet, kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten
Material sein und aus separat gefertigten Teilen sein, die miteinander
verbunden sind.
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Der
Haltebereich 6 weist eine Ausnehmung 7 auf, die
ausgelegt ist zur Aufnahme eines Einsatzes 8, an dem beispielsweise
ein beliebiges Bauteil befestigt werden kann.
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In 1 ist
das linke Klemmhalterelement 2 mit einem in die Ausnehmung 7 eingesetzten
Einsatz 8 dargestellt. Obwohl in 1 das rechte
Klemmhalterelement 2 ohne eingesetzten Einsatz 8 dargestellt ist,
kann auch das rechte Klemmhalterelement 2 einen in die
Ausnehmung 7 eingeführten
Einsatz 8 enthalten.
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Der
Haltebereich 6 des Klemmhalterelements 2 wird
später
unter Bezugnahme auf 3 im Einzelnen erklärt.
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Wie
ferner in 1 gezeigt, sind im angeklemmten
Zustand die Klemmhalterelemente 2 durch eine Verbindungsvorrichtung 9 miteinander
verbunden. Die Verbindungsvorrichtung 9, die beispielsweise
eine Schraube 10 und eine Mutter 11 enthält, erstreckt
sich durch Durchgangsbohrungen 12, die jeweils unterhalb
der Klemmbereiche 5 der Klemmhalterelemente 2 verlaufen.
Zur Klemmung der Klemmhalterelemente 2 an das T-Trägerprofil
wird die Schraube 10 durch beide Durchgangsbohrungen 12 der
Klemmhalterelemente 2 hindurchgesteckt, wobei ein an einem
Ende der Schraube 10 ausgebildeter Schraubenkopf 13 an
den Grundkörper 4 des Klemmhalterelements 2 anschlägt und das
andere Ende der Schraube 12 ein Gewinde (nicht gezeigt) aufweist,
auf das die Mutter 11 aufgedreht wird, um die Klemmhalterelemente 2 fest
an das T-Trägerprofil 3 anzuklemmen.
Dieser Zustand wird später
unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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2 zeigt
eine perspektivische Explosionszeichnung des in 1 gezeigten
Klemmhaltersystems 1. Wie in 2 gezeigt,
können
die Klemmbereiche 5 der Klemmhalterelemente 2 an
beliebiger Stelle eines nur teilweise in der 2 gezeigten T-Trägerprofils 3 angeklemmt
werden, wie durch den Pfeil A angedeutet.
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Der
Einsatz 8 ist bezüglich
seiner Längsachse
beliebig drehbar, wie durch den Pfeil B angedeutet, und in den Haltebereich 6 des
Klemmhalterelements 2 einsetzbar. Der Einsatz 8 wird
später
unter Bezugnahme auf 4 im Einzelnen beschrieben.
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Wie
in 2 gezeigt, ist ein Führungsbauteil 14 über eine
Befestigungsvorrichtung 15 an dem Einsatz 8 mittels
einer Schraube 16 und einer Mutter 17 befestigt.
Da in Seitenwänden 18a,
b des Einsatzes 8 eine Mehrzahl von Öffnungen ausgebildet sind, durch
die die Schraube 16 hindurchgeführt werden kann, um die Befestigungsvorrichtung 15 an
einer beliebigen Stelle in Horizontalrichtung, wie durch den Pfeil
C angedeutet, am Einsatz 8 zu befestigen.
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Ferner
ist das durch die Befestigungsvorrichtung 15 geführte Führungsbauteil 14 unter
einem beliebigen Winkel, wie durch Pfeil D angedeutet, relativ zu
dem T-Trägerprofil 3 schwenkbar.
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Wie
in 2 gezeigt, wird der Einsatz 8 von unten
in die Ausnehmung 7 des Haltebereichs 6 des Klemmhalterelements 2 eingeführt und
mittels einer Schraube 19 und einer Mutter 20 mit
dem Klemmhalterelement 2 verschraubt. Andere Befestigungstechniken
können
verwendet werden.
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3 zeigt
eine schematische Detailansicht des Haltebereichs 6 des
Klemmhalterelements 2, das in dem Klemmhaltersystem gemäß den 1 und 2 verwendet
wird.
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Wie
in 3 gezeigt, ist die Ausnehmung 7 des Haltebereichs 6 beispielsweise
konisch ausgebildet und dient zur Aufnahme eines entsprechend konisch
ausgebildeten Endes 21 des Einsatzes 8.
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Durch
den Endbereich 21 des Einsatzes 8 verläuft eine
Durchgangsbohrung 22, durch die sich die Schraube 19 erstreckt.
Ferner erstreckt sich die Schraube 19 durch eine im Haltebereich 6 ausgebildete
Durchgangsbohrung 23, so dass zur Befestigung des Einsatzes 8 an
dem Haltebereich 6 die Mutter 20 auf das durch
die Durchgangsbohrung 23 des Haltebereichs 6 hindurchragende
Ende der Schraube 19 aufgeschraubt werden kann. In 3 ist
ein Zustand gezeigt, bei dem der Einsatz 8 noch nicht vollständig in
die Ausnehmung 7 des Haltebereichs 6 eingeführt und
fixiert ist, die Mutter 20 also noch nicht vollständig angezogen
ist, so dass zwischen der oberen Oberfläche des Endbereichs 21 des
Einsatzes 8 und der inneren Oberfläche der Ausnehmung 7 ein Spalt 24 gebildet
ist. Dieser Spalt 24 ist nicht mehr vorhanden, wenn die
Mutter 20 fest angezogen ist.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht dreier unterschiedlicher Einsätze a) – c) als
Einsatz 8. Wie in 4 gezeigt,
weisen die Einsätze
a) – c)
gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen
jeweils einen konisch ausgebildeten Endbereich 21 auf,
der in die entsprechend konisch ausgebildete Ausnehmung 7 des
Haltebereichs 6 des Klemmhalterelements 2 eingesetzt
und mittels der Schraube 19 und der Mutter 20 am
Haltebereich 6 des Klemmhalterelements 2 fixiert
wird.
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Der
in 4 gezeigte Einsatz a) weist beispielsweise an
einem dem Endbereich 21 gegenüberliegenden Ende einen Flanschbereich 25 auf,
an dem beispielsweise über
Bohrungen 26 ein Strukturbauteil befestigt werden kann.
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Ferner
ist der in 4 gezeigte Einsatz a) beispielsweise
derart ausgebildet, dass der Flanschbereich 25 von einer
im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Längsachse des Endbereichs 21 versetzt angeordnet
ist.
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Gemäß den Einsätzen b)
und c) erstrecken sich Seitenwände 18a, 18b der
Einsätze,
die unterschiedliche Längen
und unterschiedlich viele Löcher zur
Befestigung eines Bauteils aufweisen, vom Endbereich 21 weg.
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Die
in 4 gezeigten Seitenwände 18a und 18b der
Einsätze
d) und c) erstrecken sich im Wesentlichen geradlinig von dem Endbereich 21 des Einsatzes
weg, können
jedoch entsprechend der Anwendung auch unter einem bestimmten Winkel
sich von dem Ende 21 aus erstrecken.
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Die
in 4 gezeigten Einsätze sind beispielsweise aus
dem gleichen Material gebildet, wie das Klemmhalterelement 2.
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5 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht des in dem Klemmhaltersystem
gemäß 1 verwendeten
Klemmhalterelements 2 von der Seite.
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Wie
in 5 gezeigt, weist der Klemmbereich 5 eine
untere Klemmfläche 27 und
eine obere Klemmfläche 28 auf.
Die untere Klemmfläche 27 und die
obere Klemmfläche 28 sind
durch eine Verbindungsfläche 29 miteinander
verbunden. Die untere Klemmfläche 27 und
die obere Klemmfläche 28 erstrecken
sich im Wesentlichen parallel zueinander, wobei gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel die
untere Klemmfläche 27 länger ausgebildet
ist als die obere Klemmfläche 28.
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Die
Verbindungsfläche 29 erstreckt
sich gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
unter einem vorbestimmten Winkel (beispielsweise 60°) geneigt
zu der unteren Klemmfläche 27 von
dieser zur oberen Klemmfläche 28.
Dadurch wird eine Keilwirkung erzielt, wenn das Klemmhalterelement
an einen Profilträger
geklemmt wird, wie später
genauer beschrieben wird.
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Wie
in 5 gezeigt, ist die unterhalb des Klemmbereichs 5 ausgebildete
Durchgangsbohrung 12 schräg geneigt zu der Ebene, in
der die untere Klemmfläche 27 liegt.
Gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
bilden die Ebene, in der die untere Klemmfläche 27 liegt, und
die Längsachse
der Durchgangsbohrung 12 einen Winkel von ungefähr 3,5°. Andere
Neigungen der Durchgangsbohrung 12 relativ zum Klemmbereich 5 sind
je nach Einsatzbereich wählbar.
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5 zeigt
einen Zustand, bei dem keine Schraube 10 in die Durchgangsbohrung 12 des Klemmhalterelements 2 eingeführt ist.
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Wie
in 5 gezeigt, bildet gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
eine zentrale Längsachse
der Ausnehmung 7 im Wesentlichen einen rechten Winkel mit
der Ebene, in der die untere Klemmfläche 27 liegt.
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6 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht des in 5 gezeigten
Klemmhalterelements 2 in einem Klemmzustand.
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Wie
in 6 gezeigt, ist ein T-Trägerprofil 3 in den
maulförmigen
Klemmbereich 5 des Klemmhalterelements 2 eingeführt und
er kontaktiert die untere Klemmfläche 27 und die Verbindungsfläche 29.
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Wie
in 6 gezeigt, ist die Schraube 10 in die
Durchgangsbohrung 12 eingeführt und in Verbindung mit einem
zweiten Klemmhalterelement 2 (nicht gezeigt), das auf der
gegenüberliegenden
Seite des T-Trägerprofils 3 angeklemmt
wird. Durch Anziehen der Mutter 11 wird das Klemmhalterelement 2 fest
an das T-Trägerprofil 3 geklemmt,
wobei aufgrund der schrägen
Ausbildung der Durchgangsbohrung 12 in Bezug zur unteren Klemmfläche 27,
wie im Vorangegangenen beschrieben, eine Verbiegung der Schraube 10 im
Bereich der Durchgangsbohrung 12 auftritt, wie durch die
gestrichelte Linie in 6 angedeutet. Dadurch wirkt
die Schraube 10 als Federelement und übt eine Federkraft aus. Wie
durch den Pfeil E angedeutet, wird ein Drehmoment durch die elastisch
gebogene Schraube 10 erzeugt, das dazu beiträgt, das Klemmhalterelement 2 fest
mit dem T-Trägerprofil 3 zu
verklemmen, obwohl ein Abstand zwischen der unteren Klemmfläche 27 und
der oberen Klemmfläche 28 des
Klemmbereichs 5 größer ist
als die Dicke des in den Klemmbereich 5 eingeführten Teils
des Trägerprofils 3.
Dadurch können
beispielsweise Dicken zwischen 2 mm und 6 mm mit ein und demselben
Klemmhalterelement (Klemmhaltersystem) geklemmt werden.
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7 zeigt
ein Beispiel einer typischen Verwendung eines Klemmhaltersystems
gemäß der Erfindung.
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7 zeigt
zwei Klemmhaltersysteme 1, die jeweils Klemmhalterelemente 2 aufweisen,
die an jeweilige T-Trägerprofile 3 geklemmt
sind. Wie in 7 gezeigt, sind in das rechte
Klemmhalterelement 2 des Klemmhaltersystems 1 auf
der linken Seite der Figur und in das linke Klemmhalterelement 2 des Klemmhaltersystems 1 auf
der rechten Seite der Figur jeweils Einsätze 8 in die Haltebereiche 6 der Klemmhalterelemente 2 eingeführt und
befestigt, wie oben beschrieben. Gemäß dem in 7 gezeigten Beispiel
entsprechen die Einsätze 8 beispielsweise dem
in 4 gezeigten Einsatz a).
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An
den Flanschbereichen 25 der Einsätze 8 ist beispielsweise
eine Verbindungsstange 30 befestigt, beispielsweise durch
Verschrauben, Kleben, Schweißen
oder andere Verbindungstechniken.
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Wie
in 7 gezeigt, ist an der Verbindungsstange 30 eine
Befestigungsvorrichtung 31 angebracht, die beispielsweise
der in 2 gezeigten Befestigungsvorrichtung 15 entspricht.
Die Befestigungsvorrichtung 31 nimmt beispielsweise ein
Führungsbauteil 32 auf,
das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
dem in 2 gezeigten Führungsbauteil 14 entspricht.
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Obwohl
die Erfindung im Vorangegangenen im Einzelnen unter Bezugnahme auf
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass Modifikationen
und Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Das erfindungsgemäße Klemmhaltersystem
bzw. das Klemmhalterelement ist nicht nur im Flugzeugbau verwendbar,
sondern beispielsweise auch im Schiffsbau oder in anderen Anwendungsbereichen,
bei denen eine flexible Befestigung von Bauteilen an einer Struktur erforderlich
ist.
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- 1
- Klemmhaltersystem
- 2
- Klemmhalterelement
- 3
- T-Trägerprofil
- 4
- Grundkörper
- 5
- Klemmbereich
- 6
- Haltebereich
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Einsatz
- 9
- Verbindungsvorrichtung
- 10
- Schraube
- 11
- Mutter
- 12
- Durchgangsbohrung
- 13
- Schraubenkopf
- 14
- Führungsbauteil
- 15
- Befestigungsvorrichtung
- 16
- Schraube
- 17
- Mutter
- 18a,
18b
- Seitenwände
- 19
- Schraube
- 20
- Mutter
- 21
- Endbereich
des Einsatzes
- 22
- Durchgangsbohrung
des Einsatzes
- 23
- Durchgangsbohrung
des Haltebereichs
- 24
- Spalt
- 25
- Flanschbereich
- 26
- Bohrung
- 27
- untere
Klemmfläche
- 28
- obere
Klemmfläche
- 29
- Verbindungsfläche
- 30
- Verbindungsstange
- 31
- Befestigungsvorrichtung
- 32
- Führungsbauteil