HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
Im
Bereich des Flugzeugbaus und insbesondere in der Strukturmontage
ist es häufig
erforderlich, zwei oder mehr Bauteilschichten miteinander kraftschlüssig zu
verbinden, um die Steifigkeiten eines Strukturbauteils, wie beispielsweise
eines Flugzeugrumpfes oder einer Tragfläche zu erhöhen. Üblicherweise werden dabei die
Bauteilschichten unter Verwendung sogenannter Lockbolts zusammengefügt, worunter
in der einschlägigen
Fachterminologie Nietbolzen, welche als Passbolzen ausgebildet sind, verstanden
werden, die einen Bolzenschaft mit Bolzenkopf und einen sogenannten
Abrissschaft aufweisen. Da sich die vorliegende Anmeldung an den
auf dem Gebiet der Fügetechnik
verständigen
Fachmann richtet, wird die Terminologie "Lockbolt" daher auch im Rahmen der vorliegenden
Erfindung im Zusammenhang mit derartigen Nietbolzen verwendet.
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 ein bekanntes Fügeverfahren zweiter Bauteilschichten
unter Verwendung eines bekannten Lockbolts beschrieben. Wie die I der 1 zeigt,
sollen zwei Bauteilschichten 1, 2 mit einem Lockbolt 3 verbunden
werden, wofür
die beiden Bauteilschichten 1, 2 mit einer Durchgangsbohrung
versehen sind. Bei dem bekannten Verfahren wird der Lockbolt 3 zunächst locker
in das Durchgangsloch eingesetzt, wie dies die I zeigt.
Bei dem Lockbolt 3 handelt es sich um einen Passbolzen,
was bedeutet, dass der Bolzenschaft 5 sehr genau auf den Durchmesser
des Durchgangslochs abgestimmt ist, so dass der Bolzenschaft 5 nur
unter Krafteinwirkung vollständig
in das Durchgangsloch eingeführt
werden kann. Hierzu wird der Lockbolt 3 in der zuvor beschriebenen
Weise in das Durchgangsloch eingesetzt, so dass er mit seinem Bolzenschaft eingangs des
Durchgangslochs aufreitet. Damit der Lockbolt während der nachfolgenden Montageschritte
nicht aus dem Durchgangsloch wieder herausfällt, wird er bei dem bekannten
Verfahren der in der I gezeigten Position
mit einem leichten Schlag auf den Bolzenkopf geheftet, wodurch der
Lockbolt 3 mit seinem Bolzenschaft leicht in dem Durchgangsloch
festgeklemmt wird.
Das
weitere Nietverfahren läuft
dann so ab, dass der Lockbolt 3 mit Hilfe eines nicht dargestellten Einziehwerkzeuges,
wie beispielsweise einer Zange, von unten vollständig in das Durchgangsloch
eingezogen wird, wie dies in der III gezeigt
ist. An dieser Stelle sei bemerkt, dass es fertigungstechnisch nicht
zulässig
ist, den Lockbolt 3 vollständig in das Durchgangsloch
einzuschlagen, wie dies in der II gezeigt
ist, da dies aufgrund der sehr weichen Lockbolt-Materialien zu Verformungen
des Lockbolts 3 führen
kann, wodurch dieser unbrauchbar wird.
Sobald
der Lockbolt vollständig
eingezogen ist (III) wird auf den
Abrissschaft 6 ein Schließring 7 aufgeschoben,
welcher unter Verwendung eines Klemmwerkzeuges (IV-VI)
anschließend auf
den Bolzenschaft 5 aufgeklemmt wird. Da das Aufklemmen
des Schließringes 7 häufig in Überkopf-Montage
erfolgt, muss der Schließring 7 in
aller Regel mit einer Hand händisch
auf dem Abrissschaft 6 gehalten werden, damit er nicht
von selbigem wieder abrutscht, bevor das Klemmwerkzeug 9 angesetzt
wird. Aufgrund des hohen Gewichtes des Klemmwerkzeuges 9 ist
eine derartige Montage ergonomisch unvorteilhaft und führt zu frühzeitigen
Ermüdungserscheinungen
einer Montageperson, da diese das Klemmwerkzeug nur mit einer Hand
bedienen kann, da sie mit der anderen Hand den Schließring 7 auf
den Abrissschaft 6 halten muss.
Wie
abschließend
die IV und V zeigen,
wird der Schließring 7 auf
den Bolzenschaft 5 aufgeklemmt, indem sich das Klemmwerkzeug 9 mit einem
ersten Greifer an dem Abrissschaft 6 festhält und mit
einem anderen zweiten Greifer den Schließring 7 auf den Bolzenschaft 5 schiebt
(V). Wird nun der zweite Greifer weiter
in Richtung des Bolzenschaftes 5 geschoben, so führt dies
zu einer Zugbeanspruchung in dem Lockbolt 3, was letztendlich
zu einem Abriss des Abrissschaftes 6 von dem Bolzenschaft 5 an
einer entsprechenden Sollbruchstelle führt (VI).
Das
beschriebene bekannte Verfahren erweist sich in vielerlei Beziehungen
als unvorteilhaft. So können
bereits durch den leichten Schlag auf den Bolzenkopf zum Heften
des Lockbolts an dem Durchgangsloch Beschädigungen an dem Lockbolt verursacht
werden, wodurch dieser ausgetauscht werden muss. Dieser Heftschlag
bringt das weitere Problem mit sich, dass bereits geheftete Lockbolts
durch einen Heftschlag an einem benachbarten Lockbolt wieder gelockert
werden und im ungünstigsten
Falle sogar wieder herausfallen können. Fernerhin wird durch
die Heftschläge
ein erheblicher Lärmpegel
verursacht, was die Arbeitsatmosphäre belastet. Außerdem ist
das bekannte Verfahren, wie bereits erwähnt, ergonomisch sehr unvorteilhaft,
da eine Montageperson zur Bedienung des Klemmwerkzeuges nur eine Hand
zur Verfügung
hat, weil sie mit der anderen Hand den Schließring auf dem Abrissschaft
festhalten muss.
DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
Ausgehend
von den dem bekannten Nietverfahren anhaftenden Problemen und Nachteilen
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Realisierung
anzugeben, mit welcher sich die Beschädigungsgefahr des Lockbolts
reduzieren lässt und
welche ein ergonomischeres Herstellungsverfahren zur Verbindung
zweier Bauteilschichten mittels eines Lockbolts ermöglicht.
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die der selben zugrunde
liegende Aufgabe mit einem Lockbolt gelöst, welcher speziell ausgebildet
ist, um damit zumindest zwei Bauteilschichten, welche ein Durchgangsloch
zur Aufnahme des Lockbolts aufweisen, zusammenzufügen. Der
erfindungsgemäße Lockbolt
umfasst einen Bolzenkopf, an welchem sich in bekannter Weise ein
Bolzenschaft erstreckt, welcher von dem Bolzenkopf absteht. Der
Lockbolt umfasst ferner einen Abrissschaft, welcher sich ausgehend
von dem Bolzenkopf in Fortsetzung des Bolzenschaftes erstreckt und
dabei mit dem Bolzenschaft über
eine Sollbruchstelle verbunden ist. Die Sollbruchstelle ist dabei
als Materialschwächung
zwischen dem Bolzenschaft und dem Abrissschaft ausgebildet. Erfindungsgemäß wird nun
erstmals vorgeschlagen, einen derartigen Lockbolt an seinem Abrissschaft
mit einem elastischen Klemmelement zu versehen, mit welchen der Lockbolt
temporär
in einem Durchgangsloch fixiert werden kann.
Dadurch,
dass der erfindungsgemäße Lockbolt
mit Hilfe des Klemmelementes in dem Durchgangsloch fixiert werden
kann, ist es im Unterschied zu dem bekannten Nietverfahren nicht
mehr erforderlich, den Lockbolt mit einem separaten Schlag in dem Durchgangsloch
zu heften. Der Lockbolt wird vielmehr mit seinem Abrissschaft und
dem daran angeordneten Klemmelement in das Durchgangsloch geschoben
und darin mit dem Klemmelement verklemmt, so dass ein separater
Heftschlag nicht mehr erforderlich wird. Auf diese Weise lässt sich
mit sehr einfachen Mitteln die Beschädigungsgefahr an dem Lockbolt
durch einen nun nicht mehr erforderlichen separaten Heftschlag reduzieren.
Durch den Wegfall eines separaten Heftschlages kann auch der Lärmpegel
bei der Lockbolt-Montage reduziert und damit die Arbeitsatmosphäre verbessert
werden. Fernerhin neigen bereits in einem Durchgangsloch eingeführte, jedoch
noch nicht geheftete Lockbolts infolge des nicht mehr erforderlichen
Heftschlages nicht mehr dazu, sich loszurütteln und eventuell gar wieder
aus dem Durchgangsloch herauszufallen, wie dies bei den bekannten
Verfahren infolge separater Heftschläge an anderen Lockbolts häufig der
Fall ist.
Indem
das Klemmelement ausgebildet ist, um einen in ein Durchgangsloch
eingeführten
Lockbolt in dem Durchgangsloch festzuklemmen, kann somit erfindungsgemäß auf einen separaten
Heftschlag verzichtet werden, da der Lockbolt bereits infolge der
von dem Klemmelement herbeigeführten Klemmwirkung
in dem Durchgangsloch geheftet ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lockbolts
lassen sich somit die einzelnen Arbeitsschritte zur Herstellung
einer Lockbolt-Verbindung reduzieren, was gerade im Hinblick auf
die tausenden Lockbolts, welche im Bereich der Strukturmontage eines
Flugzeugs zum Einsatz kommen, eine nicht unerhebliche Kostenreduzierung
darstellt, wie sie später
noch genauer erläutert
wird.
Gemäß einer
speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lockbolts weist der Bolzenschaft
desselben einen ersten Durchmesser D und der Abrissschaft im Bereich
des Klemmelementes einen zweiten Durchmesser d auf, wobei gilt d < D. Damit der Lockbolt
mit seinem Abrissschaft leicht in das Durchgangsloch eingeführt werden
kann, ist der zweite Durchmesser d des Abrissschaftes kleiner als der
Durchmesser des Durchgangslochs. Damit der so eingeführte Lockbolt
jedoch aus seinem Durchgangsloch nicht einfach wieder herausfällt, ist
der Abrissschaft mit dem genannten Klemmelement ausgestattet, welches
eine solche Stärke
aufweist, so dass die größte Durchmesserabmessung
W im Bereichs des Klemmelementes und des Abrissschaftes größer oder
gleich dem ersten Durchmesser D des Bolzenschaftes ist. Sofern hier
von der Stärke
des Klemmelementes die Rede ist, so ist hierunter die radiale Ausdehnung
des Klemmelementes, ausgehend vom Außenumfang des Abrissschaftes
zu verstehen. Fernerhin stellt die Durchmesserabmessung W die maximale
Querschnittabmessung durch Klemmelement und Abrissschaft dar. Die
Beziehung, wonach die Durchmesserabmessung W größer oder zumindest gleich groß wie der
erste Durchmesser D ist, begründet
sich damit, dass der erste Durchmesser D gerade so groß gewählt ist,
dass der Lockbolt als Passbolzen in das Durchgangsloch eingepasst
werden kann. Da das Klemmelement eine elastische Eigenschaft aufweist,
kann die Durchmesserabmessung somit zumindest genauso groß gewählt werden
wie der erste Durchmesser D, so dass der Lockbolt mittels des Klemmelementes
in dem Durchgangsloch festgeklemmt werden kann.
Damit
ein auf diese Weise festgeklemmter Lockbolt wie bei dem bekannten
Nietverfahren auch vollständig
in das Durchgangsloch, unter Verwendung eines Einziehwerkzeuges,
wie beispielsweise einer Zange, eingezogen werden kann, ist das
Klemmelement so an dem Abrissschaft angeordnet, dass der Abrissschaft
in der temporär
fixierten Position des Lockbolts aus den zusammenzufügenden Bauteilschichten
herausragt. Auf diese Weise kann der Lockbolt auf der dem Bolzenkopf
gegenüberliegenden
Seite der zusammenzufügenden
Bauteilschichten mit einem Einziehwerkzeug leicht aufgegriffen und
vollständig
in das Durchgangsloch eingezogen werden.
In
der auf diese Weise voll eingezogenen Position des Lockbolts wurde
der Abriss zusammen mit dem daran befestigten Klemmelement aus dem Durchgangsloch
herausgezogen, da dieses nach Aufklemmen des Schließringes
auf den Bolzenschaft von diesem abgerissen werden muss. Da sich
das Klemmelement somit in der eingezogenen Position des Lockbolts
außerhalb
des Durchgangslochs befindet, kann dieses in vorteilhafter Weise
dazu dienen, um den Schließring
gegen ein unbeabsichtigtes Herabfallen des Lockbolts zu sichern,
indem der Schließring über das
Klemmelement in Richtung des Bolzenschaftes hinweggeschoben wird,
was aufgrund der elastischen Eigenschaften des Klemmelementes leicht
möglich
ist. Eine Montageperson hat somit für den Klemmvorgang, bei welchem
der Schließring
auf den Bolzenschaft aufgeklemmt wird, beide Hände frei, weil sie nicht mehr,
wie bei dem bekannten Nietverfahren, den Schließring mit einer Hand händisch auf
den Abrissschaft festhalten muss. Diese Festhaltefunktion übernimmt
bei dem erfindungsgemäßen Lockbolt
vielmehr das Klemmelement. Der erfindungsgemäße Lockbolt ermöglicht somit
gegenüber dem
bekannten Nietverfahren ein ergonomischeres Arbeiten, da eine Montageperson
das Klemmwerkzeug mit beiden Händen
bedienen kann.
Ergänzend sei
erwähnt,
dass das Klemmelement jede beliebige Form annehmen kann, welche nur
geeignet ist, den Lockbolt mittels einer Verkeilung des Abrissschafts
in dem Durchgangsloch zu verkeilen. Gemäß einer einfachen Ausbildung
kann das Klemmelement beispielweise als ringförmiges Element ausgebildet
sein, welches den Abrissschaft umfangseitig umgibt. Alternativ dazu
kann das Klemmelement auch punktuell an dem Abrissschaft angeordnet
sein und dabei eine Art Tropfenform aufweisen.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die derselbe zugrunde
liegende Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung einer Lockbolt-Verbindung
zumindest zweier Bauteilschichten gelöst, welche ein Durchgangsloch
zur Aufnahme eines Lockbolts aufweisen, wie er zuvor beschrieben
wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren
erfolgt in mehreren Schritten bzw. Vorgängen, womit zum Ausdruck gebracht
werden soll, dass ein Schritt gleichzeitig mit einem anderen oder
bedingt durch einen anderen erfolgen kann.
So
wird während
eines ersten Vorgangs ein Lockbolt in ein Durchgangsloch zumindest
zweier Bauteilschichten so in ein Durchgangsloch eingeführt, dass
der Abrissschaft des Lockbolts aus den zusammenzufügenden Bauteilschichten
herausragt. Durch dieses Einführen
des Abrissschaftes in das Durchgangsloch, womit gleichzeitig auch
das Klemmelement des Abrissschaftes in das Durchgangsloch eingeführt wird,
wird der Lockbolt in dem Durchgangsloch mittels des Klemmelementes
festgeklemmt und somit geheftet. Insofern ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht erforderlich, den Lockbolt mit einem separaten Heftschlag
in dem Durchgangsloch zu heften, so dass die zuvor angerissenen
Probleme und Nachteile, welche ein derartiger Heftschlag mit sich
bringt, vermieden werden können.
Nachdem
der Lockbolt auf diese Weise in dem Durchgangsloch fixiert worden
ist, kann anschließend
der Lockbolt in das Durchgangsloch, beispielsweise unter Verwendung
eines Einziehwerkzeuges eingezogen werden, so dass der Bolzenkopf an
einer der Bauteilschichten anliegt. Durch diesen Einziehvorgang
des Lockbolts wird der Abrissschaft zusammen mit dem daran angeordneten
Klemmelement aus dem Durchgangsloch herausgezogen, so dass ein Schließring auf
den Abrissschaft und über das
Klemmelement hinweg aufgeschoben werden kann, womit der Schließring selbstsichernd
auf dem Abrissschaft von dem Klemmelement gehalten wird. Im Unterschied
zu den bekannten Nietverfahren ist es somit nicht mehr erforderlich,
dass eine Montageperson den Schließring mit einer Hand händisch auf dem
Abrissschaft hält,
um mit der anderen Hand ein Klemmwerkzeug zum Aufklemmen des Rings
auf dem Bolzenschaft zu bedienen. Vielmehr hat eine Montageperson
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
beide Hände
zur Betätigung
des Klemmwerkzeuges frei, womit ein ergonomisches Arbeiten möglich ist.
Abschließend kann
dann der Schließring
auf den Bolzenschaft aufgeklemmt bzw. aufgestaucht werden und der
Abrissschaft von dem Bolzenschaft abgerissen werden, wie dies bei
dem bekannten Nietverfahren auch der Fall ist.
Wie
den voranstehenden Ausführungen
entnommen werden kann, erfolgt somit das Festklemmen des Lockbolts,
ohne dass die Durchführung
eines separaten Heftschlags erforderlich wird. Hierdurch lassen
sich Beschädigungen
an dem Lockbolt sowie störende
Lärmpegel
bei der Lockbolt-Montage vermeiden.
Insgesamt
erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Lockbolts gegenüber dem
bekannten Nietverfahren sehr kosteneffizient, das die Einsparung
eines separaten Heftschlages sowie das händische Festhalten des Schließringes
auf dem Abrissschaft ermöglicht.
Diese Reduzierung der Arbeitsschritte sowie die damit verbundene
Kosteneffizienz schlägt insbesondere
hinsichtlich der tausenden Lockbolts durch, welche bei nur einem
einzigen Flugzeug eingebaut werden. So hat die Anmelderin im Jahre
2004 rund 8.000.000 der bekannten Lockbolts unter Verwendung des
zuvor beschriebenen bekannten Nietverfahrens in ihren Flugzeugen
eingebaut. So hat sich bei einer großen Vielzahl von Nietvorgängen gezeigt,
welche unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erprobt worden
sind, dass das beim Einführen
pro Lockbolt in ein Durchgangsloch rund 1,2 Sekunden und beim Aufstecken
des Schließrings
rund 1 Sekunde eingespart werden kann, was in Summe eine Kostenoptimierung
von 2,2 Sekunden pro Lockbolt darstellt. Bei einer Anzahl von 8.000.000
Lockbolts im Jahr lässt
sich somit unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Arbeitszeit
von rund 4.900 Stunden einsparen, was bei einem durchschnittlichen
Stundensatz von 40,- EUR pro Stunde eine Kostenersparnis von rund 200.000,-
EUR ausmacht.
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren
anhand rein exemplarischer Ausführungsbeispiele
erläutert.
Es zeigen:
1 erläutert anhand
der I-VI ein
bekanntes Lockbolt-Nietverfahren;
2-6 erläutern das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
einer Lockbolt-Verbindung anhand
geeigneter Momentaufnahmen eines Querschnitts durch eine Lockbolt-Verbindung.
In
sämtlichen
Figuren hinweg sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen
oder übereinstimmenden
Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie
nun die 2 zeigt, wird der Lockbolt 3 zur
Herstellung einer Lockbolt-Verbindung zumindest zweier Bauteilschichten 1, 2 welche
ein Durchgangsloch zur Aufnahme des Lockbolts 3 aufweisen,
in einem ersten Schritt in das Durchgangsloch der Bauteilschichten 1, 2 eingeführt, so
dass der Abrissschaft 6 ein wenig aus den zusammenzufügenden Bauteilschichten 1, 2 herausragt,
womit gewährleistet
werden kann, dass der Lockbolt 3 später mit einem Einziehwerkzeug,
welches an dem Abrissschaft 6 eingreift, in das Durchgangsloch
eingezogen werden kann. Wie die 2 ferner
zeigt, ist das Klemmelement 8 in der Nähe der Sollbruchstelle zwischen
dem Bolzenschaft 5 und dem Abrissschaft 6 an dem
Abrissschaft 6 angeordnet, so dass gewährleistet werden kann, dass
einerseits das Klemmelement 8 sich noch in dem Durchgangsloch
befindet, um den Lockbolt 3 in dem Durchgangsloch festzuklemmen,
und dass andererseits der Abrissschaft 6 ein wenig aus den
zusammenzufügenden
Bauteilschichten 1, 2 herausragt.