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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Befestigungseinrichtungen
und im Einzelnen auf die sichere Befestigung eines Gehäuses, das starken
Schwingungen und Stößen ausgesetzt
ist. Ein solches Gehäuse
kann z. B. elektronische Ausrüstung
eines Flugzeugs enthalten, die während
eines Fluges in einem feststehenden Rahmen oder Tray angeordnet
und dort mittels einer Befestigungseinrichtung befestigt sein kann.
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In
der Fachwelt sind Befestigungseinrichtungen bekannt, die für häufig quaderförmige Gehäuse verwendet
werden, die in entsprechende Aufnahmevorrichtungen eingeschoben
werden können.
An dem einem Bediener abgewandten hinteren Ende weist ein Gehäuse zum
Beispiel mehrere Ausnehmungen auf, in die mehrere in der Einschubrichtung ausgerichtete
Stifte eingreifen, die an dem hinteren Ende der Aufnahmeeinrichtung
angebracht sind. Die Stifte verhindern eine seitliche Bewegung des
hinteren Endes des Gehäuses,
sobald dieses vollständig in
die Aufnahmevorrichtung eingeschoben worden ist. Um die Stifte im
Eingriff zu halten und das Gehäuse
zu befestigen, wird das vordere Ende des Gehäuses z. B. mit Hilfe einer
Spannschraube gegen die Aufnahmeeinrichtung vorgespannt.
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Obwohl
derartige Befestigungsvorrichtungen häufig ihre Aufgaben erfüllen, weisen
sie mehrere Nachteile auf. Die Aufnahme der auftretenden Gewichts-
und Trägheitskräfte an dem hinteren
Ende erfolgt an den Stiften über
relativ kleine Querschnittsflächen,
die dadurch ebenso wie das sie angrenzende Material des Gehäuses hohen
Spannungen ausgesetzt sein können.
Ferner müssen
die Maße
an dem Gehäuse
und der Aufnahmeeinrichtung sehr genau eingehalten werden, damit
die Stifte weder ein unerwünschtes
seitliches Spiel aufweisen noch unter übermäßiger Vorspannung mit den zugehörigen Ausnehmungen
des Gehäuses
in Eingriff gebracht werden müssen.
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Darüber hinaus
kann eine an dem vorderen Ende der Aufnahmevorrichtung angeordnete
Spannschraube zwar in ihrer Längsrichtung
eine zur Befestigung des Gehäuses
ausreichende Druckkraft auf dieses ausüben, während ihre Befestigungswirkung in
der horizontalen Richtung quer zur Einschubrichtung jedoch unzureichend
sein kann, da diese Richtung rechtwinklig zur Richtung der von der
Schraube erzeugten Kraft verläuft.
Insbesondere bei sehr schweren Gehäusen und starken Schwingungs-
oder Stoßbelastungen
kann die Befestigungswirkung dadurch unzureichend sein.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Befestigungseinrichtung
zu schaffen, die zur Aufnahme schwerer Lasten geeignet ist und geringe
Anforderungen an die einzuhaltenden Maßtoleranzen stellt. Diese Aufgabe
wird mit einer Befestigungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst:
Die
vorliegende Erfindung schafft eine Befestigungseinrichtung zur ortsfesten
lösbaren
Lagerung von Gehäusen
in einer Aufnahmeeinrichtung, die eine Führungseinrichtung zum Abstützen und
zur Führung
des Gehäuses
aufweist. Die Aufnahmeeinrichtung kann ein Kasten sein oder einen
zur Aufnahme des Gehäuses
geeigneten Hohlraum aufweisen. Die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung
braucht das Gehäuse
jedoch nicht zu umschließen,
sondern könnte
auch offen sein und das Gehäuse
z. B. einseitig an einem Bodenelement haltern.
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Vorzugsweise
ist die Aufnahmeeinrichtung wenigstens nach einer Vorderseite hin
offen, die einem Bediener zugewandt sein kann, wenn die Aufnahmeeinrichtung
z. B. in eine Wand eingebaut ist. Durch die Öffnung kann das Gehäuse von
dem Bediener in die Aufnahmeeinrichtung eingesetzt und aus dieser
entnommen werden. Der Bediener kann durch die Öffnung hindurch auch Handlungen,
wie etwa Betätigung
von Schaltern und Ablesen von Instrumenten an dem Gehäuse vornehmen.
Das Gehäuse
und die zu seiner Aufnahme vorgesehene Aufnahmeeinrichtung können quaderförmige Kästen sein.
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Die
Führungseinrichtung
dient zum Abstützen
des Gehäuses,
d. h. zur Aufnahme einer von dem Gehäuse in Richtung der Führungseinrichtung wirkenden
Kraft. Die Kraft kann in einer näherungsweise
vertikalen Richtung wirken und zumindest teilweise von der auf das
Gehäuse
einwirkenden Schwerkraft stammen. Der Schwerkraft können sich jedoch
weitere, z. B. von einer Spanneinrichtung auf das Gehäuse ausgeübte Kräfte überlagern,
die auch horizontale und/oder nicht auf die Führungseinrichtung gerichtete
Komponenten enthalten können.
Allgemein wird jedoch zumindest eine Komponente der auf das Gehäuse insgesamt
einwirkenden Kraft eine Vorspannung zu der Führungseinrichtung hin erzeugen.
Die Richtung der von dem Gehäuse
auf die Führungseinrichtung
wirkenden Kraft wird im Folgenden in Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Ausführungsform,
bei der die Schwerkraft eines oben aufliegenden Gehäuses auf
eine im Wesentlichen horizontale Führungseinrichtung einwirkt,
als vertikale Richtung bezeichnet. Die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung
könnte
jedoch auch in jeder anderen Ausrichtung im Raum angeordnet sein,
wobei die Vorspannung zwischen dem Gehäuse und der Führungseinrichtung
auf andere Art, z. B. mit Hilfe einer Spanneinrichtung erzeugt werden
kann.
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Die
Führungseinrichtung
dient weiterhin zur Führung
des Gehäuses,
indem sie nur bestimmte Bewegungen des Gehäuses relativ zur Aufnahmeeinrichtung
zulässt.
Die Führungseinrichtung
kann z. B. eine ebene Fläche
aufweisen, die rechtwinklig zur Vertikalrichtung angeordnet ist
und Bewegungen des Gerätegehäuses an
ihr entlang in zwei horizontalen Dimensionen ermöglicht.
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Die
Befestigungseinrichtung weist ferner ein Schlittenelement auf, das
an einer Außenfläche des Gehäuses angeordnet
ist. Das Schlittenelement kann mit der Führungseinrichtung in und außer Eingriff
gebracht werden und ist im Eingriff gegenüber der Führungseinrichtung verschiebbar.
Vorzugsweise ist das Schlittenelement an oder unter einer Bodenfläche des
Gehäuses
angeordnet, wobei das Gehäuse
in Vertikalrichtung über
der Führungseinrichtung
angeordnet ist. Im Gegensatz zu anderen Ausrichtungen liefert die
Schwerkraft so bereits einen Beitrag zu der in der Vertikalrichtung
zur Befestigung erforderlichen Kraft.
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Die
Befestigungseinrichtung weist ferner eine erste Spanneinrichtung
auf, die einer Vorderseite des Gehäuses benachbart angeordnet
ist. Die Spanneinrichtung ist dazu eingerichtet, das Gehäuse an seinem
vorderen Ende gegen die Führungseinrichtung
vorzuspannen, wenn sich das Gehäuse
in der in der Aufnahmeeinrichtung angeordneten Position befindet.
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Die
Befestigungseinrichtung weist ferner eine zweite Spanneinrichtung
auf, die einer Rückseite
des Gehäuses
benachbart angeordnet ist, um das Gehäuse in einer Einschubposition
an seinem hinteren Ende gegen die Führungseinrichtung vorzuspannen.
Die Vorspannung erfolgt vorzugsweise in vertikaler Richtung durch
eine von dem Gerätegehäuse gegen
die Führungseinrichtung
ausgeübte
Druckkraft. Sofern das Gehäuse
in vertikaler Richtung über der
Führungseinrichtung
angeordnet ist, verstärken die
von der ersten und zweiten Spanneinrichtung ausgeübten Kräfte dabei
die Wirkung der auf das Gehäuse
wirkenden Schwerkraft.
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Die
Führungseinrichtung
kann auch wenigstens eine Führungsschiene
aufweisen, die eine Führungsrichtung
festlegt. Die Führungsschiene
kann Bewegungen des Gehäuses
relativ zur Führungseinrichtung
in der Führungsrichtung
zulassen und Bewegungen quer zur Führungsrichtung nach einer oder
nach beiden Seiten verhindern. Es können auch zwei parallele Führungsschienen
vorhanden sein, die eine Bewegung des Gehäuses jeweils nach einer Seite
quer zur Führungsrichtung
verhindern. Die eine oder die mehreren Führungsschienen können dadurch
eine Linearführung
des Gehäuses
bilden, die nur noch eine eindimensionale Bewegung des Gehäuses in
der Führungsrichtung
ermöglicht.
Sie können
jedoch zusätzlich
auch ein Spiel quer zur Führungsrichtung
zulassen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse z. B.
an seiner Rückseite
Stecker oder ähnliche
Verbindungselemente aufweist, die an zugehörigen feststehenden Elementen
ausgerichtet werden müssen,
bevor sie in Eingriff gebracht werden können.
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Die
Führungsrichtung
ist, vorzugsweise näherungsweise
horizontal, so dass auch schwere Lasten in der Führungsrichtung etwa von Hand
verschoben oder ausgerichtet werden können, ohne dass dabei zugleich
Komponenten der Schwerkraft überwunden
werden müssen.
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Vorzugsweise
weist die wenigstens eine Führungsschiene
eine schräg
angeordnete Anlagefläche
auf. Sie kann eine Keilform mit einer geneigten Ebene aufweisen,
wobei sich die Kante des Keils vorzugsweise in der Führungsrichtung
erstreckt.
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Durch
ihre vertikale Ausdehnung kann die Führungsschiene eine horizontale
Bewegung des Gehäuses
quer zu der Führungsrichtung
verhindern oder erschweren, wenn die Führungsschiene mit geeigneten
Strukturen, wie etwa Vorsprüngen,
Ausnehmungen oder Kufen an der unteren Seite des Gehäuses zusammenwirkt.
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Vorteilhafterweise
kann dieselbe oder eine zweite Führungsschiene
eine weitere schräg
angeordnete Anlagefläche
aufweisen, die eine in der Führungsrichtung
verlaufende, vertikale Ebene mit einer entgegen gerichteten Steigung
aufweist. Die beiden schrägen
Anlageflächen
der einen oder der beiden Führungsschienen
können
horizontal nebeneinander angeordnet sein und gemeinsam als eine
Führungsbahn
mit einem trapezförmigen
Querschnitt angesehen werden, dessen Schenkel von den schräg angeordneten
Anlageflächen
gebildet werden. Das Trapez ist vorzugsweise symmetrisch, d. h.
die Steigungen der entgegengesetzt geneigten Ebenen haben den gleichen
Betrag. Dadurch wird erreicht, dass gleich große vertikale Kräfte gleich
große,
einander entgegen gerichtete horizontale Hangkräfte erzeugen und dadurch Kräfte quer
zur Führungsrichtung
in der Summe vermieden werden.
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Vorzugsweise
ist der Querschnitt der Führungsschiene(n)
so gestaltet, dass er sich in der Vertikalrichtung nach oben hin
verjüngt.
Es kann sich z. B. um einen Vorsprung mit trapezförmigem Querschnitt,
der nach oben hin schmaler wird, oder um eine Nut mit einem trapezförmigen Querschnitt
handeln, der nach oben hin breiter wird. In beiden Fällen wird
die Möglichkeit
geschaffen, dass geeignete Vorsprünge an dem Gehäuse, z.
B. sich unter einer Bodenfläche
des Gehäuses
in der Führungsrichtung
erstreckende Kufen, beim Aufsetzen des Gehäuses von oben her mit beiden
schrägen
Anlageflächen ohne
Spiel in Kontakt gebracht werden können, wodurch das Gehäuse in der
Führungsrichtung
verschoben werden kann.
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Die
eine oder die mehreren Führungsschienen
können
eine Seitenführung
bewirken. Das Gehäuse
kann zu einer Linearbewegung in der Führungsrichtung gelagert sein.
Vorzugsweise ist die Führungsrichtung
eine horizontale Richtung und damit im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Vertikalrichtung, in der die Schwerkraft und Komponenten
der von Spanneinrichtungen ausgeübten
Kräfte
wirken können.
Das Gehäuse
ist dadurch in einem gelösten Zustand
horizontal relativ leicht beweglich, so dass es von einem Bediener
z. B. mit Hilfe eines an dem Gehäuse
angebrachten Handgriffs von Hand in die Aufnahmeeinrichtung eingeschoben
oder aus dieser entnommen werden kann. Im befestigten Zustand stellt
eine große
Vertikalkraft jedoch einen sicheren Sitz des Gehäuses auf der Führungseinrichtung
sicher.
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Vorzugsweise
weist das Schlittenelement der Befestigungseinrichtung wenigstens
eine Kufe auf. Die Kufe kann sich gerade erstrecken und eine Ausrichtung
an etwaigen Führungsschienen
der Führungseinrichtung
in der Führungsrichtung
ermöglichen.
Die Kufe kann eine schräg
angeordnete Anlagefläche
aufweisen, die einen Keil bildet, der sich bei einer entsprechenden
Ausrichtung des Schlittenelementes in der Führungsrichtung einer Führungsschiene
erstreckt. Das Schlittenelement kann eine weitere, schräg angeordnete
Anlagefläche
aufweisen. Dabei kann entweder eine Kufe zwei schräg angeordnete
Anlageflächen
aufweisen, oder es kann eine zweite Kufe vorhanden sein, die die
zweite schräg
angeordnete Anlagefläche
aufweist.
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Gemeinsam
können
die beiden Anlageflächen
eine Führungsbahn
mit einem trapezförmigen Querschnitt
bilden, wobei die Anlageflächen
im Querschnitt den Schenkeln des Trapezes entsprechen. Die Führungsbahn
kann einen aus dem Schlittenelement nach unten hervorstehenden,
sich nach unten verjüngen den
Vorsprung bilden. Auf diese Weise werden hinterschneidende Strukturen
vermieden und ein Aufsetzen des Schlittenelementes auf die Führungseinrichtung
von oben in Vertikalrichtung ermöglicht.
Das Schlittenelement könnte
auch eine sich nach oben verengende Nut mit Trapezquerschnitt aufweisen,
wobei vorzugsweise eine symmetrische Trapezform verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weisen sowohl die Führungseinrichtung
als auch das Schlittenelement jeweils zwei, sich in der Führungsrichtung
erstreckende Anlageflächen
auf, die im Querschnitt betrachtet jeweils die Schenkel eines Trapezes
bilden. Auf diese Weise kann das Gehäuse so in der Führungseinrichtung
angeordnet sein, dass das Schlittenelement flächig an jeweils zwei Anlageflächen auf
der Führungseinrichtung
aufliegt und geringe Spannungen erzeugt. Außerdem wird auf das Schlittenelement
eines ggfs. ungenau, nämlich
seitlich versetzt eingesetzten Gehäuses eine zentrierende Kraft
ausgeübt.
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Vorzugsweise
können
zwei Führungsschienen
der Führungseinrichtung
und zwei zugehörige Kufen
des Schlittenelementes in Horizontalrichtung voneinander beabstandet
angeordnet sein. Dadurch wird eine größere Stützweite geschaffen und die Übertragung
von Querkräften
und Momenten von dem Gehäuse
auf die Führungseinrichtung
erleichtert und dessen Befestigung dadurch verbessert.
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Es
brauchen jedoch weder die Führungsschienen
noch die Kufen zwingend ebene und zueinander parallele Anlageflächen aufzuweisen.
Vielmehr sind auch andere Ausführungen
möglich,
die ein Einsetzen des Schlittenelementes in die Führungseinrichtung
in vertikaler Richtung sowie eine Längsführung ermöglichen. Dazu sind schräg verlaufende
Tangentialebenen an der Führungseinrichtung und
dem Schlittenelement geeignet, die sich auch mit linienförmigen,
z. B. zylindrischen Kufen bzw. Schienen oder mit mehreren punktför migen,
z. B. sphärischen
Elementen oder unterbrochenenen Schienenabschnitten, die in einer
Reihe angeordnet sind, realisieren lassen. Diese können an
einer ebenen oder ihrerseits gewölbten,
z. B. zylindrischen Fläche
mit einer entsprechenden Tangentialebene gleiten.
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In
einer Ausführungsform
können
eine oder beide der aneinander anliegenden Anlageflächen von
einer Führungsschiene
und der zugehörigen Kufe
eine konvex gewölbte,
sich in der Führungsrichtung
erstreckende, z. B. zylindrische Oberfläche aufweisen. Obwohl dadurch
nur noch eine im Wesentlichen linienförmige Berührung zwischen Führungsschiene
und Kufe erzielt wird, wird die Führungseinrichtung dadurch auch
unempfindlicher gegenüber einer
ungenauen Winkelausrichtung der Führungsschiene und/oder der
Kufe bezüglich
einer Drehung um eine Achse parallel zur Führungsrichtung. Anstelle einer
Gleitlagerung könnten
das Schlittenelement und die Führungseinrichtung
auch über
Wälzkörper oder
Räder rollend
gelagert sein.
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Vorzugsweise
ist die erste Spanneinrichtung an dem unteren Rand der Vorderseite
des Gehäuses angeordnet,
das auf der Führungseinrichtung
aufliegt, und steht dort mit dieser zur Erzeugung einer Vorspannung
in Verbindung. An der Vorderseite ist die Spanneinrichtung für einen
Bediener auch leicht zu betätigen,
vor allem wenn die Vorderseite des Gehäuses freiliegt, um z. B. Zugang
zu an ihr angebrachten Betätigungseinrichtungen
zu schaffen.
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Bei
der ersten Spanneinrichtung kann es sich um eine Schrägspannschraube
handeln, die eine Zugkraft übertragen
kann, durch die Gehäuse und
Führungseinrichtung
gegeneinander gepresst werden. Die Wirkungslinie der Kraft verläuft vorzugsweise
schräg,
so dass sie sowohl eine vertikale, das vordere Ende des Gehäuses gegen
die Führungseinrichtung vorspannende
Komponente, als auch eine horizontale Komponente aufweist, die das
Gehäuse in
die Aufnahmeeinrichtung hinein gegen einen Endanschlag vorspannen
kann.
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Die
zweite Spanneinrichtung kann eine Schrägflächenanordnung aufweisen, die
in der Lage ist, eine auf das Gehäuse in horizontaler Richtung, vorzugsweise
in einer Einschub- oder
Führungsrichtung
ausgeübte
Kraft in eine nach unten gerichtete vertikale Kraft zu überführen. Die
zweite Spanneinrichtung kann eine mit der Führungseinrichtung verbundene
erste Kontaktfläche
und eine mit dem Gehäuse
verbundene zweite Kontaktfläche
aufweisen, die miteinander in Berührung gebracht werden können, wobei
sie eine vorbestimmte Endposition der Einschubbewegung des Gehäuses in
die Aufnahmeeinrichtung festlegen und einen Endanschlag bilden können. Eine
durch Berührung
der ersten und zweiten Kontaktfläche
gegebene Endposition des Gehäuses
entspricht vorzugsweise seiner erwünschten Lage im befestigten
Zustand.
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Die
erste und/oder die zweite Kontaktfläche kann an dem Berührpunkt
zwischen Führungseinrichtung
und Gehäuse
eine Neigung aufweisen, die als Reaktion auf eine horizontale Kraft
durch Keilwirkung eine vertikal nach unten gerichtete Kraft auf
das Gehäuse
ausübt.
Beispielsweise kann ein Abschnitt des Gehäuses ein sich nach hinten hin
verjüngendes, d.
h. schräg
nach unten zulaufendes Gehäusekeilelement
aufweisen, das an einem bestimmten Punkt der Einschubbewegung des
Gehäuses
in die Aufnahmeeinrichtung an ein Führungskeilelement der Führungseinrichtung
anstößt. Dabei
weisen die beiden Keilelemente vorzugsweise, aber nicht zwangsläufig ebene
parallele Oberflächen
auf.
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Wie
die Anlagefläche
zwischen der Führungseinrichtung
und dem Schlittenelement können auch
eine oder beide der anein ander anliegenden Kontaktflächen der
zweiten Spanneinrichtung eine nicht ebene, sondern z. B. konvex
gewölbte
Oberfläche
aufweisen. Entscheidend für
die auf Keilwirkung beruhende Funktion der zweiten Spanneinrichtung ist
die Lage bzw. der Winkel der Tangentialebene der Kontaktflächen am
Berührpunkt,
die vorzugsweise schräg
nach hinten und unten geneigt verläuft. Mit Rücksicht auf den Haftreibungskoeffizienten
ist eine zu „steile” Ausrichtung
der Tangentialebene, d. h. Annäherung
an die xy-Ebene, zu vermeiden. Umgekehrt ermöglicht eine relativ „flache” Tagentialebene, d.
h. nahe der xz-Ebene, durch Keilwirkung eine Verstärkung der
in vertikaler Richtung wirkenden Kraft.
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Die
Keilwirkung zwischen der ersten und zweiten Kontaktfläche lässt sich
aber allgemein auch mit beliebigen anderen Oberflächenformen,
wie etwa zylindrisch oder sphärisch
gewölbten
Oberflächen
erreichen, sofern sie im Berührpunkt
mit der anderen beteiligten Oberfläche eine geeignet geneigte,
vorzugsweise schräg
nach hinten und unten abfallende Tangentialebene bilden. Es könnte jedoch
auch ein spitzes Element auf eine ebene oder gewölbte Fläche auftreffen, um die gleiche
Wirkung zu erzielen. Vorzugsweise werden jedoch zwei Keilelemente
mit parallelen ebenen Oberflächen
verwendet, um eine flächige
Berührung
zu ermöglichen
und die auftretenden Spannungen sowie den Verschleiß gering
zu halten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform,
in der das Gehäuse
oberhalb der Führungseinrichtung angeordnet
ist, kann sich die zweite Spanneinrichtung an dem unteren Rand der
Rückseite
des Gehäuses
befinden, der an die Führungseinrichtung
angrenzt, und eine Druckkraft zwischen diesen bewirken.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist den Zeichnungen dargestellt:
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1 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht ein Gehäuse mit elektronischer Ausrüstung, das
in einer nur teilweise dargestellten Aufnahmeeinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung befestigt ist.
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2 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht die Befestigungseinrichtung aus 1,
wobei von dem Schlittenelement nur zwei Kufen dargestellt sind,
die an den entsprechenden Führungsschienen der
Führungseinrichtung
anliegen.
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3 zeigt
in einer vergrößerten Schnittsansicht
eine der beiden in 1 gezeigten Schrägspannschrauben
im festgezogen Zustand.
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4 zeigt
in einer vergrößerten Schnittsansicht
die in 1 gezeigte Schrägflächenanordnung.
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5 zeigt
in einer vergrößerten Schnittsansicht
die in 2 gezeigten Führungsschienen
der Führungseinrichtung
sowie die Kufen des Schlittenelementes im Eingriff miteinander.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines quaderförmigen Gehäuses 10, das mit einer
bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung 1 befestigt
ist. Das Gehäuse 10 enthält elektronische
Ausrüstung
eines (nicht dargestellten) Flugzeugs, die in einem Rahmen 20 befestigt
ist. Das Gehäuse
ist starr mit dem Rahmen und damit mit dem Flugzeug verbunden und
darf sich auch dann nicht aus seiner Halterung lösen, wenn Vibrationen, Stöße oder
andere Beschleunigungen auf den Rahmen einwirken. Das Gehäuse 10 weist
eine Vorderwand 11 auf, die Bedieneinrichtungen 17 unterschiedlicher
Art enthält,
wie etwa Stecker, Schalter, Drehknöpfe, Anzeigeinstrumente sowie
einen Hand griff, die ein Bediener benutzen kann. Das Gehäuse 10 ist
in einer nicht dargestellten Wand, die in der Ebene der Vorderwand 10 verläuft, eines
Raumes angeordnet, in dem sich ein Bediener aufhalten kann.
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Das
Gehäuse 10 ist
als Einschubelement ausgebildet und weist weiterhin eine rechte 12 und eine
linke Seitenwand 13, eine Deckelwand 14 und eine
Bodenwand 15 und eine Rückwand 16 auf,
die im vorliegenden Beispiel keine Bedieneinrichtungen aufweisen
und einem Bediener im eingeschobenen befestigten Zustand des Gehäuses 10 nicht
zugänglich
zu sein brauchen.
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In
dem in allen Figuren einheitlich verwendeten kartesischen Koordinatensystem
verläuft
die y-Achse vertikal von unten nach oben. Die z-Achse verläuft in der
durch eine Führungseinrichtung
vorgegebenen, horizontalen Einschub- bzw. Führungsrichtung von vorne nach
hinten, und die x-Achse
verläuft aus
der Perspektive eines die Vorderwand 11 betrachtenden Bedieners
horizontal von links nach rechts.
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Das
Gehäuse 10 liegt
auf einer Aufnahmeeinrichtung 2 auf, die in 2 genauer
dargestellt ist, und ist an dieser befestigt. Der Rahmen 20 weist
einen rechten 22 und einen linken Längsträger 23 auf, die durch
mehrere Querstreben 21 miteinander verbunden sind. Der
Rahmen 20 ist starr mit nicht dargestellten Strukturen
des Flugzeugs verbunden und ähnelt
in seinem Aufbau einem Eisenbahngleis, wobei die parallelen Längsträger 22, 23 als
Führungsschienen
ausgebildet sind und durch die darunter liegenden „Schwellen” 21 in
einem vorgegebenen Abstand gehalten werden. An ihren einander zugewandten oberen
Kanten weisen die Längsträger 22, 23 jeweils eine
sich über
ihre gesamte Länge
erstreckende, ebene, in einem Winkel von 45 Grad abgeschrägte Fläche oder
Fase 24, 25 auf, die eine Anlagefläche zur
gleitenden ver schiebbaren Lagerung einer rechten bzw. linken Kufe 32, 33 eines
Schlittenelementes bilden. Von den Anlageflächen ist in 2 nur
der hinterste Abschnitt der linken Anlagefläche 25 sichtbar.
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Die
Kufen 32, 33 sind Profile mit einem trapezförmigen Querschnitt,
der einen Schenkel in einem Winkel von 45 Grad zu den ansonsten
entlang der Koordinatenebenen ausgerichteten Oberflächen der
Kufen 32, 33 aufweist. Die Kufen 32, 33 weisen jeweils
eine Gleitfläche 34, 35 auf,
die zum flächigen Anliegen
an der Anlagefläche 24, 25 der
entsprechenden Führungsschiene 22, 23 vorgesehen
ist.
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Die
Kufen 32, 33 sind mit der Bodenwand 15 des
Gehäuses 1 verschraubt.
Sie legen gemeinsam mit den Anlageflächen 24, 25 der
Führungsschienen 22, 23 eine
horizontale Führungsrichtung
fest, die der z-Richtung entspricht. Sie verhindern hingegen eine horizontale
seitliche Bewegung der Kufen 32, 33 und damit
des Gehäuses 10 relativ
zu der Aufnahmeeinrichtung 2 in der x-Richtung, wenn sie
flächig
an den Führungsschienen 22, 23 anliegen,
wie es in 2 dargestellt ist.
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Durch
die schräge
Ausrichtung der Anlageflächen 24, 25 und
der Gleitflächen 34, 35 wird
jedoch erreicht, dass sich die Kufen 32, 33 und
damit das Gehäuse 10 bezogen
auf die Aufnahmeeinrichtung 2 nach oben, d. h. in positiver
y-Richtung bewegen lassen. Dies wird dadurch erreicht, dass sich
an den schräg
stehenden Anlage- 24, 25 bzw. Gleitflächen 34, 35 die
Führungsschienen 22, 23 nach
oben hin bzw. die Kufen 32, 33 nach unten hin
verjüngen und
keine Hinterschneidung einer Bewegung des Gehäuses in positiver y-Richtung
im Wege steht.
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Die
Befestigungseinrichtung 1 weist ferner wenigstens eine erste
Spanneinrichtung 4 und wenigstens eine zweite Spanneinrichtung 6 auf,
wobei in 2 jeweils eine erste Spanneinrichtung 4 an dem
vorderen Ende und eine zweite Spanneinrichtung 6 an dem
hinteren Ende jedes Längsträgers 22, 23 angeordnet
ist.
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Jede
der ersten oder vorderen Spanneinrichtungen 4 enthält eine
in 3 genauer dargestellte Schrägspannschraube 40,
die dazu eingerichtet ist, das Gehäuse 10 in positiver
z- und negativer
y-Richtung schräg
gegen die Aufnahmeeinrichtung 2 vorzuspannen. Dadurch wird
zum einen die Wirkung der Schwerkraft des Gehäuses 10, die die Kufen 32, 33 auf
die Führungsschienen 22, 23 drückt, an
dem vorderen Ende des Gehäuses 10 verstärkt. Um
auch bei starken Beschleunigungen durch Vibrationen oder Stöße ein Abheben
der Kufen von den Führungsschienen
zu verhindern, kann ein Mehrfaches der Schwerkraft als Vorspannung
erforderlich sein. Weiterhin spannt die Schrägspannschraube das Gehäuse 10 und
die mit ihm verbundenen Kufen 32, 33 in der positiven
z-Richtung gegen einen Endanschlag vor, der von einer zweiten oder
hinteren Spanneinrichtung 6 gebildet wird, die in 4 genauer
dargestellt ist.
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3 zeigt
eine der in 2 dargestellten Schrägspannschrauben 40 in
einer vergrößerten Schnittansicht.
Die Schrägspannschraube 40 weist einen
mit Außengewinde
versehenen Schaft 41 auf, der über ein Scharnier 43 schwenkbar
mit der Führungsschiene 22 verbunden
ist. Die Schwenkachse des Scharniers 34 verläuft in der
x-Richtung, so dass der Schaft 41 in der yz-Ebene schwenkbar
ist. Der Schaft 41 trägt
eine mit Innengewinde versehene Mutter 42, die eine zylindrische
Außenoberfläche 47 und
einen Flansch 44 aufweist, der mit Griffelementen 45 versehen
ist. Diese erleichtern es einem Bediener, die Mutter von Hand zu
lösen oder
festzuziehen. An ihrem unteren Ende weist die Mutter 42 einen
Rohrabschnitt 46 auf, der sich außen als Fortsetzung der zylindrischen
Außenoberfläche 47 erstreckt.
In seinem Inneren weist der Rohrabschnitt 46 einen größeren Innendurchmesser
als der Schaft 41 und kein Gewinde auf, so dass ein ringförmiger Zwischenraum 51 zwischen
dem Rohrabschnitt 46 und dem Schaft 41 vorhanden
ist.
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Der
Zwischenraum 51 ist zur Aufnahme eines Armes 48 eines
Anschlusselementes 49 eingerichtet, das über Schrauben 50 mit
dem Gehäuse 10 verbunden
ist. Durch Festziehen der Mutter 42, d. h. durch Bewegen
derselben zu dem Scharnier 43 hin, wird der Arm 48 in
dem Zwischenraum 51 aufgenommen und zwischen dem Schaft 41 und
dem Rohrabschnitt 46 eingeklemmt, wodurch die Mutter eine
im Wesentlichen in Richtung des Schaftes, d. h. in positiver z-
und negativer y-Richtung wirkende Kraft auf das Gehäuse 10 ausübt. In einem
gelösten
Zustand der Mutter 42 greift der Rohrabschnitt 46 nicht über den
Arm 48 hinweg. In dieser Stellung ist die Schrägspannschraube 40 um
die Achse des Scharniers 43 schwenkbar. Wie in 2 dargestellt
kann die Schrägspannschraube 40 in
eine waagerechte Stellung und darüber hinaus weiter nach unten
geschwenkt werden. In dieser Stellung steht sie den Kufen 32, 33 nicht
im Weg, so dass die Kufen mit dem darüber angeordneten Gehäuse 10 in
negativer z-Richtung aus der Aufnahmeeinrichtung 2 herausgezogen
oder in diese eingesetzt werden können. Eine zweite Schrägspannschraube
gleicher Bauart ist an dem vorderen Ende der linken Führungsschiene 23 angeordnet.
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4 zeigt
die am hinteren Ende der linken Führungsschiene 23 angeordnete
zweite oder hintere Spanneinrichtung 6 in einer vergrößerten Schnittsansicht.
Wie die vordere Spanneinrichtung 4 ist auch die hintere
Spanneinrichtung 6 in zweifacher, gleich wirkender, spiegelbildlich
aufgebauter Ausführung
an den hinteren Enden beiden Führungsschienen 22, 23 vorhanden.
Im Folgenden wird nur die an der linken Führungsschiene 23 angeordnete
hintere Spanneinrichtung 6 beschrieben. Die hintere Spanneinrichtung 6 weist
eine Schrägflächenanordnung auf,
die ein Führungskeilelement 61 und
ein Gehäusekeilelement 62 enthält.
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Das
Führungskeilelement 61 weist
eine quaderförmige
Grundform und einen an seinem oberen Ende angeordneten, nach vorne
weisenden Vorsprung 64 auf und ist mit einer Schraube 63 an
der linken Führungsschiene 23 angebracht.
Der Vorsprung 64 weist eine schräge, ebene, nach unten weisenden
erste Kontaktfläche 65 auf,
die an einer sich in x-Richtung erstreckenden abgerundeten Kante 66 in
einen senkrechten Flächenbereich 67 übergeht.
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Die
Schrägflächenanordnung
umfasst ferner ein Gehäusekeilelement 62,
das mit der Bodenwand 15 des Gehäuses 10 verschraubt
ist. Es könnte
auch direkt an der entsprechenden Kufe 33 angebracht sein.
Das Gehäusekeilelement 62 weist
ebenfalls eine quaderförmige
Gestalt auf, hat jedoch an seiner hinteren oberen Kante eine schräg nach hinten,
d. h. in positiver z-Richtung im Winkel von 45 Grad nach unten abfallende
Fläche
oder Fase. Sie bildet eine zweite Kontaktfläche 71, die eben und
parallel zu der ersten Kontaktfläche 65 ausgerichtet
und zur Anlage an derselben vorgesehen ist. An ihrem unteren Ende geht
die zweite Kontaktfläche 71 an
einer Kante 72 in eine senkrechte Frontfläche 73 über.
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Die
hintere Spanneinrichtung 6 wirkt wie folgt: Sie stellt
einerseits einen Endanschlag dar, der eine Bewegung des auf den
Kufen 32, 33 gelagerten Gehäuses 10 in positiver
z-Richtung über eine
vorgebene Endposition hinaus verhindert, die erreicht ist, wenn
das Gehäusekeilelement 62 an
das Führungskeilelement 61 anstößt, so dass
deren Kontaktflä chen 65, 71 flächig aneinander
anliegen. Eine durch die Schrägstellung
der Flächen 65, 71 hervorgerufene
Keilwirkung bewirkt eine nach unten, d. h. in der negativen y-Richtung wirkende
Kraft auf das hintere Ende des Gehäuses 10, die als Druckkraft über das hintere
Ende der Kufen 32, 33 auf die hinteren Abschnitt
der Führungsschiene 22, 23 übertragen
wird. Diese Kraft verstärkt
die ohnehin wirkende Gewichtskraft des Gehäuses 10 und ist so
bemessen, dass sie zusammen mit dieser das Gehäuse auch dann an der Aufnahmeeinrichtung 2 festhalten
kann, wenn z. B. durch Vibrationen oder Stöße Beschleunigungen auf das
Gehäuse 10 einwirken.
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Auf
diese Weise trägt
die vordere Spanneinrichtung in Gestalt der Schrägspannschraube 40 zur vertikalen
Fixierung des Gehäuses 10 an
der Aufnahmevorrichtung 2 nicht nur direkt an dem vorderen
Ende, sondern indirekt auch an dem hinteren Ende bei, indem die
von der Schrägspannschraube 40 erzeugte
Kraftkomponente in positiver z-Richtung von der Schrägflächenanordnung
der hinteren Spanneinrichtung 6 nach unten in die negative
y-Richtung „umgelenkt” wird.
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5 zeigt
in vergrößerter Darstellung
im Querschnitt die Bodenwand 15 des Gehäuses 10 sowie das
Schlittenelement 3 mit den daran angebrachten Kufen 32, 33,
die auf den Führungsschienen 22, 23 aufliegen.
Zur besseren Veranschaulichung der für die Funktion wesentlichen
Strukturen ist der relativ breite mittlere Abschnitt zwischen den
Kufen 32, 33 weggelassen worden. Wie bereits im
Zusammenhang mit 2 beschrieben liegen die Kufen 32 und 33 über schräge, im Winkel
von 45° entgegengesetzt geneigte
Flächen
an den Führungsschienen 22 bzw. 23 an.
Diese Anordnung schafft einen erfindungsgemäßen Vorteil in der Weise, dass
sie dem Schlittenelement 3 mit dem Gehäuse 10 eine Linearführung bietet
und eine Bewegung in z-Richtung ohne horizontale Querbewegung in
x-Richtung ermöglicht.
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Durch
die so erreichte seitliche Führung brauchen
die Schrägspannschrauben 40 keine
Sicherungsfunktion gegen Kräfte
in der x-Richtung zu bieten. Dadurch wird ein entscheidender Schwachpunkt
der Schrägspannschraube
beseitigt, die durch eine im Wesentlichen in der Längsrichtung
des Schafts 41 übertragene
Kraft nur in der y- und z-Richtung eine ausreichende Befestigungswirkung
bietet. In der x-Richtung
kann sie das Gehäuse 10 jedoch nur
unzureichend sichern, weil sich der Arm 48 wie in 4 gezeigt
in einem sich lokal im Wesentlichen in x-Richtung erstreckenden
Abschnitt des ringförmigen Zwischenraums 51 zwischen
dem Schaft 41 und dem Rohrabschnitt 46 befindet
und daher in der x-Richtung leicht nachgeben kann. Ferner würden Kräfte in x-Richtung
auf die Spannschraube 40 Biegemomente auf das Scharnier 43 übertragen,
denen dieses standhalten müsste.
Durch die Linearführung
des Schlittenelementes 3 wird die Schrägspannschraube 40 jedoch
in der x-Richtung entlastet, so dass das Scharnier 43 lediglich
Zug- und Druckkräfte
in der yz-Ebene aufnehmen muss.
-
Verglichen
mit der Befestigung eines Gehäuses über Stifte
verteilt die vorliegende Erfindung die auftretenden Kräfte zwischen
den Führungsschienen 22, 23 und
den Kufen 32, 33 sowie zwischen dem Führungskeilelement 61 und
dem Gehäusekeilelement 62 auf
größere Flächen. Durch
die unterschiedliche Ausrichtung der schrägen Flächen wird dennoch eine Fixierung
des Gehäuses 10 in
allen drei Dimensionen allein durch die mit den Spannschrauben 40 aufgebrachte
Kraft erreicht.
-
Erfindungsgemäß wird die
Befestigungswirkung in den verschiedenen Richtungen räumlich getrennt
von den Elementpaaren Führungsschiene/Kufe 22, 23, 32, 33 einerseits
sowie Führungs-/Gehäusekeilelement 61, 62 andererseits
erbracht.
-
Führungsschienen 22, 23 und
Kufen 32, 33 legen die Position in x-Richtung
fest, während
die Spannschraube 40 eine Vorspannung in negativer y-Richtung
festlegt. Durch die von der Schraube 40 ebenfalls erzeugte
Kraftkomponente in positiver z-Richtung wird auch der Freiheitsgrad
in der z-Richtung
durch Anliegen des Gehäuse- 62 an
dem Führungskeilelement 61 beseitigt.
Ferner erzeugt die Keilanordnung 61, 62 auch am
hinteren Ende eine Kraft auf das Gehäuse in negativer y-Richtung.
Beide räumlich
versetzt ausgeübten
Kräfte
in negativer y-Richtung wirken darüber hinaus auch Drehbeschleunigungen
bzw. Momenten um die x-Achse entgegen, während Momente um die y- und
z-Achse bereits durch die Führungsschienen 22, 23 in
Verbindung mit einer nur an einem Ende wirkenden Vorspannung in
y-Richtung aufgenommen werden könnten.
-
Als
weiterer Vorteil erweist sich die vorliegende Erfindung als unempfindlich
gegenüber
Maßabweichungen
der einzelnen Elemente. Während
Befestigungsstifte oder zu ihrer Aufnahme vorgesehene Ausnehmungen
ihre Maße
und Abstände
zueinander in mehreren Dimensionen sehr genau einhalten müssen, können die
einzelnen Flächen
der Elemente des beschriebenen Ausführungsbeispiels größere Maßabweichungen
aufweisen, ohne die Funktion der Befestigungseinrichtung 1 zu
beeinträchtigen.
Die in 5 dargestellte Anordnung aus zwei Führungsschienen 22, 23 und
zwei Kufen 32, 33 mit Schrägflächen im Winkel von z. B. 45° neigt zum
automatischen Zentrieren des Schlittenelementes 3 in der Aufnahmeeinrichtung 2,
wenn das Gehäuse 10 eingesetzt
wird. Der Winkel könnte
auch anders gewählt werden,
wobei jedoch jeweils symmetrische Schrägflächen an beiden Kufen sowie
an beiden Führungsschienen
bevorzugt werden, um das Auftreten von Querkräften in der x-Richtung zu vermeiden.
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Weicht
z. B. die Höhe
y oder die seitliche Position x einer Führungsschiene 22, 23 oder
einer Kufe 32, 33 von der vorgesehenen Position
geringfügig
ab, führt
dies nur zu einer geringfügigen
Verschiebung der Lage des Schlittens und damit des Gehäuses in x-
und y-Richtung, ohne dass die beschriebene Funktion der Befestigungseinrichtung 10 beeinträchtigt wird.
Sowohl die Schrägspannschraube 40 als
auch die Schrägflächenanordnung
der hinteren Spanneinrichtung 6 können ihre Funktion bei geringfügigen Lageabweichungen
des Schlittenelementes 3 weiterhin voll erfüllen.
-
So
kann sich die Spannschraube 40 z. B. in y- und z-Richtung
durch geeigneten Schwenken des Scharniers 43 und Anziehen
der Mutter 42 ausreichend anpassen, während der Arm 48 in
den ringförmigen
Zwischenraum 51 eingreift, der sich hier lokal etwa in
x-Richtung erstreckt und dadurch ein ausreichendes Spiel liefert.
Demnach nutzt die vorliegende Erfindung die als unzureichend empfundene
Befestigungswirkung der Spannschraube 40 in der x-Richtung
als ein Spiel zur Anpassung an die genaue Lage des Gehäuses 10.
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Die
Wirkung der Schrägflächenanordnung der
hinteren Spanneinrichtung 6 wird durch geringe Lageabweichungen
des Gehäuses 10 in
der x-Richtung nicht beeinträchtigt,
während
geringe Abweichungen in der y-Richtung nur einen leicht versetzten Berührpunkt
und damit zugleich eine geringe Verschiebung des Gehäuses in
z-Richtung zur Folge haben Diese wird jedoch, wie zuvor erläutert, an
der vorderen Spanneinrichtung 4 durch geeignetes Schwenken
und Festziehen der Spannschraube 40 ausgeglichen.
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Aus
den genannten Gründen
gleichen die Spanneinrichtungen 4 und 6 nicht
nur Lageabweichungen des Gehäuses 10 ohne
Funktionsverlust aus, sondern sind auch tolerant gegenüber eigenen Fertigungstoleranzen
an den Keilelemente 61, 62 bzw. der Spannschraube 40.
-
Die
Erfindung schafft eine Befestigungseinrichtung 1 zur ortsfesten,
lösbaren
Lagerung eines Gehäuses 10 in
einer Aufnahmeeinrichtung 2. Das Gehäuse ist in einer Führungseinrichtung
gelagert und wird von einer vorderen Spanneinrichtung 4 mit einer
Kraftkomponente entlang der Führungseinrichtung
und einer Kraftkomponente gegen die Führungseinrichtung schräg vorgespannt.
Eine hintere Spanneinrichtung 6 erzeugt ebenfalls eine
Kraftkomponente gegen die Führungseinrichtung
zur Befestigung des Gehäuses 10.
Die Befestigungseinrichtung 1 trennt die Befestigungswirkungen
in den verschiedenen Raumrichtungen voneinander und schafft dadurch
große
ebene Gleit- und Anlageflächen 24, 25, 34, 35, 67, 71,
die nur geringen Spannungen ausgesetzt sind und ohne Beeinträchtigung
der Befestigungswirkung erhebliche Maßtoleranzen aufweisen dürfen.
-
- 1
- Befestigungseinrichtung
- 2
- Aufnahmeeinrichtung
- 3
- Schlittenelement
- 4
- Erste
Spanneinrichtung
- 6
- Zweite
Spanneinrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- Vorderwand
- 12
- Rechte
Seitenwand
- 13
- Linke
Seitenwand
- 14
- Deckelwand
- 15
- Bodenwand
- 16
- Rückwand
- 17
- Bedieneinrichtung
- 20
- Rahmen
- 21
- Querstrebe
- 22
- Rechte
Längsträger
- 23
- Linker
Längsträger
- 24
- Rechte
Anlagefläche
- 25
- Linke
Anlagefläche
- 32
- Rechte
Kufe
- 33
- Linke
Kufe
- 34
- Rechte
Gleitfläche
- 35
- Linke
Gleitfläche
- 40
- Schrägspannschraube
- 41
- Schaft
- 42
- Mutter
- 43
- Scharnier
- 44
- Flansch
- 45
- Griffelement
- 46
- Rohrabschnitt
- 47
- Außenfläche
- 48
- Arm
- 49
- Anschlusselement
- 50
- Schraube
- 51
- Zwischenraum
- 61
- Führungskeilelement
- 62
- Gehäusekeilelement
- 63
- Schraube
- 64
- Vorsprung
- 65
- Erste
Kontaktfläche
- 66
- Kante
- 67
- Fläche
- 71
- Zweite
Kontaktfläche
- 72
- Kante
- 73
- Frontfläche