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Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für Luftkanalmodule unterschiedlicher Querschnittsform aus dünnem Stahl-, Aluminium- oder Kupferblech, Blech aus deren Legierungen oder aus Kunststoff geformten Abschnitten, mit die Eckwinkel der Luftkanalflansche zusammenhaltende Flanschverbinder aus einem Haltebolzen mit Kopf und Schaft sowie einem in einen Einsteckschlitz des Schaftes einschiebbaren, gegen den anderen Eckwinkel drückenden Rastkeil, wobei der Kopf und der Rastkeil jeweils horizontale Pressflächen sowie der Einsteckschlitz und der Rastkeil einander zugewandte Keilflächen mit entlang der Längsachse des Rastkeiles verlaufenden zahnartigen Rastvorsprüngen zum Verrasten der Keilflächen beim Einschieben des Rastkeiles in den Einsteckschlitz aufweisen.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2 239 396 A1 ist ein gattungsbildendes Verbindungssystem, insbesondere Flanschverbinder für Luftkanalmodule bekannt, deren Flansche durch einen die Flansche durchsetzenden Haltebolzen und einen Rastkeil im Klemmsitz zusammengehalten werden. Der Haltebolzen hat im Schaft einen Einsteckschlitz mit einer Rastvorsprünge aufweisenden Keilfläche, der eine entsprechend angepasste Keilfläche mit Rastvorsprüngen des Rastkeils zugeordnet ist, so dass beim Einschlagen des Rastkeils in den Einsteckschlitz die horizontalen Pressflächen von Rastkeil und Haltebolzen die Flansche pressend fixieren können.
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Dieses bekannte Verbindungssystem hat den Nachteil, dass der Rastkeil bei seinem Einschlagen in den Einsteckschlitz des Haltebolzens zum Verbinden der Eckwinkel zweier Luftkanalmodule gegen den Stirnbereich des Luftkanalflansches stößt, wodurch die Montage erschwert und eine Lockerung der Klemmverbindung an den Eckwinkeln verursacht wird.
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Aus der
US 1 737 091 A ist eine Bolzen-Keilverbindung bekannt, deren Bolzen einen geschlitzten Schaft aufweist, in dem ein Keil zum formschlüssigen Halten der Verbindung einschiebbar angeordnet ist.
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Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verbindungssystem derart zu verbessern, dass das Verbindungssystem auch für das Verbinden der Eckbereiche von Luftkanalmodulen geeignet ist, ein Lockern des Verbindungssystems sicher verhindert und zugleich die Montage erleichtert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verbindungssystem, mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verbindungssystems sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Rastkeil umfasst:
- a) einen dem Einsteckschlitz zugewandten Sollbruch/Knickabschnitt, der über eine Sollbruch/Knickstelle mit der Keilfläche des Rastkeils verbunden ist,
- b) einen dem Einsteckschlitz abgewandten Einschlagabschnitt, in dem zwei quer zur Längsachse des Rastkeils von einander beabstandete und senkrecht übereinander liegende Durchsetzungen zur mittigen Krafteinleitung beim Einschlagen angeordnet sind, und
- c) einen zwischen Sollbruch/Knickabschnitt und Einschlagabschnitt gelegenen Mittelabschnitt, in dem mindestens zwei hintereinander im Abstand voneinander, quer zur Längsachse des Rastkeiles angeordnete Durchsetzungen zur gezielten Kraftaufteilung in Richtung Keilfläche und horizontaler Pressfläche vorgesehen sind.
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Die Sollbruch/Knickstelle am Rastkeil gewährleistet, dass der Stirnbereich des Luftkanalmodules beim Einschlagen des Rastkeils nicht mehr stört und der Sollbruch/Knickabschnitt des Rastkeils beim Auftreffen des vorderen Endes des Rastkeiles auf den Stirnbereich des Luftkanalflansch abgebogen oder abgetrennt wird.
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Die Durchsetzungen im Einschlagabschnitt sind so angeordnet, dass jeweils eine der Durchsetzung der Keilfläche des Rastkeiles und die andere der Pressfläche zugeordnet ist. Beide Durchsetzungen sind soweit voneinander beabstandet, dass zwischen ihnen ein zusammenhängender Materialbereich zum Einschlagen des Rastkeils in den Einsteckschlitz verbleibt, welcher die Einschlagkraft mittig in den Rastkeil einleitet. Die Einschlagkraft wirkt auf die im Mittelabschnitt quer zur Längsachse des Rastkeils liegenden Durchsetzungen und wird jeweils in Richtung der Keilfläche und der Pressfläche des Rastkeils verteilt, so dass die Rastvorsprünge der Keilflächen von Rastkeil und Einsteckschlitz und die horizontale Pressfläche mit dem Flansch sicher im Formschluss bleiben.
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Nach einer bevorzugten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sollbruch/Knickstelle aus einer Nut mit einem Tiefpunkt gebildet, der etwa 0,5 bis 1,5 mm über der horizontalen Pressfläche des Rastkeils endet.
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Von besonderem Vorteil ist, dass der Sollbruch/Knickabschnitt an seinem dem Einsteckschlitz zugewandten Ende eine vertikale Anschlagfläche und eine Abschrägung zur Einleitung einer Reaktionskraft beim Auftreffen auf den Stirnbereich des Luftkanalmoduls aufweist, wobei der Winkel der Abschrägung mindestens 5° bis maximal 15° kleiner ist als der Öffnungswinkel der Innenflächen der Nut.
Die Nut kann aus v-, kreissegment-, parabel- oder ellipsoidartigen Flächen gebildet sein. Im Falle einer v-förmigen Nut weisen die Innenflächen der Nut einen Öffnungswinkel von 70° bis 130°, beispielsweise 90°, auf.
Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, wenn im Sollbruch/Knickabschnitt zwischen der Abschrägung und der Sollbruch/Knickstelle eine quer zur Längsachse des Rastkeils liegende Durchsetzung in Form eines Loches, angeordnet ist. Dies führt dazu, dass die Reaktionskraft an der Lochperipherie in mindestens zwei Teilkräfte unterschiedlicher Größe aufgeteilt wird, wodurch auf die Sollbruch/Knickstelle ein Moment einwirkt, welches den Knick/Bruch der Sollbruch/Knickstelle bewirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Durchsetzungen im Sollbruch/Knickabschnitt, Mittelabschnitt und Einschlagabschnitt kreisförmig oder nicht kreisförmig ausgebildet.
Die Durchsetzungen können die Form von Löchern aufweisen, wobei beispielsweise die Löcher im Mittelabschnitt und Einschlagabschnitt einen gleich großen Durchmesser besitzen. Ebenso können die Durchsetzungen ovale, ellipsoide oder andere gekrümmte Kurvenformen haben, ohne die Erfindung zu verlassen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben die Keilfläche des Einsteckschlitzes und die Keilfläche des Rastkeiles einen Öffnungswinkel von 4 bis 15°, beispielsweise 13°.
Die Rastvorsprünge an den Keilflächen von Rastkeil und Einsteckschlitz weisen eine Höhe von 0,6 bis 0,7 mm, beispielsweise 0,64 mm auf, wobei der Flankenwinkel der Rastvorsprünge 90° beträgt.
All dies stellt sicher, dass die Keilflächen von Einsteckschlitz und Rastkeil beim Einschlagen aufeinander gleiten können, so dass der Flanschverbinder in Einsteckrichtung eine entsprechende Klemmkraft erzeugt oder in Ausschlagrichtung wieder lösbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Rastkeil eine Länge, die deutlich größer als der Durchmesser des Schaftes des Haltebolzens ist, wodurch sich die Wirkbereiche benachbarter Flanschverbinder gegenseitig überlagern können, so dass die Verbindung entlang des gesamten Umfangs des dicht bleibt.
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Von besonderem Vorteil ist, dass der Rastkeil und der Haltebolzen aus gemeinsamen oder aus unterschiedlichen Werkstoffen wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Kunststoff, Kohlenstofffaser- oder Kunststoff-Composite bestehen. Dies ermöglicht es, Haltebolzen und Rastkeil aus unterschiedlichen Werkstoffen mit verschiedenen Eigenschaften zu kombinieren. So kann beispielsweise der Rastkeil aus hochfestem Material, beispielsweise Metall oder Composite-Werkstoff, und der Haltebolzen aus schwingungsdämmendem Kunststoff bestehen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, die Anzahl der metallischen Schraubverbindungen an Flanschen von Luftkanalmodulen weiter zu reduzieren und trotzdem eine dichte, korrosionsfeste, montagefreundliche und zugleich preiswerte Flanschverbindung bereitzustellen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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Es zeigt die
- 1a und 1b perspektivische Ansichten der Klemmverbindung gemäß Stand der Technik nach EP 2 239 396 A1 ,
- 2 eine Seitenansicht des Haltebolzens und
- 3 eine Seitenansicht des Rastkeils,
- 4a und 4b eine vergrößerte Darstellung des Sollbruch/Knickabschnitts des Rastkeils im Zustand des Anschlags an den Stirnbereich des Luftkanalmodulflansches und im Knickzustand sowie
- 5 eine Darstellung des Einschlagabschnitts des Rastkeils mit Aufteilung der Einschlagkraft an den Durchsetzungen.
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Die
1a und
1b stellen eine Klemmverbindung nach dem Stand der Technik gemäß
EP 2 239 396 A1 dar. Zwei zu verbindende Luftkanalmodule
32 und
33 werden an ihren Luftkanalflanschen
1 und
2 aneinander durch nicht weiter dargestellte Schraub- und/oder Klemmverbindungen fixiert, wobei die Luftkanalmodule
32 und
33 an ihren Ecken mit in Luftkanalflansche
1 und
2 eingeschobene Eckwinkel
34 und
35 durch Flanschverbinder
4 zusammengehalten sind. In die Eckverbinder
34 und
35 sind Bohrlöcher
3 eingebracht, die zur Aufnahme eines Flanschverbinders
4 dienen. Der Flanschverbinder
4 besteht aus einem Haltebolzen
5 mit Schaft
6, in dem ein Einsteckschlitz
7 angeordnet ist, und einem Rastkeil
8, der in den Einsteckschlitz
7 eingeschoben ist und beim Einschlagen mit seiner horizontalen Pressfläche gegen den entsprechenden Eckwinkel
35 drückt und so eine Presswirkung ausübt. Es hat sich gezeigt, dass ein Einschlagen des Rastkeiles im Eckbereich zu einem Stoß des Rastkeils gegen den Stirnbereich des Luftkanalflansches
2 am Luftkanalmodul
33 führt und sich dadurch der Rastkeil
8 lockern kann.
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Die 2 zeigt den Haltebolzen 5, der einen Kopf 9 und ovalartigen Schaft 6 besitzt. Im Schaft 6 des Haltebolzens 5 ist der Einsteckschlitz 7 längs der Schaftachse A-A eingearbeitet. Dieser Einsteckschlitz 7 ist in seiner Breite B und Höhe H an die Abmessung des Raststücks 8 entsprechend angepasst und hat an seiner dem Kopf 9 abgewandten Seite im Einsteckschlitz 7 eine Keilfläche 10 mit zahnartigen Vorsprüngen 11. Der Öffnungswinkel α der Keilfläche 10 kann zwischen 5 bis 15°, vorzugsweise 13°, betragen.
Der Kopf 9 des Haltebolzens 5 lagert nach dem Einführen des Schaftes 6 in die entsprechenden Bohrlöcher 3 der Eckverbinder 34 und 35 auf dem Eckverbinder 34 des ersten Luftkanalmoduls auf. Der Schaft 6 erstreckt sich durch eine zwischen den Eckverbindern 34 und 35 liegende Abdichtschicht 12 und durch das Bohrloch 3 des anderen Eckverbinders 35 des Luftkanalabschnitts hindurch. Nach dem Einschieben des Rastkeils 8 in den Einsteckschlitz 7 drückt die horizontale Pressfläche 13 des Rastkeils 8 gegen den Eckverbinder 35 und bewirkt den pressenden Formschluss zwischen den Eckverbindern 34 und 35. Je nach Einschubtiefe des Rastkeils in den Einsteckschlitz 7 kann der Pressdruck variiert werden.
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Die 3 zeigt den erfindungsgemäßen Rastkeil 8, der eine Keilfläche 14 mit zahnartigen Vorsprüngen 15 und die horizontale Pressfläche 13 aufweist. Die zahnartigen Vorsprünge 15 der Keilfläche 14 des Rastkeils 8 sind an die zahnartigen Vorsprünge 11 der Keilfläche 10 des Einsteckschlitzes 7 abgepasst. Die Zahntiefen T der Vorsprünge 11 und 15 betragen im vorliegenden Beispiel jeweils 0,64mm. Der Öffnungswinkel β der Keilfläche 14 des Rastkeils 8 liegt beispielsweise bei 13°.
Der Rastkeil 8 besitzt an seinem dem Einsteckschlitz 7 zugewandten Ende 16 einen Sollbruch/Knickabschnitt 17 und an seinem dem Einsteckschlitz 7 abgewandten Ende 18 einen Einschlagabschnitt 19. Zwischen dem Sollbruch/Knickabschnitt 17 und dem Einschlagabschnitt 19 liegt der Mittelabschnitt 20 des Rastkeils 8, dessen Keilfläche 14 mit den Vorsprüngen 15 im Zusammenwirken mit der Keilfläche 10 und Vorsprünge 11 des Einsteckschlitzes 7 die Presswirkung auf die Eckverbinder 34 und 35 bewirkt.
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Der Sollbruch/Knickabschnitt 17 des Rastkeils 8 hat eine Sollbruch/Knickstelle 21, die als eine Nut 22 zwischen Sollbruch/Knickabschnitt 17 und Mittelabschnitt 20 ausgebildet ist.
Die Innenflächen 23a und 23b der Nut 22 bilden eine V-Form, wobei der tiefste Punkt TP der Innenflächen 23a und 23b der Nut etwa 1mm über der horizontalen Pressfläche 13 endet. Der Öffnungswinkel δ der Innenflächen 23a und 23b beträgt beispielsweise 90°, kann aber auch einen Betrag zwischen 70 und 130° annehmen, ohne die Erfindung zu verlassen.
Die vordere Stirnseite 24 des Sollbruch/Knickabschnitts 17 ist als Anschlagfläche mit einer zur horizontalen Pressfläche 13 angeformten Abschrägung 25 ausgebildet, deren Öffnungswinkel γ gegenüber der horizontalen Pressfläche 13 beispielsweise 30° beträgt, so dass sich zwischen der zugewandten Innenfläche 23 der Nut 22 und der Abschrägung 25 ein Winkelunterschied von 15° ergibt. In den Bereich zwischen der Abschrägung 25 und der zugewandten Innfläche 23 ist eine Durchsetzung 26 in den Sollbruch/Knickabschnitt 17 eingearbeitet, die senkrecht zur Längsachse LA des Rastkeils 8 liegt. Die Durchsetzung 26 hat in diesem Beispiel die Form eines Loches mit einem Durchmesser D1, der so bemessen ist, dass der Umfang des Loches sowohl nahe der Abschrägung 25 als auch der Innenfläche 23a der Nut 22 angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Durchmesser D1 des Loches 2,5 mm.
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Die 4a zeigt das Auftreffen der Anschlagfläche 24 des Sollbruch-/Knickabschnitts 17 auf den Stirnbereich W des Luftkanalsflansches 35 und die daraus resultierende Reaktionskraft RK, die als Pfeil dargestellt ist. Diese Reaktionskraft RP erzeugt an der Sollbruch/Knickstelle 21 ein Moment M, das ein Abknicken oder ein Bruch des Sollbruch/Knickabschnitts 17 an der Sollbruch/Knickstelle 21 um 45° bewirk, so dass der Stirnbereich des Luftkanalflansches nicht mehr stört und die Reaktionskraft RP nicht mehr in der Lage ist, die Verrastung der Keilflächen 10 und 14 zu lösen.
In der 4b hat sich der Sollbruch/Knickabschnitt 17 durch das erzeugte Moment M um die Sollbruch/Knickstelle um 45° bewegt und liegt mit der Abschrägung 25 am Stirnbereich W des Luftkanalflansches an.
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Die 5 zeigt den Einschlagabschnitt 19 in einer vergrößerten Darstellung. Der Einschlagabschnitt 19 hat eine zwischen der Pressfläche 13 und der Keilfläche 14 vertikal angeordnete Schlagfläche 27 zum Einschlagen des Rastkeils 8 in den Einsteckschlitz 7. Der Pressfläche 13 und der Keilfläche 14 sind zwei senkrecht übereinander, voneinander beabstandete Durchsetzungen 28 bzw. 29 mit einem Durchmesser D2 von 3,5 mm zugeordnet. Der vertikale Abstand A der Durchsetzungen 28 bzw. 29 voneinander haben ein Maß, das etwa dem Durchmesser D2 der Durchsetzung 28 oder 29 entspricht, wodurch zwischen den Durchsetzungen 28 und 29 ein zusammenhängender Materialbereich MB entsteht, durch den beim Einschlagen die Einschlagkraft EP in den Rastkeil 8 etwa mittig eingeleitet wird.
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Es wird jetzt nochmals auf die 3 Bezug genommen. Der Mittelabschnitt 20 des Rastkeils 8 weist in Richtung seiner Längsachse LA ebenfalls voneinander etwa gleichmäßig beabstandete Durchsetzungen 30 und 31 mit dem Durchmesser D3 auf, der dem Durchmesser D2 entspricht. Die Durchsetzung 30 ist dabei so angeordnet, dass sie etwa in Flucht des Materialbereichs MB liegt, wobei sich die Durchsetzungen 30 und 29 in Richtung Längsachse LA des Rastkeils 8 überschneiden. Die in den Materialbereich MB eingeleitete Einschlagkraft EP trifft somit auf die Durchsetzung 31 auf und teilt sich in zwei Teilkräfte P1 und P2 auf, welche jeweils auf die Pressfläche 13 und die Keilfäche 14 gelenkt werden, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Einschlagkraft EP auf die Pressfläche und Keilfläche erreicht wird.
Diejenigen Kraftkomponenten der Einschlagskraft EP, welche auf die in Richtung der Längsachse LA gelegene Durchsetzung 31 treffen, werden an dieser wiederum in Teilkräfte P3 und P4 aufgeteilt und auf die Pressfläche 13 und Keilfläche 14 gelenkt, so dass auch der dem Sollbruch/Knickabschnitt 17 zugewandte Teil des Mittelabschnitts 20 mit seiner Pressfläche 13 gegen den Flansch und die Keilfläche 14 gegen die Keilfläche 10 des Einsteckschlitzes 7 gleichmäßig gedrückt wird.
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Die Durchsetzungen 28, 29, 30 und 31 haben im vorliegenden Beispiel Lochform, können jedoch auch andere Kurvenformen besitzen. So können beispielsweise Langlöcher, ovale oder elliptische Durchsetzungen bzw. Kombinationen unterschiedlicher Geometrieformen angewendet werden. Es muss nur sichergestellt sein, dass die Durchsetzung in Richtung der Einschlagkraft eine symmetrische Kurvenausbildung aufweist, an der die Kräfte entsprechend abgelenkt bzw. aufgeteilt werden können.
Die Durchmesser D2 der Durchsetzungen 28 und 29 und der Durchmesser D3 der Durchsetzungen 30 und 31 sind im vorliegenden Beispiel untereinander gleich, können aber auch unterschiedlich gewählt werden.
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Der Haltebolzen 5 und der Rastkeil 8 können aus unterschiedlichen oder gleichen Werkstoffen hergestellt sein. In dem hier vorliegenden Beispiel besteht der Haltebolzen 5 aus einem Polyamid, das besonders zäh, abriebfest und schwingungsdämpfend ist. Der Rastkeil 8 ist dagegen aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz oder einem entsprechend verstärkten Melaminharz gefertigt, kann aber auch aus Metall sein.
Durch diese Materialauswahl kann sichergestellt werden, dass einerseits die Vibrationswirkung auf den Rastkeil 8 durch die Schwingungsdämpfung des Haltebolzens 5 so gering wie möglich gehalten und gleichzeitig der Rastkeil 8 durch seine hohe Festigkeit in der Lage ist, entsprechend hohe Presskräfte auf die zu verbindenden Eckverbinder 34 und 35 zu übertragen. Die Haltebolzen 5 wirken wie Schwingungsdämpfer, so dass die Übertragung der Schwingungen infolge von Vibrationen auf die Rastkeile 8 deutlich reduziert wird. Die zahnartigen Vorsprünge 11 und 15 an der Keilflächen 10 und 14 verhindern des Weiteren das Lösen der Flanschverbinder durch Restschwingungen.
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Bezugszeichenliste
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| Luftkanalflansche |
1, 2 |
| Bohrlöcher in 1, 2 |
3 |
| Flanschverbinder |
4 |
| Haltebolzen |
5 |
| Schaft von 5 |
6 |
| Einsteckschlitz |
7 |
| Rastkeil |
8 |
| Kopf von 5 |
9 |
| Keilfläche in 7 |
10 |
| Vorsprünge von 10 |
11 |
| Abdichtschicht |
12 |
| Horizontale Pressfläche |
13 |
| Keilfläche von 8 |
14 |
| Vorsprünge von 14 |
15 |
| dem Einsteckschlitz zugewandtes Ende von 8 |
16 |
| Sollbruch/Knickabschnitt |
17 |
| Dem Einsteckschlitz abgewandtes Ende von 8 |
18 |
| Einschlagabschnitt von 8 |
19 |
| Mittelabschnitt von 8 |
20 |
| /Knickstelle |
21 |
| Nut |
22 |
| Innenflächen von 22 |
23a, 23b |
| Vordere Stirnseite von 17 |
24 |
| Abschrägung von 17 |
25 |
| Durchsetzung in 17 |
26 |
| Schlagfläche von 19 |
27 |
| Durchsetzung in 19 |
28, 29 |
| Durchsetzung in 20 |
30, 31 |
| Luftkanalmodule |
32, 33 |
| Eckverbinder |
34, 35 |
| Abstand von 28, 20 |
A |
| Schaftachse |
A-A |
| Breite von 7 |
B |
| Durchmesser von 26 |
D1 |
| Durchmesser von 28, 29 |
D2 |
| Durchmesser von 30, 31 |
D3 |
| Einschlagkraft |
EP |
| Einschlagrichtung |
ER |
| Höhe von 7 |
H |
| Länge von 8 |
L |
| Längsachse von 8 |
LA |
| Bruchmoment |
M |
| Materialbereich |
MB |
| Teilkräfte von EP |
P1, P2, P3, P4 |
| Reaktionskraft |
RP |
| Zahntiefen von 11, 15 |
T |
| Tiefster Punkt von 22 |
TP |
| Stirnbereich von 35 |
W |
| Öffnungswinkel von 10 |
α |
| Öffnungswinkel von 14 |
β |
| Öffnungswinkel von 25 |
y |
| Öffnungswinkel von 22 |
δ |
