DE1575148A1 - Verbindung mit einem kegeligen Befestigungsglied - Google Patents

Description

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-1NG. 8 MÖNCHEN 25 ■ LIPOWSKYSTR. IO

Unser Zeichen: an-hi-6 llA

Datura: I3.2.1967

Hi-Shear Corporation, 2600 West 247 Street« Torrance, Calif< 90509 - USA

Verbindung mit einem kegeligen Befestigungeglied

Die Erfindung betrifft ein kegeliges Befestigungeglied und eine mit einem solchen einschiebbaren Befestigungsglied hergestellte Verbindung*,

Kegelige Befestigungsglieder werden in grossem Umfang in der Luftfahrtindustrie verwendet, besonders dort, wo eine Abdichtung gegen flüssige oder gasförmige Medien entlang des Befestigungsgliedes gewünscht wird oder wo in durch Querkraft (Schub oder Scherung) beanspruchten Verbindungen eine besondere Ermüdungsbeständigkeit verlangt wirdo PUr diese Zwecke wird ein Press!tz verwendet» wobei der Stift im Vergleich zu dem Loch zu gross ist und das das Loch umgebende Material verdrängt wird, wenn der Stift in das Loch hineingedrückt wirdc Im Idealfall sollte sich ein inniger und nirgends unterbroche-

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ner Umfangskontakt zwischen dem Stift und der Wand des Lochs ergeben«, In der Praxis haben jedoch die herkömmlichen kegeligen Befestigungsglieder keine optimalen Ergebnisse gebracht, und sogar diese Ergebnisse sind nur durch Anwendung einer sehr umständlichen Technologie erreicht worden.

Wenn das Material, in dem das Loch ausgebildet ist, sich ausbaucht oder wandert, wenn der Stift in das Loch gezogen wird, muss ZoBo das Material irgendwohin fliessen, weil es im wesentlichen nicht kompressibel ist. Die normale und erwartete Stellung, in die es fliesst, ist das obere Ende des Lochs, das weite Ende, in das das Befestigungsglied hlneingedrUckt wirdo Die Materialausbauchung an diesem Ende kann bei herkömmlichen Befestigungsgliedern den Kopf daran hindern, sich an den Körper anzulegen» Auf diese Weise werden im praktischen Gebrauch die Vorteile des Kopfes geopferte Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Mittel vorzusehen, durch die das Material innerhalb des Lochs wandern oder sich ausbauchen kann, ohne dass der Sitz des Kopfes beeinträchtigt wird_o

Ein weiterer Nachteil der bekannten kegeligen Befestigungaglieder besteht in der Schwierigkeit der Herstellung und' der

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überprüfung dieser Olleder_o Oewönnlloh wählt man dabei gröseere und kleinere Kegeldurohmesser an bestimmten Punkten aus, die auf eine bestimmte Fläche des Kopfes bezogen sindο Diese Meflpunkte liegen auf der kegeligen Oberfläche· Daher müssen sowohl bei der Herstellung als auch bei der überprüfung zunächst die Meßpunkte bestimmt werden, und erst dann können die Durchmesser gemessen werden. Bei der Erfindung können beide Durchmesser ohne Beziehung zu der kegeligen Oberfläche sein, und beide können gemessen werden» ohne erst eine Messung zur Bestimmung des Meß-Punktes durchführen zu müssen_o

Ein anderer Nachteil des Standes der Technik liegt in dem Radius in der Kehle an der Verbindungsstelle, an der Schaft und Kopf des Befestigungsgliedes zusammentreffen_β Diese Radien sind für ein praktisch einsetzbares Befestigungsglied notwendig* aber sie benötigen eine besondere Senkung oder Ausbildung des Lochs an seinem weiten Ende bei Einrichtungen, in denen die herkömmlichen Befestigungsglieder verwendet werden» Durch die Erfindung vird es möglich, ein kegeliges Loch zu verwenden, das nicht eine Senkung, Abfasung oder dergleichen an mindestens einem Ende des Lochs hat oder benötigt, um die Kehlen unterzubringen.

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Ein anderer schwerwiegender Naohteil der herkömmlichen kegeligen Befeetigungaglleder liegt in der ihnen innewohnenden Beziehung zwiaohen ihrer Eingriff»länge und ihrer Kopfgröase. Grundsätzlich ißt der Abstand der Löcher von den Plattenkanten proportional zur Lochgrösse und zur Kopfgrösse. Wenn die Kopfgrösee zunimmt, muss auoh der Kantenabstand zunehmen. Wenn der Kantenabetand zunimmt, nimmt auoh das Gewicht zu, und das muss bei Luft- und Raumfahrzeugen besonders vermieden werden»

Bei der Anwendung von kegeligen Befestigungsgliedern wird im allgemeinen die NenngrÖsse des Befestigungsglieds in Bezug auf ein Loch zusammen mit einer Eingriffslänge und einem Eingriffsbereich angegeben· Im allgemeinen versucht man, dem kleinen Ende des Loche einen Durchmesser zu geben, der möglichst dicht bei der NenngrÖsse des Befestigungsgliedes liegt. Dann hängt die Grosse des Durchmessers an dem weiten Ende ab von dem Kegelwinkel und der Länge des Lochs (dem Eingriff)ο Der Durchmesser am weiten Ende nimmt mit der Lochlänge zu₀

In einem Versuch, wenigstens eine gewisse Ordnung in diese Situation zu bringen, die mehrere, voneinander abhängige Variable aufwd. st_t war es bisher üblich. Gruppen von Eingriffslängen zu definieren und dann die Durchmesser der weiten und der engen Enden diesen Gruppen zuzuordnen,, In den verschiedenen Gruppen hat man

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versucht, den kleinen Durchmesser nahezu konstant zu halten, während der grosser« Durohmesser variierte Hierbei ergibt sioh wieder das Problem der Kopfgrösse. Da die Schaftgröese in der Nähe des Kopfs zunimmt, muss auch der Kopfdurchmesser ansteigen.» Daher hat man zahlreiche Kopfgrössen vorgesehen, zumindest eine in Jeder Gruppe, und mit dem Ansteigen der Kopfgrössen nehmen die Anforderungen an den Kantenabstand zu«

Zusätzlich wurde oft der Kegelwinkel von Eingriffsbereich zu Eingriffsbereich geändert, um die Kopfgrösse klein zu halten, aber hierdurch ergibt sich das Problem, das Befestigungsglied und das Loch aufeinander abzustimmen,, Das Ergebnis ist, dass jetzt Spezialbohrer für die Löcher für Jede Nenngrösse in jeder Gruppe vorgesehen sein müssen» Sogar trotz dieser Anpassung stellen die einzelnen Bohrer oft Löcher her, die für verschiedene Kegelwinkel bestimmt sind, und dieser Kompromiss bewirkt einen nicht optimalen Sitz_o Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeit zu schaffen, einen gröseeren Bereich von Längen mit einem Kopf von gegebener Grosse und mit einem konstanten Kegelwinlcel über einen weiteren Bereich von Eingriffslängen zu verwenden, um damit viele der Probleme auszuschalten, mit denen der Stand der Technik zu kämpfen hatte.»

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Die Erfindung ist durch Anspruoh 1 gekennzeichnet_o

Bevorzugte, aber nicht notwendige Weiterbildungen der Erfindung sind In den Unteraneprüchen angegebene

AusfUhrungsbelspiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt»

Figo 1 zeigt einen Axialschnitt der «!rfindun* in einer

durch eine Querkraft bearspruohten Verbindung« Figo 2 ist ein Querschnitt nach der Linie H-II in Figo Io Figo 3 ist eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eine3 anderen Au3führungsbeispieles der Erfindung. Figo 4 ist eine Seitenansicht des Befestigungsglieds nach Fig» Figo 5 ist eine zusammengesetzte Darstellung von drei Befestigungsgliedern nach dem Stand der Technik,

Figo 6 ist eine zusammengesetzte Darstellung eines Befestigungsglieds nach der Erfindung in zwei Löchern mit verschiedenen Eingriffslängen₀

Das gegenwärtig bevorzugte AusfUhrungsbeisplel eines erfindungsgemässen kegeligen Befestigungsgliedes 10 1st in Flg. 1 darge-

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stellt. Β« 1st in eingebaute· Zustand derart gezeigt, dass es stiel Platten 11» IS so Miteinander verbindet» dass diese fest zusamaengekleomt, gegen eine Querbewegung festgehalten und so eng an das Befestigungsglied angepasst sind» dass ein inniger und ununterbrochener Site zwischen dem Befestlgungsglled und der Wandung der Löcher in den Platten 11, 12 gebildet 1st·

Das Befestigungeglied weist einen Schaft 13» einen damit einsttiekigen Kopf 14 an einem Ende und Haltemittel 14a an dem anderen Aide auf· Das Haltemittel besitzt vorzugsweise ein Gewinde 15» auf das eine Mutter 16 aufgeschraubt werden kann.

Das Befestigungsglied hat eine Mittelachse 17 und eine UoafangeflKohe 18 auf dem Schaft» die zwei ¹SbXI* aufweist _o Der erste dieser Teile 1st ein leonischer» kegeliger Teil 19, der durch eine geradlinige Mantellinie 20 erzeugt ist» die zur Erzeugung der Oberfläche um die Achse 17 bewegt wird. Diese geradlinige Mantellinie liegt In einer Ebene» die die Mittelachse einschliesst, und liegt unter einem Winkel zu dieser, so dass eine Neigung In der Grössenor&nung von 0,02 Längeneinheiten pro Längeneinheit der Achse gebildet wird«. Lediglich zur Veranschaulichung ist die Neigung in den Piguren sehr viel grosser dargestellt.

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Der kegelige Tall des Schafts 1st den Kältemitteln benaohbart. Der »reite Schaftteil 1st ein Abgesetzter Teil 22. Dieser 1st den Kopf 14 und den kegeligen Teil 19 benachbart und liegt «wischen diesen. Dieser Teil 22 1st In wesentlichen zylindrisch und 1st somit gegenüber der Oberfläche zurückgesetzt, die durch den kegeligen Teil gebildet würde, wenn dieser sich über die Verbindungslinie zwischen den beiden Teilen 19 und 22 hinaus erstrecken würde· Der zurückgesetzte Teil 22 liegt vollständig Innerhalb dieser theoretischen Oberfläche und ist,'wie dargestellt, vorzugsweise ein gerader kreisförmiger Zylinder, obwohl er stattdessen auch andere «rönnen haben kann« Vorzugsweise 1st dieser Teil durch eine geradlinige Mantellinie 22a erzeugt, die, anstelle der dargestellten zylindrischen For«, unter einem bestimmten Winkel konisch zu der Achse hin oder von der Achse weg geneigt sein könnte in den Bereich, in dem sich die Achse von dem kegeligen Teil 19 weg erstreckt« Die charakteristische Eigenschaft des abgesetzten Teils 22 ist, dass dessen Oberfläche einen Hohlraum 25 zwischen einem kegeligen Loch 24 in den Platten 11, 12 und der ttnfangsflache des Schafts an dem abgesetzten Teil freilässt, wenn das Befestigungsglied in ein Loch eingesetzt ist» Weil der zweite Teil 22 innerhalb der theoretischen Oberfläche liegt, ist zumindest ein Teil davon entlang seines Umfange mit Abstand von der Seitenwand des Lochs

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angeordnet, wenn der Kopf an der lussersten Platte anliegt.

In PIg. 1 1st das Befestigungsglied mit einem flachen, seitlich vorstehenden Kopf gezeigt. In Flg. 3 ist dasselbe Befestigung«- glied dagegen mit einen Senkkopf 25 in einem Senkloch 26 der Platte 27 dargestellt, die über der Platte 28 liegt. Mit Ausnahme der Kopfausbildungen sind die Befestigungsglieder nach den Pig. 1 und 3 identisch. In 71g· 1 ist die Wandung des Loche ro it einer Anschwellung oder Ausbauchung 50 dargestellt, die in den Hohlraum 23 hineinragt· Die relative Orösee dieser Ausbauchung ist zur Veransohauliohüng übertrieben dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung ist in den Fig. 3 und eine Ausbauchung nicht dargestellt; sie würde aber in diesen Figuren ebenfalls gebildet sein. Die Ausbauchung ist Infolge einer Werkstoffverlagerung gebildet, wenn der Kopf des Bolzens zur Anlage an der Kussersten Platte gebracht wird·

Im folgenden werden beispielsweise geeignete Abmessungen eines kegeligen Befestigungsgliedes, wie es in Fig. 4 dargestellt 1st, für eine Verbindung gemüss Flg. 1 angegeben, wobei das Befestigungsglied einen Qewinde-lienndurchmesser von 12,7 (1/2 Zoll) hat.

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A	B	C	D	BSI
12,7 se	25.* β»	13,2 bsi	1.27	Zoll
0,5 Zoll	1 Zoll	0,52 Zoll	0,05

Dis Anwendung des Befeetlgungsglledss nach sllsn Figuren ist mus der Zeichnung leioht ersichtlich. Aus dsr Zeichnung geht hervor, dass dss Befestigungeglied, welches in ein su klein«· Loch eingesetzt wird, in dieses Loch hlnelngedrUokt wird, indem es su der Mutter heruntergezogen wird· Wenn dss Bsfestigungsglied in dss Loch hineingesogen wird, entwickelt sich in diesen eine Materialausbauohung, dls dss Bestreben bat, an der Oberfläche oberhalb des Lochs zu erscheinen. Häufig wird dadurch der Site des Xopfs an dsr Oberseite der Platten 11 oder 27 beeinträchtigt, wenn herkttsnliehe kegelige Bolsen verwendet werden· Bei der vorliegenden Erfindung gestattet Jedoch dsr Hohlraun 23 eine Ausbildung dsr Ausbauohung an der Lochwand in Bereich des abgesetzten Teils 22· Die Ausbauohung befindet sieh daher unterhalb der oberen Oberfläche, und der Kopf kann daher vorschriftsaässlg auf der oberen Platte sitzen. Die« ist sine groese Verbesserung bei der Herstellung einer ernUdungsbeständigen. Verbindung·

OarUberhlnaus können bei der Herstellung und Überprüfung des

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- Π - an-hi-$

B*festlgungsglled* dl· Abgeltungen C and A in einfacher WeIs* : durofa Mikroeeterableeuiigen an «in« zylindrischen VtI! und dasdt an einer genau be*tl»*ten St·!!· In LCngsrlohtune des Bolzens erfolgen. Dl· Abmssung C lat an einer zylindrischen Oberfläche •u s»zsen und erfordert nicht, das· aunichst elnaal ·1μ b·· •tlnate 8t·!!· in Acherlohtung für dl· Oberprüfung b«atlait wird» btvor das eigentlich· Νμμμηι de· Dureheeaeere erfolgen kann· Die gezeigt· Konetruktloo eraOgXloht *%, daaa die groseen und die kleinen Durehaeseer des Schafts sehneil hergestellt und kontrolliert werden können.

In der durch die Übereinanderliegenden Platten und den Bolsen gebildeten Verbindung« in der der Bolsenkopf an der lusserstea Platte (Platte 11 In Flg. 1 und Platte 27 in Fig. 3) anliegt, ι sind die sich in axialer Richtung einander entspredb enden QuerabBeasungen des kegeligen !Dells 19 und der Seitenwand des Lochs identisch. Veil es sich um einen Presslts handelt, waren ▼or der Herstellung der Verbindung die Querabaesaungen des konischen, kegeligen Tells grosser als die entsprechenden Querabmeseungen (Abmessungen Ie nicht beanspruchten Zustand) des Lochs an den Stellen in axialer Richtung, die bei eingesetztem Bolzen axial aneinander anliegen.

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Die Vortolle bezüglich der KopfgrBsae sind In den PIg, 5 und 6 sohematlech dargestellt· PIg. 5 veranschaulicht theoretisch einen Stapel aus Platten 30, 31, 38 mit einem kontinuierlichen, ■■ kegeligen Loch 33, das eich durch die Platten hindurch erstreckt. Bs sei jetzt angenommen, dass ein herkömmliches Befestigungsglied mit einem ganz bis an den Kopf heranreichenden kegeligen Teil in jede einzelne dieser Platten einzusetzen sei, wobei weiterhin angenommen sei, dass jedes dieser Befestigungsglieder eine durch den Durchmesser 34 in der Platte 30 bestimmte Nenngrttsse habe. Für die Diaken der Verbindungen die einmal nur die Platte 30, dann die Platten 30 vma 31 und schliesslioh die kombinierten Platten 30, 31 und 32 aufweisen, müsste dann allgemein eine Serie von Befestigungsgliedern mit den Köpfen 34, 33 und 36 vorgesehen sein« Für jeden einzelnen Fall müsste dann der von der Mitte dee Lochs aus benötigte Abstand bis zur Plattenkante zunehmen, well der Durchmesser der Köpfe grosser wird. Bei den bisher bekannten kegeligen Befestigungfigliedern wurde versucht; diese Schwierigkeit durch Änderung des Kegelwinkels r.u überwinden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass längere Befestigung^ glieder mit Köpfen mit kleinerem Durchmesser auskommen. Dabei wurde jedoch eine grosse Zahl von verschiedenen Kegelwinkeln

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benötigt, sowie ein spezieller Bohrer für jedes der Löcher₀ Sollte die Kopfgrösae ansteigen« wie es bei Gruppen von Eingriffslängen der Fall ist, dann nimmt der Kopf sowohl im Durchmesser als auch in der Höhe zu, was einen doppelten Nachteil in Bezug auf das Gewicht darstellt.

Die Vorteile der Erfindung sind in Fig· 6 dargestellt« in der zwei Platten 40, 41 gezeigt sind· Das Befestigungsglied 42 könnte leicht auch in ein Loch, wie es durch gestrichelte Linien 4? in Figo 6 dargestellt ist, hineingezogen werden, wenn die obere Platte 4l weggelassen wird. Das gleiche Befestigungsglied 1st auch für die Verbindung der Kombination der Platten 40 uiti 41 (mit dem in vollen Linien dargestellten Loch) geeignet« In beiden Fällen hat der Kopf die gleiche Grosse» Der Grund für diese Erhöhung der Vielseitigkeit des Eingriffs des gleichen Befestigungeglieds liegt in dem Hohlraum 23» der zwischen der Wand des Lochs und dem abgesetzten Teil des Befestigungsglieds gebildet istο Dadurch werden die Schwierigkelten in den Beziehungen zwischen der Konizität des Lochs und der Eingriffslänge des Befestigungsglieds innerhalb sehr grosser Eingriffsbereiche mit spezifischen Grundeingriffslängen vollständig beseitigte Der Einsatzbercdch jedet Befestigungegliedes kann wesentlich erweitert werden_o Wegen dieses Einsatzbereiches ist es aitsserdera möglich, einen einzigen Standardkegelwinkel für viele Eingriffsbereiche zu verwenden, die bisher besondere

BAD ORlQlNAl. Winkel benötigt haben_e 909881/01 1 1 —

- Patentansprüche -

Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE

   Verbindung mit einer Mehrzahl tiberelnanderllegender Platten und einem mit Kopf versehenen Bolzen» wobei die Platten ein kontinuierliches, konisches oder kegeliges Loch aufweisen, das sich durch die Platten hinduroh erstreckt und in das der Bolzen eingesetzt ist« wobei der Kopf an der äussersten Platte anliegt und wobei das Loch eine Mittel· achse und zugehörige Querabmessungen hat, dadurch g e k e nn zeichnet, dass der Bolzen (1?) eine Achse (17) und einen Schaft aufweist, der einen ersten konischen cder kegeligen Tüll (19) und einen zweiten Teil (22) aufweist, der dichter an der Achse liegt als eine gedachte Portsetzung dee kegeligen Teils, dass dar zweite Teil dem Kopf (14) benachbart ist und der konische oder kegelförmige Teil mit Abstand vom Kopf angeordnet 1st, dass die Querabmessungen des konischen oder kegeligen Teils vor dem Einsetzen in das Loch grosser als die entsprechenden Querabmeasungen des Lochs an den Stellen in axialer Richtung sind_sdie axial an-

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   einander anliegen, wenn der Bolzen alt seinen Kopf an der Kussersten Platte (11) anliegt, wodurch in der Verbindung der Bolzen mit dem Platten (11« 12) einen Pressitz bildet, in welchem die in axialer Richtung einander entsprechenden Querabmeseungen des Lochs und des kegeligen Teils des Bolzens gleich sind, dass wenigstens ein Teil des zweiten Teils an seinem gesamten Urofang mit Abstand von der Seitenwand des Loohs angeordnet ist, um einen dem Kopf benachbarten Hohlraum (23) innerhalb des Loohs zu bilden, und dass an dem dem Kopf gegenüberliegenden Ende dee Schafts Kältemittel (15, 16) vorgesehen sind«

   2· Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass nach Herstellung des Pressitzes eine Ausbauchung (50) in den Hohlraum (23) hineinragt.

   3· Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g β k e η η zeichnet, dass das Haltemittel ein Gewinde (15) ist, das axial über den konischen oder kegeligen Teil (19) herausragt, und dass eine Mutter (16) auf das Gewinde aufgeschraubt ist ο

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   4. YntoLndung nach «Ine« der vorhergehenden AneprÜoh·, gikinniiiohntt, 6mm der «Mit· Viii (28) «in Zylinder Ist«

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