DE1575148B2 - Verbindung mit einem Bolzen mit konischem Schaftabschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Verbindung der im Oberbegriff des Anspruches 1 als bekannt vorausgesetzten Art, wie sie durch die CH-PS 3 97 337 bekannt geworden ist.

Bei dieser Verbindung wird ein Bolzen verwendet, dessen an den Bolzenkopf anschließender Schaft konisch ausgebildet ist. An dem dem Kopf gegenüberliegenden Schaftende ist ein Gewinde vorgesehen, so daß der Bolzen mittels einer Mutter festgesetzt werden kann. Zur Verbindung zweier Platten wird der Bolzen in eine durch beide Platten hindurchgehende konzentrische Bohrung eingesetzt.

Soll durch einen solchen Bolzen eine gegenüber einem flüssigen oder gasförmigen Medium dichte Verbindung hergestellt werden, so wird im allgemeinen ein Preßsitz verwendet. Ein Preßsitz wird auch dort angewendet, wo in durch Querkraft (Schub oder Scherung) beanspruchten Verbindungen eine besondere Ermüdungsbeständigkeit verlangt wird. Um einen Preßsitz zu erhalten, muß der Bolzenschaft durchmessermäßig verglichen mit dem entsprechenden Durchmesser der Bohrung größer sein. Infolgedessen wird das die Bohrung umgebende Material durch den Bolzenschaft verdrängt, wenn er in die Bohrung eingepreßt wird. Im Idealfall sollte sich ein inniger und nirgends unterbrochener Umfangskontakt zwischen dem Bolzen und der Wand der Bohrung ergeben. In der Praxis haben jedoch diese bekannten konischen Bolzen keine optimalen Ergebnisse gebracht, und sogar diese Ergebnisse sind nur durch Anwendung einer sehr umständlichen Technologie erreicht worden.

Wenn das Material, in dem die Bohrung ausgebildet ist, sich ausbaucht oder wandert, sobald der Bolzen in die Bohrung eingezogen wird, muß z. B. das Material irgendwohin fließen, weil es im wesentlichen nicht kompressibel ist. Die normale und erwartete Stelle, in die es fließt, ist das obere Ende der Bohrung, das heißt, das weitere Ende, in das der Bolzen eingedrückt wird.

Die Materialausbauchung an diesem Ende kann bei den bekannten Bolzen den Kopf daran hindern, sich an dem Körper anzulegen. Auf diese Weise werden im praktischen Gebrauch die Vorteile des Kopfes geopfert. Ein weiterer Nachteil der bekannten konischen Bolzen besteht in der Schwierigkeit der Herstellung und der Überprüfung dieser Bolzen. Gewöhnlich wählt man dabei größere und kleinere Konusdurchmesser an bestimmten Punkten aus, die auf eine bestimmte Fläche des Kopfes bezogen sind. Diese Meßpunkte liegen auf der konischen 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.

Ein weiterer Nachteil bei den bekannten konischen Bolzen liegt in dem Radius in der Kehle an der Verbindungsstelle, an der Schaft und Kopf des Bolzens zusammentreffen. Diese Radien sind für einen praktisch einsetzbaren Bolzen notwendig, aber sie benötigen eine besondere Senkung oder Ausbildung der Bohrung an seinem weiteren Ende.

Ein anderer bedeutender Nachteil der bekannten ko- , nischen Bolzen liegt in der ihnen innenwohnenden Be- (' ziehung zwischen ihrer Eingriffslänge und ihrer Kopfgröße. Grundsätzlich ist der Abstand der Bohrungen von den Plattenkanten proportional zur Größe der Bohrung und zur Kopfgröße. Wenn die Kopfgröße zunimmt, muß auch der Kantenabstand zunehmen. Wenn der Kantenabstand zunimmt, nimmt auch das Gewicht zu, und dieses muß bei Luft- und Raumfahrzeugen besonders vermieden werden.

Bei der Anwendung von konischen Bolzen wird im allgemeinen die Nenngröße des Bolzens in bezug auf eine Bohrung zusammen mit einer Eingriffslänge und einem Eingriffsbereich angegeben. Im allgemeinen versucht man, dem kleinen Ende der Bohrung einen Durchmesser zu geben, der möglichst dicht bei der Nenngröße des Bolzens liegt. Dann hängt die Größe , des Durchmessers an dem weiten Ende von dem Konuswinkel und der Länge der Bohrung (dem Eingriff) ab. Der Durchmesser am weiten Ende nimmt mit der Länge der Bohrung zu.

Um ein gewisses System in diese Situation zu bringen, die mehrere, voneinander abhängige Variable auf- ({,

weist, 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 versucht, den kleinen Durchmesser nahezu konstant zu halten, während man den größeren Durchmesser verändert hat. Hierbei ergibt sich erneut das Problem der Kopfgröße. Da die Schaftgröße in der Nähe des Kopfes zunimmt, muß auch der Durchmesser des Kopfes größer werden. Daher hat man zahlreiche Kopfgrößen vorgesehen, zumindest eine in jeder Gruppe, und mit dem Ansteigen der Kopfgröße nehmen die Anforderungen an dem Kantenabstand zu.

Zusätzlich wurde oft der Konuswinkel von Eingriffsbereich zu Eingriffsbereich geändert, um die Kopfgrö- ße klein zu halten, aber hierdurch ergibt sich das Problem, den Bolzen und die Bohrung aufeinander abzustimmen. Das Ergebnis ist, daß jetzt Spezialbohrer für die Bohrungen für jede Nenngröße in jeder Gruppe vorgesehen sein müssen. Sogar trotz dieser Anpassung stellen die einzelnen Bohrer oft Bohrungen her, die für verschiedene Konuswinkel bestimmt sind, und dieser Kompromiß bewirkt einen nicht optimalen Sitz.
Aus der DT-PS 7 67 422 ist eine Verbindung mit

einem Bolzen bekanntgeworden, dessen Schaft nicht einheitlich konisch ausgebildet ist. An den Kopf schließt sich ein konischer Schaftabschnitt an, dem ein zylindrischer Schaftabschnitt folgt. An diesen zylindrischen Schaftabschnitt schließt sich ein Abschnitt an, der beispielsweise mit einem Gewinde ausgebildet ist, damit der Bolzen mittels einer Mutter festgesetzt werden kann. Diese bekannte Verbindung dient dazu·, eine schußsichere Verbindung für Panzerungen mittels eines Bolzens herzustellen, der eine konische Paßfläche hat. Der Verbindungsbolzen ist dabei so ausgestaltet, daß er sich absatzweise und konisch von außen nach innen verjüngt und in entsprechend ausgebildete Bohrungen der zu verbindenden Panzerplatten eingesetzt wird, um ein Durchschlagen des Bolzens durch auftreffende Geschosse zu verhindern. Der eingesetzte Bolzen liegt mit seinem nicht zylindrischen Abschnitt eng an der Plattenwand an. Zwischen der Schaftoberfläche im konischen Bereich und der anschließenden Wandung der Bohrung ist kein Zwischenraum vorhanden, in den das beim Festsetzen des Bolzens verdrängte Plattenmaterial wandern könnte. Infolgedessen ist es auch mit diesem Bolzen nicht möglich, eine dichte Verbindung insbesondere am Kopfende mit den Platten herzustellen.

Die bei der Erfindung noch zu lösende Aufgabe besteht darin, Verbindungen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und durch die CH-PS 3 97 337 bekanntgewordenen Art insoweit zu verbessern, daß es für die deformierten Materialteile möglich ist, in einen freien Raum auszuweichen, wenn der konische Teil des Bolzens in die konische Bohrung der zu verbindenden Platten hineingezogen wird und hierbei unter Kraftausübung durch die Verschraubung Verformungen entstehen, so daß infolgedessen eine einwandfreie Anlage der Flächen aneinander entsteht, und auch eine einwandfreie Abdichtung der Unterkante des Bolzenkopfes in der Anlage an der einen Platte erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen.

Als für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderlh ehe Weiterbildung ist bei der Erfindung fernerhin vorgesehen, daß der zweite Teil ein Zylinder ist.

Durch die Erfindung wird es ermöglicht, eine Verbindung herzustellen, bei der ohne besondere Maßnahmen ein dichtes Anliegen der Unterseite des Bolzenkopfes an einem der zu befestigenden Teile zu erzielen ist. Das beim Festziehen des Bolzens verdrängte Material kann innerhalb der Bohrung wandern, ohne daß der Sitz des Kopfes beeinträchtigt wird.

Ferner wird es durch die Erfindung ermöglicht, eine konische Bohrung zu verwenden, die weder eine Senkung, noch eine Abfasung od. dgl. an mindestens einem Ende der Bohrung aufweist, um die Kehlen unterzubringen.

Auch liegt ein Vorteil der Erfindung darin, daß die Abmessungen des Bolzens in einfacher Weise durch Mikrometerablesungen an einem zylindrischen Teil und damit an einer genau bestimmten Stelle in Längsrichtung des Bolzens erfolgen können. Infolgedessen ist es nicht mehr erforderlich, daß zunächst eine bestimmte Stelle in Achsrichtung für die Überprüfung bestimmt werden muß, bevor das eigentliche Messen des Durchmessers erfolgen kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, die großen und die kleinen Durchmesser des Schaftes schnell herzustellen und zu überprüfen.

Der bei der erfindungsgemäßen Verbindung verwendete Bolzen erlaubt auch eine größere Vielseitigkeit des Eingriffes des gleichen Befestigungsbolzens, was dadurch ermöglicht wird, daß die Oberfläche des Schaftes in dem Bereich, der unmittelbar an den Kopf anschließt, nicht von der Bohrungswand berührt wird. Auf diese Weise werden die Schwierigkeiten in den Beziehungen zwischen der Konizität der Bohrung und der Eingriffslänge des Befestigungsbolzens innerhalb sehr großer Eingriffsbereiche mit spezifischen Grundeingriffslängen vollständig beseitigt. Der Einsatzbereich jeden Befestigungsbolzens kann wesentlich erweitert werden. Wegen dieses Einsatzbereiches ist es außerdem möglich, einen einzigen Standardkonuswinkel für viele Eingriffsbereiche zu verwenden, die bisher besondere Winkel benötigt haben.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man bei Befestigungsbolzen mit Köpfen mit kleinerem Durchmesser auskommt, ohne daß dies dadurch erreicht wird, daß verschiedene Konuswinkel für den BoI-zenschaft benötigt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt einer durch eine Querkraft beanspruchten Verbindung;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 1I-II der F i g. 1;

F i g. 3 ist eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispieles;
F i g. 4 zeigt eine Seitenansicht des Bolzens gemäß Fig. 1.

Ein Ausführungsbeispiel eines Befestigungsbolzens 10 ist in F i g. 1 dargestellt. Er ist in einem eingebauten Zustand derart gezeigt, daß er zwei Platten ti, 12 so miteinander verbindet, daß diese fest zusammengeklemmt, gegen eine Querbewegung festgehalten und so eng an den Befestigungsbolzen angepaßt sind, daß ein inniger und ununterbrochener Sitz zwischen dem Bolzen und der Wandung der Bohrungen in den Platten 11, 12 gebildet ist.

Der Bolzen hat einen Schaft 13, an einem Ende einen damit einstückig verbundenen Kopf 14 und ein Haltemittel 14a an dem anderen Ende. Das Haltemittel besitzt vorzugsweise ein Gewinde 15, auf das eine Mutter 16 aufgeschraubt werden kann.

Der Bolzen hat eine Mittelachse 17 und eine Umfangsfläche 18 auf dem Schaft, die zwei Teile aufweist. Der erste Teil ist ein konischer 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 Größenordnung von 0,02 Längeneinheiten pro Längeneinheit der Achse gebildet wird. Zur Veranschaulichung ist die Neigung in den Figuren größer dargestellt.

Der konische Teil des Schaftes schließt an die Haltemittel an. Der zweite Schaftteil ist ein abgesetzter Teil 22. Dieser ist dem Kopf 14 und dem konischen Teil 19 benachbart und liegt zwischen diesen. Der Teil 22 ist im wesentlichen zylindrisch und ist somit gegenüber der Oberfläche zurückgesetzt, die durch den konischen 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, ein gerader, kreisförmiger Zylinder, obwohl er stattdessen auch andere Formen haben kann. Dieser Teil wird durch eine geradlinige Mantelli-

nie 22a erzeugt, die, statt der dargestellten zylindrischen Form, unter einem bestimmten Winkel konisch zu der Achse hin oder von der Achse weg geneigt sein könnte in dem Bereich, in dem sich die Achse von dem konischen Teil 19 weg erstreckt. Die bedeutende Eigenschaft des abgesetzten Teiles 22 ist, daß dessen Oberfläche einen Hohlraum 23 zwischen einer konischen Bohrung 24 in den Platten 11, 12 und der Umfangsfläche des Schaftes an dem abgesetzten Teil freiläßt, wenn der Befestigungsbolzen in eine Bohrung eingesetzt ist. Da der zweite Teil 22 innerhalb der theoretischen Oberfläche liegt, ist zumindest ein Teil davon entlang seines Umfanges mit Abstand von der Seitenwand der Bohrung angeordnet, wenn der Kopf an der äußersten Platte anliegt.

In F i g. 1 ist der Befestigungsbolzen mit einem flachen seitlich vorstehenden'Kopf gezeigt. In Fig.3 ist ein Befestigungsbolzen mit einem Senkkopf 25 in einer Senkbohrung 26 der Platte 27 dargestellt, die über der Platte 28 liegt. Mit Ausnahme der Kopfausbildung sind die Befestigungsglieder nach den F i g. 1 und 3 im wesentlichen identisch.

In der F i g. 1 ist die Wandung der Bohrung mit einer Ausbauchung 50 dargestellt, die in den Hohlraum 23

ίο hineinragt. Die relative Größe dieser Ausbauchung ist zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt. Die Ausbauchung ist durch eine Werkstoff Verlagerung gebildet, wenn der Kopf des Bolzens zur Anlage an der äußersten Platte gebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verbindung zwischen mehreren übereinanderliegenden, mit einer konischen Durchbohrung versehenen Platten und einem Bolzen mit konischem Schaftabschnitt und Kopf, der an der äußersten Platte anliegt, wobei an dem dem Kopf gegenüberliegenden Ende des Schaftabschnittes Haltemittel vorgesehen sind und wobei die Durchbohrung zugehörige Querabmessungen hat, wobei die Querabmessungen der Durchbohrung und des Bolzens so gewählt sind, daß beim Anliegen des Kopfes an der äußersten Platte zwischen Durchbohrung und konischem Abschnitt ein Preßsitz gebildet ist, insbesondere für Konstruktionen der Luftfahrtindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (13) zwischen dem Kopf (14) und dem konischen Abschnitt (19) einen zweiten Abschnitt (22) hat, dessen radiale Abmessung kleiner ist als die einer gedachten Fortsetzung des konischen Abschnittes (19), und daß der gesamte Umfang mindestens eines Teiles des zweiten Abschnittes (22) mit Abstand von der Wand der Durchbohrung angeordnet ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (22) ein Zylinder ist.