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Verbindungs- und Befestigungsvorrichtung für nur von einer Seite
zugängliche Konstruktionen Die erfindung bezieht sich auf Verbindungs- und Befestigungsvorrichtungen,
insbesondere (schraub-)bolzenartige Nietverbindungen, die sich von nur einer Seite
einer Konstruktion anbringen lassen und die vorzugsweise zur Verwendung an stark
beanspruchten Teilen, z.B. an modernen Flugzeugkonstruktionen, geeignet sind.
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Obgleich solche Blindnietverbindungen bei modernen Hochgeschwindigkeitsflugzeugen
in großer Anzahl benötigt werden, konnten sie bisher nicht mit den dauernd zuneknenden
Anforderungen an Festigkeit und brmüdungswiderstand Schritt halten und lagen diesbezüglich
weit hinter jenen bolzenartigen Nietverbindungen, die von beiden Seiten eines Bauteiles
her ein gesetzt werden müssen.
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Ein Hauptnachteil bei den üblichen Blindnietverbindungen besteht darin,
daß sie dazu neigen, das Nietloch nicht ganz auszufüllen und dadurch keine auf Übermaßpassung
beruhende Vorspannung im Bauteil direkt um die Nietverbindung erzeugen zu können,
wodurch mit üblichen Blindnieten hergestellte Verbindungen meist nur eine geringe
ErmüdungsSestigkeit aufweisen. An sich ist es im Flugzeugbau durchaus bekannt, daß
sich strukturelle Verbindungen mit bedeutend erhöhtem Ermüdungswiderstand und Festigkeit
herstellen lassen, wenn die Konstruktion im Bereich des Nietloches durch einen gewissen
Spannungszustand mit dem Nietschaft vorgespannt ist. Bekannt ist es, einen sich
verjüngenden Niet in eine komplementär verjüngte Bohrung zu bringen und die Vorspannung
durch ein bestimmtes Übermaß des Nietes gegenüber der Wand des Nietloches zu erreichen.
Solche sich verjüngenden Niete werden heute im Plugzeugbau weitgehend verwendet,
um dadurch ohne nennenswerte Gewichtserhöhung den Ermüdungswiderstand und die Lebensdauer
der strukturellen Verbindungen heraufzusetzen Es gelang jedoch nicht, die bei sich
verjüngenden Nieten gewonnenen Erkenntnisse auch auf die Technik der Blindnietverbindungen
zu übertragen, so daß die Blindnietverbindungen bezüglich Festigkeit und Ermüdungswiderstand
weit unterlegen waren.
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Eine Schwierigkeit bei den üblichen Blindnietverbindungen liegt ferner
darin, daß sie aus drei oder mehr Hauptteilen bestehen gegenüber den nur zwei Teilen
einer Verschraubung, wodurch sie im allgemeinen unerwünscht kompliziert und schwer
werden und ihre Zuverlässigkeit herabgesetzt wird. So enthält eine typische bekannte
Blindnietverbindung eine Kombination aus Gewindebolzen und Hohlniet und auBerdem
eine getrennte Expansionshülse. Solche bekannten Blindnietverbindungen benötigen
einen Kopf sowohl am Hohlniet als auch ain Gewindebolzen, wobei der Schraubkopf
im Kopf des Hohlniets sitzt, wodurch man bedeutend größere Kopfabmessungen als bei
norl:laten Schrauben erhält. In bestfininten Fällen kann dies ein schwerwiegender
Nachteil sein, z.B. beim Verbinden relativ
dünner Flugzeughüllen,
wenn außerdem die Köpfe der Nietverbindungen nicht aus der äußeren Hülle herausragen
sollen, weil dann die äußere Hülle durch unerwünscht große Versenklöcher geschwächt
werden-rnuß, um die Köpfe der Blindniete unterbringen zu können.
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Außerdem war es bei den üblichen Blindnietverbindungen bisher sehr
schwierig, für die Scherfestigkeit und die axiale Druckspannung Werte zu erreichen,
die sich mit denjenigen bei von beiden Seiten eines Bauteiles einzusetzenden üblichen
bolzenartigen Nietverbindungen vergleichen ließen.
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Ein weiterer Nachteil konventioneller Blindnietverbindungen sind die
dænit unvermeidlichen Schraubvertiefungen und andere Unregelmäßigkeiten, die bei
Nietverbindungen an Flugzeughüllen äußerst unerwünscht sind.
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Diese und andere Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Durch
die Erfindung wird eine im Aufbau äußerst einfache Blindnietverbindung geschaffen,
die aus nur zwei Hauptteilen besteht, relativ leicht ist und bei strukturellen Verbindungen
Festigkeits- und Ermüdungswerte erreicht, die sich mit den bei konventionellen bolzenartigen
Nietverbindungen erzielbaren Werten vergleichen lassen.
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In der folgenden Beschreibung der Zeichnung sind verschiedene Details
der Bauweise und der Anwendung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt zweier Bleche oder Platten, die gemäß
der Erfindung verbunden werden,sowie die einzelnen Stufen des Einbaus eines Hohlnietes
bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 einen etwas größeren vertikalen
Teilschnitt zur Darstellung des Einsetzens eines Kernstiftes in den Hohlniet nach
Fig. 1,
Fig. 3 einen stark vergrößerten vertikalen Teilschnitt zur
Darstellung der Befestigung des Stiftes im Hohlniet bei der ersten Ausführungsform
gemäß den Fig. 1 und 2, Fig. 4 einen horizontalen Schnitt längs der Linie 4-4 in
Fig. 2, Fig. 5 eine etwas vergrößerte perspektivische Teilansicht des unteren Stiftendes
bei der ersten Ausführungsform nach den Fig. 1 - 4, wobei der Sperring weggelassen
wurde, Fig. 6 einen stark vergrößerten.vertikalen Teilschnitt einer modifizierten
Ausführungsform, wobei-die axiale Belastbarkeit durch eine schmale ringförmige Auskeilung
am oberen bunde des Stiftes erhöht wurde, Fig. 7 einen vergröfßerten vertikalen
Teilschnitt, der Fig. 2 in etwa entspricht, jedoch die zweite Ausführungsform der
Erfindung zeigt, wobei der Sperring zur axialen Sicherung des Stiftes im Hohlniet
am oberen oder äußeren Ende und nicht am unteren oder inneren Ende der Nietverbindung
liegt, Fig. 8 einen stark ver-größerten vertikalen Teilschnitt der Konstruktion
nach Fig-. 7 in etwas größerem Detail, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht auf das
äußere oder obere Ende des Stiftes nach den Fig. 7 und 8, Fig. 10 eine der Fig.
9 ähnliche perspektivische Ansicht des äußeren oder oberen Stiftendes der zweiten
AusfUhrungsform, wobei zur Halterung des Stiftes im Hohlniet ein einziger ringförmiger
Zacken oder Vorsprung etwas unter dem oberen Rand des Stiftes vorgesehen ist, Fig.11
einen den Fig. 2 und 7 gleichenden vertikalen Schnitt durch die zweite zusammengebaute
AufUhrungsform mit dem Stift nach Fig. 10,
Fig. 12 einen stark vergrößerten
vertikalen Teilschnitt zur besonderen Darstellung der Verriegelung oder Halterung
bei der zweiten Ausführungsform nach den Fig.
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10 und 11, Fig. 13 einen vertikalen Teilschnitt zum Einbau des Hohlniets
bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit einer gezackten Verriegelung
zwischen Stift und Hohlniet, Fig. 14 einen vertikalen Teilschnitt der vollständigen
Nietverbindung mit dem Hohlniet nach Fig. 13, -Fig. 15 einen horizontalen Schnitt
längs der Linie 15-15 in Fig. 74, Fig. 16 eine Teilansicht des inneren oder unteren
Endes des Stiftes in der Nietverbindung nach den Fig. 13 - 15, wobei der Stift in
der Darstellung nach Fig. 14 von links gesehen ist, Fig. 17 einen'vertikalen Teilschnitt
einer vierten Ausführungsform mit zusammengebautem Kernstift und Hohlniet, wobei
ein. Profilgewinde zwischen Stift und Hohlniet vorgesehen ist, Fig. 18 einen vertikalen
Teilschnitt des unteren Hohlnietendes bei der vierten Ausführungsform nach Fig.
17, vor dem Einsetzen des Kernstiftes, Fig. 19 einen horizontalen Schnitt längs
der Linie 19-19 in Fig. 17, Fig. 20 einen vertikalen Teilschnitt mit einer fünften
Ausführungsform der Erfindung, bei der der Stift an seinem oberen Ende eine dehnbare
Lippe besitzt, die zur Halterung des Stiftes im Hohlniet in eine komplamentäre Vertiefung
im Hohlniet greift,
Fig. 21 einen vertikalen Teilschnitt des oberen
Teiles der Kombination nach Fig. 20, wobei sich die Lippe noch nicht in der Verriegelungsstellung
befindet,und Fig. 22 einen der Fig. 21 gleichenden vertikalen Schnitt, der das Eindrücken
der Lippe in die Lage zum Verriegeln zeigt.
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Die Fig. 1 - 5 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Nietverbindung zusammen mit zwei Platten oder Blechen 10 und 12. Die Platten 10
und 12 liegen übereinander bzw. überlappen sich, wobei die freiliegende Oberseite
14 der Platte 10 zum Bearbei-ten und zum Einsetzen von Blindnieten zugänglich ist.
Die Unterseite 16 der Platte 12 ist die blinde oder nicht zugängliche Seite. Durch
die Platten 10 und 12 gehen drei Bohrungen 18, -die die aufeinanderfolgenden Stufen
beim Einbau des Hohlniets bzw. des Hülsenteiles der Blindnietverbindung zeigen.
Jede Bohrung 18 nimmt mit einer Versenkung 20 den Kopf des Niets auf, so daß die
Platte 10 eine aerodynamisch glatte Fläche 14 besitzt. Die Bohrungen 1< verjüngen
sich etwas, wobei ihr Durchmesser, ausgehend von der Versenkung 20, bis zur Unterseite
16 abnimmt. Die erfindungsgemäße Nietverbindung ist jedoch auch bei zylindrischen
Bohrungen 18 anwendbar.
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Die Hülse 22 des Niets besitzt ein rohrförmiges Hauptteil 24, das
gemäß Fig. 1 in Längsrichtung in der Bohrung 18 sitzt.
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Die Außenseite 26 der Hülse 22 ist in Größe und Form komplementär
zur Bohrung 1ti. Das Hauptteil 24 besitzt eine leicht konische Innenseite 28, deren
Innendurchmesser sich vom äußeren Hülsenende nach innen verjüngt. Wenn die Bohrung
18 gemäß Fig. 1 und 2 konisch ist, besitzt auch die Außenseite 26 des Hauptteiles
der Hülse diese Form. Die Bohrung 18, die Außenseite 26 der Hülse und die Innenseite
28 der Hülse verjüngen sich dann gleichermaßen, so daß man über die Länge des Ifauptteiles
24 der Hülse eine praktisch gleichbleibende Wandstärke erhält. Es bietet verschiedene
Vorteile, wenn man die
Bohrungen 18 konisch ausführt, z.B. eine
bessere Eignung für hohe Geschwindigkeiten und außerdem läßt sich die Bohrung genau
herstellen, ohne daß ein Fressen an den Bohrungsseiten eintritt. Falls jedoch mit
zylindrischen Bohrungen gearbeitet wird, ist jedoch auch die Außenseite 26 des Hauptteils
24 der Hülse zylindrisch, so daß sich infolge der leicht konischen Innenseite 28
eine allmähliche Zunahme der Wandstärke der Hülse von deren äußerem Ende nach dem
inneren Ende hin ergibt.
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Am oberen oder äußeren Ende besitzt die Hülse 22 einen konischen Kopf
30, der in der Versenkung 20 sitzt, so daß die Fläche des Kopfes 30 praktisch in
einer Ebene mit der freiliegenden Seite 14 der Platte 10 liegt.
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Unterhalb des Ifauptteiles 24 ist die Hülse 22 so ausgedreht, daß
ein dünnwandiger Schließkopfabschnitt 32 entsteht, der an seinem oberen Ende in
der Höhe der nicht zugänglichen Seite 16 der Platte 12 oder etwas darüber in eine
nach unten gerichtete Schulter 34 übergeht.
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Die Hülse wird unterhalb des Schließkopfabschnittes 32 wieder stärker,
da sie auf ihrer Innenseite sich auf einen unteren Anziehabschnitt 36 hin verjüngt,
der mit einem Innengewinde 37 versehen ist. Der Außendurchmesser des Gewindes 37
ist kleiner als der kleinste Durchmesser der konischen Innenseite 28 des Hauptteiles
24, so daß sich ein mit Gewinde versehenes Anziehwerkzeug entlang der konischen
Innenseite 28 frei einführen und in den Anziehabschnitt 36 bringen läßt.
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Die Hülse 22 wird in die Bohrung 18 bis zu der in der Mitte von Fig.
1 gezeigten Lage eingebracht, wobei der Kopf in der Versenkung -20 sitzt und der
Schließkopfabschnitt 32 und der Anziehabschnitt 36 über die nicht zugängliche Blindseite
16 d er Platte 12 hinausragen. Es ist von Vorteil, wenn auch nicht unbedingt notwendig,
daß die Hülse 22 knapp in die Bohrung 1 paßt. In diesem Fall kann die Hülse mit
einem geeigneten Hammer 38 (vgl. die Mitte von Fig. 1) in die Bohrung 18 eingesetzt
werden.
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Wenn die Hülse 22 auf diese Weise ganz in die Bohrung 18 eingesetzt
ist, wird der Schließkopfabschnitt 32 der Hülse, wie in Fig. 1 rechts gezeigt ist,
nach außen gestaucht, wodurch ein gegen die Blindseite 16 der Platte 12 wirkender
Schließkopuf entsteht. Der Schließkopf kann einfach durch ein vorher einzubringendes
Anziehwerkzeug 40 gebildet werden, wie es in Fig. 1 rechts dargestellt ist. Ein
solches Werkzeug 40 umfaßt einen rohrförmigen Haltestempel 42, der den Kopf 30 der
Hülse fest in die Versenkung 20 drückt, während ein Schaft 44 mit einem Schraubende
aus dem rohrförmigen Stempel 42 heraus durch den Hauptteil 24 der Hülse nach unten
geht und mit dem Innengewinde 37 des Anziehabschnittes 36 verschraubt wird. Der
Schaft 44 wird dann nach oben gezogen, wodurch sich der dünnwandige Schließkopfabsdinitt
32 der Hülse radial ausstaucht und der Schließkopf an der Hülse entsteht. Darauf
wird das Schraubende des Schaftes 44 vom Gewinde 37 der Hülse getrennt, der Schaft
44 aus der Hülse gezogen und das ganze Anziehwerkzeug 40 von der Hülse getrennt.
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Der letzte Schritt beim Zusammenbau der Blindverbindung besteht darin,
einen sich verjüngenden Kerbstift 46 nach unten in die Hülse 22 einzutreiben (Fig.
2). Die sich verjüngende Fläche 48 des Kernstiftes 46 stinimt in Länge und Verjüngung
praktisch mit der Innenseite der Hülse überein. Die äußere flache Stirnseite 50
des Stiftes 46 liegt annähernd in einer Ebene mit dem Hülsenkopf 30 und der freiliegenden
Seite 14 der Platte 10, wenn der Einbau des Verbindungselementes abgeschlossen ist.
Das innere oder untere Ende 52 des Stiftes ist mit einer Einführabschrägung 54 versehen.
Wenn der Stift ganz in die Hülse eingeführt ist, liegt sein unteres Ende 52 noch
über dem Anziehabschnitt 36 der Hülse, so daß der Stift den Anziehabschnitt nicht
berührt und den dort an der Hülse gebildeten Schließkopf nicht schwächenkann.
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Am unteren Ende des Stiftes 46, oberhalb der Abschrägung 54, ist eine
Ringnut 56 (Fig. 2, 3 und 5) vorhanden, in der ein Schnappring (seegerring) liegt
(Fig. 2, 3 und 4). In seiner
in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Ruhelage
liegt ein Teil des Schnappringes 58 in der Kernnut 56, während ein Teil aus der
Nut radial nach auDen und über die sich verjüngende Fläche 4d des Stiftes hinausragt
und eine nach oben gerichtete Schulter bildet, die sich an die nach unten gerichtete
Schulter 34 der Hülse anlegen kann, so daß der Kernstift 46 in der Hülse 22 verriegelt
wird.
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Wenn der Stift 46 mittels eines geeigneten Treibwerkzeuges, wie beispielsweise
dem in Fig. 2 gestrichelt gezeigten Hammer 60 in seine endgültige Lage innerhalb
der Hülse 22 gebracht wird, so wird er vorzugsweise etwas zu weit eingetrieben,
so daß der Schnappring 58 von der Schulter 34 der Hülse freikommt und nach außen
federn kann. Da der Stift infolge der durch die Verjüngung bewirkten Druckkräfte
versucht, nach außen zugegen, was die ganzen Abmessungen erlauben, so trifft der
Schnappring 5d auf die Schulter 34, wobei gleichzeitig die Außenseite des Stiftes
mit der Außenseite des Kopfes 30 und der freiliegenden Seite 14 der Platte 10 praktisch
in einer Ebene liegt. Man erkennt aus Fig. 2, daß der Stift, um ein sicheres Einrasten
des Schnappringes 58 zu erreichen, etwas zu weit eingeführt wurde, während Fig.
3 den in seine endgültige Lage zurückgeschobenen Stift zeigt.
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Die radiale Vorspannung sowohl im Verbindungselement als auch in dem
dieses umgebenden Bereich der Platten 10 und 12 wird dadurch erreicht, daß dar Kernstift
46 mit einem gewissen Übermaß gegenüber der Innenseite 28 der Hülse ausgeführt ist,
d.h. der Kernstift 46 besitzt an seiner sich verjungenden Fläche 48 einen größeren
Durchmesser als ihn die entsprechenden Stellen an der Innenseite 28 der Hilise zunächst
aufweisen. Dadurch drückt der Stift 46 nach dem ltintreiben in die Hülse diese radial
nach außen gegen die Wand der Bohrung 18 in den Platten 10 und 12 und bewirkt dadurch
die gewünschte Vorspannung der Konstruktion.
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Um die Hülse 22 zur Erzielung dieser Vorspannung radial nach außen
drücken zu können, besteht der Stift 46 normalerweise aus wesentlich härterem Material
als die Hülse 22. Die Hülse 22 ist auf Zugbeanspruchung ausgelegt und muß nicht
die hohe Scherbeanspruchung aufnehmen, für die ein Flugzeug-Verbindungselement ausgelegt
sein muß. Die hohe Scherfestigkeit kann man dadurch erreichen, daß man den Stift
46 entsprechend hart ausführt, wobei es nur erforderlich ist, daß die Hülse 22 härter
ist als das sie umgebende Material der Platten 10 und 12. Bei Verbindungen an der
Metallhaut von Flugzeugen bereitet dies keine Schwierigkeiten, da diese in der Regel
aus Aluminium hergestellt werden.
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Die Hülse 22 besteht vorzugsweise aus einem Metall mit einer Zugfestigkeit
von (70 k.s.i.) bis (145 k.s.i.), während der Kernstift 46 vorzugsweise aus einem
Metall mit einer Zugfestigkeit von ungefähr (180 k.s.i.) oder darüber, insbesondere
von ( 180 k.s.i.) bis ungefähr (300 k.s.i.) besteht Der Stift 46 besteht somit in
allen Pällen aus wesentlich stärkerem oder härterem Material als die Hülse 22. Der
Stift kann je nach der gewünschten Scherfestigkeit des Verbindungselementes beliebig
hart ausgeführt werden.
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Versuche zur Herstellung sehr harter bolzenartiger Verbindungselemente,
z.B. mit einer Festigkeit in der Größenordnung von (300 k.s.i.), führe zu ernsten
EXabrikationsschwierigkeiten, da ein derart hartes Material nicht mehr auf übliche
Weise mit einem Kopf oder durch Rollen mit Gewinde versehen werden kann0 Dagegen
bereitet die Herstellung des Kernstiftes 46 aus derart hartem Werkstoff keine Schwierigkeiten,
da sich der Kernstift infolge des Fehlens von Kopf und Gewinde einfach durch zentrumfreies
Schleifen herstellen läßt.
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Die Hülse 22 besteht vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Metall,
wie etwa rostfreiem Stahl oder Titan von handeLsüblicher
Reinheit,
da hier eine Plattierung nicht erforderlich ist, so daß sich engere Herstellungstoleranzen
bei der Hülsenwandstärke einhalten lassen. Die Einhaltung relativ kleiner Herstellungstoleranzen
bei der Herstellung der Hülse 22 wird verständlich, wenn man berücksichtigt, daß
Veränderungen der Wandstärke sowohl an der Innenseite 28 als auch an der Außenseite
26 der Hülse auftreten können.
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In der Praxis hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die
Hülse 22 aus einem Material der SAoB 300-Serien rostfreier Stahllegierungen herzustellen,
wie etwa S.A.E. 302, 304 oder 3()5, aus Monel oder aus einer ausgetemperten Stahllegierung,
wie z.B. der ausgetemperten Legierung 8740 (Austempered alloy) oder aus Titan von
handelsüblicher Reinheit herzustellen.
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Wenn die Hülse aus einer rostfreien Stahllegierung besteht, wird vorzugsweise
ein Kernstift 4G aus gehärtetem Stahl verwendet, der im Bedarfsfall plattiert sein
kann. Als gehärteter Stahl kann beispielsweise 5%Der H-11-Chromschmiedestahl Anwendung
finden, der mit Rücksicht auf höchste Scherfestigkeit auf eine Zugfestigkeit von
ca. (300 k.s.i.) warmvergütet wurde oder beispielsweise aus gehärtetem 0,40>igem
Kohlenstoffstahl der S.A.E.-Norm 8740 oder 4340.
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Bei Herstellung der Hülse aus handelsüblich reinem Titan empfiehlt
es sich, den Kernstift aus einer Titanlegierung hoher Festigkeit zu fertigen, wie
z.B. R.M.I. 1-8-5, für den eine Spannungsfestigkeit von ungefähr (200 k.s.i.) und
eine relativ hohe Scherfestigkeit kennzeichnend sind.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß der Kernstift yorzugsweise
erheblich härter als die Hülse sein sollte, da die hohle Scherfestigkeit des Verbindungselementes,
die die Haupterfordernis bei Verbindungselementen fiir Flugzeuge darstellt, durch
einen sehr harten Kernstift erzielbar ist,
während die Hülse ausreichend
weich oder dehnbar gewählt wird, so daß sie sich durch den Kernstift ausweiten läßt
und auf die Wand der Bohrung drückt und dadurch die gewünschte Vorspannung erzeugt.
Dennoch sollte die Hülse härter als die mit ihr zu verbindende Konstruktion sein
und eine ausreichende Zugfestigkeit zum Zusammendriicken der zu verbindenden Teile
aufwei sen.
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Da der Stift und die Innenseite der Hülse nur relativ schwach konisch
sind, ist die Kraft, die den Stift in axialer Richtg nach außen zu drücken versucht,
ebenfalls sehr gering, so daß die Verriegelung des Stiftes, die in der Ausführungsform
nach den Fig. 1 - 5 aus dem Schnappring 58 und den zugeordneten Schultern besteht,
sehr klein ist. Der Schnappring 58 kann deshalb in üblicher Weise aus. einem federnden
Metall bestehen.
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Die Verjüngung der Kegelfläche 48 des Kernstiftes und der Innenseite
28 der Hülse liegt vorzugsweise im Bereich von 0,125 : 12, vorzugsweise bei 0,25
: 12 einschließlich der Neigung auf beiden Seiten, bis 0,375 : 12.
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Zur Erzielung eines festen Sitzes der Hülse in der konischen Bohrung
18 der Platten 10 und 12 wird der Durchmesser der konischen Fläche 48 des Stiftes
größer gewählt als der entsprechende Durchmesser der Innenseite 28 der Hülse, wobei
das Ubermaß im Durchmesser ca. 0,6 - 2,5 % beträgt. Mit andere Worten bedeutet dies,
daß die Grölle des bbern'aßes zwischen dem kernstift 46 einerseits und der als feste
Masse betrachteten Kombination aus jhilse 22 und Platten 10 und 12 andererseits
vorzugsweise im Bereich von o, ó - 2,5 %, bezogen auf den Kernstiftdurchmesser,
liegt.
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Bei der Wahl des Übermaßes ist darauf zu achten, daß die Druckkraft
der Hülse gegen den sie umgebenden Werkstoff der Konstruktion, d.h. also gegen die
Platten 10 und 12, die Elastizitätsgrenze der Konstruktion nicht überschreitet.
Auf
diese Weise lassen sich Risse in der Konstruktion sowie Spannungskorrosion
vermeiden. dadurch ist die obere Grenze für das Übermaß des Kernstiftes gegenüber
der Hülse gegeben.
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Die durch den in die Hülse eingesetzten Kernstift bewirkte radiale
Vorspannung tritt nicht nur zwischen der Hülse außenseite 26 und der gegenüberliegenden
Bohrungswand 18 auf, sondern auch zwischen dem Hülsenkopf 30 und der Wand der Versenkung
20. Infolge der Abschrägung der Versenkung bewirkt die nach außen gerichtete Kraft
des Hülsenkopfes 30 an der Versenkung eine axial nach oben wirkende Kraft am Kopf
30, wodurch die von dem fertigen Verbindungselement auf die Konstruktion übertragene
und die Teile zusammendrückende Kraft in axialer Richtung noch erhöht wird.
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Da die Hülse im Bereich des Kopfes 30 zur Aufnahme des Kopfes eines
Kernstiftes nicht ausgedreht oder versenkt werden muß, besitzt der Hülsenkopf 30
eine ausreichende Festigkeit zum Zusammendrücken der Konstruktionsteile, ohne daß
der Hülsenkopf überdimensioniert werden mund, d.h. der llülsenkopf 30 kann etwa
die selbe Größe haben wir der Kopf normaler Versenkschrauben oder -bolzen. Dadurch
verringert sich die Menge des Konstruktionsmateriales, die zur Herstellung der Versenkung
20 abgetragen werden muß und die IConstruktion erhält eine maximale Festigkeit.
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Durch dieradiale Vorspannung zwischen der Hülse und der sie umgebenden
Konstruktion im Bereich des Schließkopfabschnitts 32 wird die Hülse auch an dieser
Stelle gegenüber der Konstruktion gehalten, so daß praktisch jedes Arbeiten bzw.
jede Bewegung des Verbindungselementes am unteren oder inneren Bohrungsende ausgeschaltet
ist. Dies stellt einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungselementes
im Vergleich zu bekannten Blindrlieten dar, bei denen gewöhnlich ein gewisser Spielraum
zwischen dem Verbindungselement und der Bohrungswand im Bereich des nicht zugänglichen
ßohrungsendes
vorhanden ist, der zum Arbeiten und damit zur Ermüdung
der Verbindung rührt.
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Die in Fig 6 gezeigte Blindverbindung stimmt mit dem Verbindungselement
nach den Fig. 1 - 5 bis auf den etwas modifizierten Kernstift 46a überein, der eine
kleine ringförmige Auskeilung 62 unmittelbar an seiner oberen Stirnseite 50a besitzt0
Diese ringförmige Auskeilung 62 erweitert sich von der konischen Außenseite 48a
des Kernstiftes 46a nach oben und außen, während die konische Außenseite 48a im
iibrigen mit der konischen Außenseite 48 des Kernstiftes 46 nach den Fig.
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2 - 5 übereinstimmt. Durch die Verwendung eines am oberen Ende ausgekeilten
Stiftes 46a wird die vom Hülsenkopf auf die Versenkung 20 ausgeübte Kraft (vgl.
die Pfeile in Fig. 6) weiter erhöht, wodurch die durch das Verbindungselement miteinander
verbundenen Konstruktionsteile' noch stärker aufeinandergedrückt werden.
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Die Fig. 7 - 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung nach
den Fig. 1 - 5, wobei der den Stift verriegelnde Schnappring innerhalb der Hülse
vom unteren zum oberen lande des Verbindungselementes verlegt wurde. Die Hülse 22b
stimmt somit mit der Hülse 22 bis auf die Ringnut 64 am Kopf 30b der Hülse überein.
Der Schnappring 58b wird vor dem Einsetzen des Stiftes 46b in die Hülse 22b eingebracht.
Die Abschrägung 54b am unteren Ende 52b des Kernstiftes erleichtert den Durchgang
des Stiftes durch die vom Schnappring 58b in der Hülse bewirkte Verengung. Der Schnappring
58b wird von dem langgestreckten Kegel des Stiftes llob immer weiter nach außen
gedrückt, bis die Nut 56b im Kernstift in den Bereich des Schnappringes kommt, worauf
der Schnappring 58b in die Nut 56b einrastet und den Stift in seiner Lage verriegelt.
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Die Nut 56b ist von der oberen Stirnseite SOb des Stiftes und der
Oberseite des Hülsenkopfes 30b um eine kurze Strecke nach unten verschoben. Im übrigen
stimmt die Blindverbindung nach den Fig. 7 - 9 mit derjenigen nach den Fig. 1 -
5 überein. Die Pulse 22b besitzt am unteren winde einen di.innwandigen
Schließkopfabschnitt
32b mit einem Anziehabschnitt 36b, der mit einem Innengewinde 37b versehen ist In
den lig. 10 - 12 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der
die Verriegelung zwischen Stift und Hülse durch einen ringförmigen Zacken oder Zahn
G.3 am Stift 4Gc erreicht wird, der in eine komplementäre Ringkerbe G6 am Kopf 30c
der Hülse 22c greift. Die Hülse 22c stiinmt bis auf die Ringkerbe 66 mit der Hülse
22 nach den Fig. 1 - 5 überein. Der Ringzahn oder -zacken 6d am Stift geht von der
sich verjüngenden Außenseite des Stiftes nach oben und außen und endet in einer
abrupt nach oben ragenden Schulter, die etwas ullterllalb der oberen Stknseite 50c
des Stiftes liegt.
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Durch diese Anordnung des Zahnes oder Zackens 63 am Stift, der in
eine Kerbe 66 der Hülse am oberen Ende des Verbindungselementes greift, kann eine
Störung des Metalles der Hülse durch den Zahn oder Zacken 68 während des Eintreibens
des Stiftes in seine endgültige Lage die Vorspannung nicht nennenswert beeinträchtigen,
die durch das Aufeinandertreffen der konischen Außenfläche des Stiftes und der konischen
Innenfläche der Hülse entsteht. Der ltingzahn oder -zacken 68 des Stiftes läßt sich
infolge der Elastizität des Ilülsenmaterials durch das obere Ende der Hülse bis
in die Kerbe 66 einführen.
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In den Fig 13 - 16 ist eine dritte Ausführungsform der erfindung dargestellt,
bei der die Verriegelung zwischen Stift und Hülse durch Zacken am unteren oder inneren
Ende des Stiftes und der Hülse unterhalh der nicht zugänglichen Seite der Kponstruktion
erreicht wird. Die Hülse 22d stimmt in ihrer erm mit der Hülse 22 nach den Fig.
1 - 5 überein, mit der A lsnahme,daß der Anziehabschnitt 36d auf seiner Innenseite
ringförmige Zacken 37d besitzt, während die Hülse 22 ein Inrengewinde 37 aufweist.
Durch die Verwendung der Zacken 37d im Anziehabschnitt 36d ist ein vom Anziehwerkzeug
40 nach Fig. 1 abweichendes Anziehwerkzeug erforderlich. Ein geeignetes Anziehwerkzeug
40d ist in Fig. 13 gezeigt und
enthält einen Anziehschaft 44d mit
einem gespaltenen äußeren Abschnitt 70 mit äußeren Zacken 72 an seinem freien Ende.
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Durch den äußeren Abschnitt 70 des Schaftes 44d geht ein Ausweitstab
74, der am Ende einen 1eil 75 trägt. Im Ruhezustand zieht sich das freie Ende des
äußeren Abschnittes 70 des \crerkeeuges elastisch zusammen und ist dadurch klein
genug, um durch die E;ngstellen des Anziehahschnittes 36d geführt zu werden Der
Werkzeugschaft 44d wird in die Hülse 22d eingeführt, bis die Zacken 72 am äußeren
Abschnitt 70 des Anziehwerkzeuges in gleicher Höhe mit den inneren Zacken 37d des
inziehabschnittes 36d der Hülse liegen, worauf der Stab 74 relativ zum äußeren Abschnitt
70 des Schaftes nach oben bewegt wird, so daß das gezackte Ende des Schaftes nach
außen geht und auf die inneren Zacken 37d trifft. Darauf wird der gesamte Anziehschaft
44d des Werkzeuges nach oben gezogen und der Schließkopfabsdinitt 32 der Hülse wird
zu dem in Fig. 13 gezeigten nach außen sich erweiternden Schließkopf gestaucht.
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Anschließend wird der Stab 74 wieder nach unten bewegt, so daß sich
die gezackten Enden des gespaltenen Schaftes 70 wieder zusammenziehen können, worauf
der gesamte Werkzeug schaft 44d aus der Hiilse genommen wird.
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Der Kern 46d nach den Fig. 14, 15 und 16 besitzt ein massives, sich
verjüngendes Hauptteil, das in gleicher Richtung wie der sich verjüngende Durchgang
der Hülse verläuft und an seinem unteren Ende eine gezackte Verriegelungsverlängerung
76 aufweist, die sich elastisch zusammendrücken und in den innen gezackten Anziehabschnitt
36d der Hülse einfahren läßt, ohne daß die auf den unteren Teil der Hülse axial
nach unten ausgeübte Kraft den angeformten Schließkopfabsehnitt 32d beschädigen
könnte. Die äußeren Zacken 78 am unteren oder inneren Ende des Stiftes 46d rasten
in die komplementären inneren Zacken 37d der Hülse ein und verriegeln somit Stift
und Hülse.
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Das elastische Zusammendrücken des unteren Abschnittes des Stiftes
46d wird durch Einschneiden einer Nut 80 in den Stift
ermöglicht,
wodurch die Verriegelungsverlängerung 76 relativ dünnwandig, federnd und U-förmig
ist und sich in radialer Richtung genügend zusammendrücken läßt, damit man die Zacken
78 am Stift bei der Abwärtsbewegung mit den Zacken 37d der Hülse in Eingriff bringen
kann0 Diese Form der Verriegelungsverlängerung 76 am Stift läßt sich auch bei Verwendung
von hartem Material durch Verwendung einer einfachen Schleif-oder Schneidscheibe
ohne weiteres herstellen.
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In den Fig. 17, 13 und 19 ist eine andere Art einer federnden Verriegelungsverlängerung
84 anhand der vierten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Bei dieser Ausihrungsform
besitzt die Hülse 22e einen Anziehabschnitt 36e mit Innengewinde 37e von Profil-
oder Sägezahnform, während der Kernstift 46e ein komplementäres Profilgewinde 86
an seiner Verriegelungsverlängerung (S4 aufweist.
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Die Elastizität der Verriegelungsverlängerung 84 des Stiftes wird
durch Schneiden oder Schleifen von zwei in axialer Richtung sich erstreckenden Nuten
88- und 90 am unteren Ende des Stiftes 46e erzielt, wobei die Nuten 88 und 80, wie
man aus Fig. 19 erkennt, etwa rechtwinklig zueinander verlaufen. Dadurch entstehen
vier federnde Zinken 92, deren Elastizität ausreicht, daß man den Stift 46e ohne
jede Drehung direkt in seine wirksame Lage in der Hülse 22e bringen kann, wobei
die Zacken 92 nach innen ausweichen, so daß das Stiftgewinde 86 zunächst über das
Hulsengewinde 37e hinweggleitet und dann in dieses einrastet, wie in Fig. 17 gezeigt
ist0 Trotz der Verwendung eines ineinandergreifenden Gewindes zwischen Stift und
Hülse bei der Ausführungsform nach den Fig. 17 und 19 wird das geradlinige Einführen
und Einrasten des Stiftes in der Hülse dem drehenden Einschrauben vorgezogen (das
anßerdem einen geeigneten Schraubansatz am Kopf des Stiftes erfordern würde), da
bei dem knappen Paßsitz zwischen Stift und Hülse ein solches Einschrauben mit erheblichen
Schwierigkeiten verbunden wäre.
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Wie man erkennt, stellt die Ausführung mit Profilgewinde nach den
Fig. 17 - 19 im Prinzip eine andere Ausgestaltung der Ausführungsform mit Zacken
dar und ermöglicht das Tneinandergreifen von Stift und Hülse praktisch auf die gleiche
Weise, wie dies bei der Ausführungsform nach den Fig. 13 - 15 möglich ist. 1s sei
noch darauf hingewiesen, dalJ die Verriegelungsverlängerung 84 am Stift, die bei
der Ausführungsform nach den Fig. 17 - 19 zur Anwendung kommt, ihre Elastizität
im Bedarfsfa-ll auch durch nur einen einzigen Einschnitt ähnlich der Nut 80 gemäß
den Fig. 13 - 16 erhalten kann. Umgekehrt kann natürlich auch die Elastizität des
Verriegelungsstiftes nach den Fig. 13 - 16 durch sich kreuzend Nuten 88 und 90 gemäß
den Fig. 17 und 19 erreicht werden.
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Infolge des Profil- oder Sägezahngewindes 37e im anziehabschnitt 36e
nach den Fig. 17 - 19 kann der Schließkopf an der Hülse 22e entweder durch ein mit
Gewinde versehenes Anziehwerkzeug ähnlich demjenigen nach Fig. 1, jedoch mit Sägezahn-oder
Profilgewinde, oder durch ein Ausweit-Anziehwerkzeug ähnlich demjenigen nach Fig.
13, doch mit zum Profilgewinde 37e komplementärer Verzahnung hergestellt werden.
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I)ie Fig. 20 - 22 zeigen eine fünfte Ausführungsform der Erfindung,
bei der die Hülse 22f am Kopfabschnitt 30f mit einer Nut 94 versehen ist, die eine
radial dehnbare Lippe 68 aufnimmt, die am oberen Winde des Stiftes 46f durch e ine
Ausnehmung 96 entstanden ist. Da der Kopf der Blindverbindung nach den Fig. 20 -
22 nach dem Einbau dieser Blindverbindung eine beachtliche Vertiefung aufweist,
wird ein solches Verbindungselement in der Regel nicht in Fällen angewandt werden,
in denen ein flacher Kopf erwünscht ist. Dieses Verbindungselement usr deshalb in
der Form eines Kopfverbinders dargestellt, bei dem der Kopfabschnitt 30f an dor
Hülse einen knopfförmigen Setzkopf bildet, der über die äußere Platte ## hinausragt.
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Hei der in den lig. 20 - 22 gezeigten Ausführungsform der Erfindung
kann die Lippe 98 entweder ringförmig oder unterteilt nicht gezeigt) sein Die Lippe
98 besteht vorzugsweise aus weicherem Material als der Hauptteil des Stiftes, so
daß sich die Lippe 98 mit Hilfe eines geeigneten Spreizwerkzeuges, beispielsweise
dem in Fig. 22 gestrichelt gezeigten Werkzeug 100 mit abgerundetem Ende 102 nach
außen dehnen läßt.
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Bei dem Verbindungselement mit Kopf geht die Bohrung 18f von der äußeren
bis zur blinden, d.h. nicht zugänglichen Seite durch die Konstruktion, da eine Versenkung
nicht erforderlich ist. Das untere Ende der Hülse 22f kann demjenigen der Hülse
22 in den Fig. 1 - 4 gleichen und einen Anziehabschnitt 36f mit normalem innengewinde
37f aufweisen.
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Das stufenförmige ineinandergreifen von Hülse und Kernstift Icann
b bei gewissen Rusfiilirun esf ormei der Erfindung alternativ erreicht oder gefördert
werden durch Formen des Kopfes an der Hülse, nachdem der Kernstift ganz in die Hülse
eingesetzt ist.
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Wenn der Stift vollständig in die Hülse eingesetzt ist, wird diese
in ihrer Lage in der Bohrung so fest verstemmt, daß ein beachtlicher Formschlag
oder -druck auf den Kopf oder ein Teil von diesem nach unten ausgeübt werden kann,
um dadurch ein radiales Einwärts fließen des Kopfwerkstoffes in die schulterförmige
Abstufung am Stift zu erreichen und um dadurch das ineinandergreifen zwischen Stift
und Hülse zu bewirken. Falls erforderlich, kann am Kopf ein zunächst nach oben ragender
Abschnitt vorgesehen sein, so daß man nach dieser Bearbeitung des Kopfwerkstoffes
schließlich eine mit der Außenseite der zu verbindenden Konstruktion in einer Ebene
liegende Kopffläche erhält.
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Ein Beispiel für ein derartiges stufenförmiges Ineinandergreifen zeigt
die Ausführungsform nach den Fig. 10 - 12.
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Falls durch das Einführen des Zahnes oder Zackens 68 am Stift der
obere Teil der Hülse merklich nach außen gedrückt
wird, kann der
Kopf 30e in der Nähe des Stiftes nach unten gedrückt werden, wodurch der Kopfwerkstoff
wieder über den Zacken 68 zum oberen Stiftende zurückgebracht wird und das stufenförmige
Ineinandergreifen von Stift und Hülse hergestellt ist.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung nach den 11'ig. 10 -12 kann
sich die Kerbe G6 in der Hülse auch nach oben bis zur Oberseite des Kopfes erstrecken,
so daß der Zacken 6e beim ßinführen den Kopfwerkstoff nicht radial nach außen drücken
muß. Darauf kann der Kopf 30c so nach unten geschlagen oder gedrückt werden, daß
sich der Kopfwerkstoff oberhalb des Zackens 6d radial nach innen bewegt und um das
obere Ende des Stiftes legt.
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Außerdem kann erforderlichenfalls der Zacken 63 ganz weggelassen und
das obere Ende des Stiftes 46c radial nach innen abgestuft werden, um dadurch am
oberen Ende 50c des Stiftes eine Ringnut zu schaffen, in die der Werkstoff des Kopfes
30c eingebracht werden kann.
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Eine weitere Ausftihrungsform dieser Art eines stufenförmigen Ineinandergreifens
zwischen Hülse und Stift ergibt sich aus der in den Fig. 7 - 9 gezeigten Form der
Erfindung, in-der die Ringnut G4 der Hülse und der Schnappring 58b weggelassen werden
können, worauf der Kopf 30b nach unten geschlagen oder gedrückt wird, wobei wieder
der Kopfwerkstoff in die Stiftnut 56b einfließt und den Stift in axialer Richtung
in der Hülse hält.
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Tm Zusammenhang mit der in den Fig 20 - 22 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung ist ebenfalls ein stufenförmiges Ineinandergreifen möglich. In diesem
Fall sind dann die Lippe 9d am oberen Ende des Stiftes 46f und die Kerbe 94 am Kopf
30f nicht erforderlich. Das stufenförmige Ineinandergreifen kann dann dadurch erreicht
werden, daß man den Kopfwerkstoff dazu bringt, über den Umfang des oberen Endes
des Stiftes 46f zu fließen.