DE1932039A1

DE1932039A1 - Zweiteiliges Verbindungselement Zweiteiliges Verbindungselement

Info

Publication number: DE1932039A1
Application number: DE19691932039
Authority: DE
Inventors: Baugh Charles Wakefi Wakefield
Original assignee: Huck Manufacturing Co
Current assignee: Huck Manufacturing Co
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1969-06-24
Publication date: 1970-01-15
Also published as: ES368980A1; PL80097B1; NL6909878A; FR2014465A1; NO125326B; SU370795A3; NL141618B; DE6925101U; SE348031B; US3515419A; GB1271253A

Description

DK. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

D-8000 MÖNCHEN 80 · MARIA-THERESIA-STRASSE 6 ■ TELEFON (0811) 441061

Huck Manufacturing Company, Detroit, Mich. / USA

Zweiteiliges Verbindungselement

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement zur Fixierung von Arbeitsstücken mit ausgefluchteten Durchlässen, bestehend aus einer rohrförmig ausgebildeten Hülse mit einem erweiterten Kopf für den Eingriff mit einer Außenfläche eines Arbeitsstückes, einem sich durch die Durchlässe in den Arbeitsstücken erstreckenden Hülsenschaft, der über die gegenüberliegende Fläche auf der anderen Seite der Arbeitsstücke herausragt, einem Bolzen mit Bolzenkopf für den Eingriff mit dem äußeren Ende des Hülsenschaftes auf der gegenüberliegende Seite des Hülsenkopfes, einem sich durch die Hülse und über den Hülsenkopf erstreckenden Bolzenschaft, auf dem Bolzenschaft für den Eingriff mit einem Werkzeug ausgebildete Zugrillen.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein aus zwei Einzelteilen bestehendes Verbindungselement zu schaffen für Arbeitsstücke, die ausgerichtete Durchlässe aufweisen, insbesondere für große Container, die vorteilhaft mit Verbindungselementen, die den Zugang zürn Containerinneren von außerhalb desselben unmöglich machen, zusammengebaut sind.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Bruchrille die Sollbruchstelle des Bolzenschaftes λ, bildet und zwischen dem Bolzenkopf und den Zugrillen angeordnet ist, daß der Bolzenkopf zur Ausbildung des äußeren Hülsenendes radial nach außen eine mit dem äußeren Ende der Hülse eingreifbare Innenfläche aufweist.

Beim erfindungsgemäßen Befestigungselement hat sowohl der Bolzen als auch die Hülse einen erweiterten Kopf zur Erzielung einer äußerst günstigen Tragfläche und zur Bildung eines glatten und formschönen Abschlusses an den anliegenden Containerwänden. Die eingesetzte Hülse hat auf der Innenseite des Containers einen erweiterten und auf der Außenseite des Containers einen angestauchten Kopf. Der angestauchte Kopf ist jedoch unter den erweiterten Kopf des Bolzens, der mit der gestauchten Hülse in Verbindung steht, angeordnet und wird von demselben abgedeckt. Für die Demontage des Containers von der Außenseite her muß zuerst der Bolzenkopf und darauf der angestauchte Hülsenkopf entfernt werden. Auf diese V/eise erhält man eine sehr festeVerbindung und ein einbruchsiche-r res Verbindungselement.

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Beim erfindungsgemäßen zweiteiligen Verbindungselement entsteht mittels Reibungskraft und/oder formschlüssiger Wirkung eine feste Verbindung von Bolzen und Hülse. Der Bolzen enthält einen Abschnitt mit Zugnuten sowie eine als Sollbruchstelle ausgebildete Rille, bei welcher nach der Fixierung des Befestigungselementes der Restteil des Bolzens abgetrennt wird. Es hat sich herausgestellt , .daß, wenn beim Abtrennen an der Sollbruchstelle eine übermäßige Beanspruchung des Bolzens auftritt, eine Lockerung bzw. ein Ausfallen des Restbolzens aus der Hülse vorkommen kann. Es wurde weiterhin festgestellt, daß dieser Mangel mittels einer veränderten als Sollbruchstelle ausgebildeten Nut verhindert werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels zum besseren Verständnis näher erläutert und beschrieben, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen.ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im Teilschnitt der erfindungsgemäßen Verbindungselemente, zusammen mit einem Container,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, wobei die Verbindungselemente im fortgeschrittenen Montagestadium dargestellt ist,

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, nach erfolgtem Einbau und

Fig. 4 ein Diagramm der Belastung in bezug auf die Bruchdehnung von Bolzen mit verschiedenen Bruchrillen

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Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein aus zwei Teilen bestehendes Verbindungselement 10, das im Zusammenbau mit einer Wandung 12 eines Containers gezeigt ist, wobei die Wandung 12 aus einer inneren Wandung, die aus einer fasrigen Struktur oder einem holzartigen Material ausgebildet ist und einer äußeren Metallwandung 16 bestehen kann.

Das Verbindungselement enthält eine einen rohrförmigen Schaft 20 und einen erweiterten Kopf 22 aufweisende Hülse 18, wobei der Hülsenschaft 20 durch die ausgefluchteten Durchlässe 24 und 26 der Teilstücke 14 und 16 ragt, so daß der Kopf 22 mit der Wand 14 auf der Innenseite des Containers in Berührung kommt. Der Schaft 20 erstreckt sich teilweise über das äußere Ende des Durchlasses 26 im Element 16. Das Verbindungselement enthält außerdem einen Bolzen 30, dessen Schaft 32 in der rohrförmig ausgebildeten Hülse 18 angeordnet ist, und einen erweiterten Kopf 3^» der am anderen Ende des Bolzenschaftes 32 angeordnet ist, und dem Hülsenkopf 22 gegenüberliegt. Ein kerbverzahnter Abschnitt 36 ist anliegend am Bolzenkopf 3^ angeordnet und enthält in axialer Richtung verlaufende Nuten. Der Durchmesser des kerbverzahnten Abschnittes 36 ist,geringfügig größer als der Durchmesser, der im wesentlichen gleich groß auegebildet durch die Hülse 18 verlaufenden Bohrung 38. Anliegend an den kerbverzahnten Abschnitt 39 befindet eich ein gerader zylinderförmiger Abschnitt 4o von geringerem Durchmesser, der von einer als Sollbruchstelle ausgebildeten flachen Rille 42 und einem weiteren gerade und sylindrisch ausgebildeten Abschnitt 44 von geringerem Durchmesser gefolgt ist. Eine Vielzahl von Zugrillen 46 erstreckt sich vom Abschnitt 44 über den übrig bleibenden Bolzenschaft

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Ringförmig ausgebildete Tragflächen 48, 50 und 52 befinden sich zwischen den Abschnitten 36 und 40, 40 und und 42 und 44. Die Tragflächen 48, 50 und 52 bilden zusammen mit den Spitzen der Zugnuten 46 den maximalen Außendurchmesser auf dem entsprechenden Bolzenschaft 32, wobei der Durchmesser derart gewählt ist, daß der Bolzen passend durch die in Hülse 18 verlaufende Bohrung 38 einsetzbar ist.

Fig. 2 zeigt ein in Montage befindliches Verbindungselement, das mittels einer relativen, zwischen dem Bolzen 30 und der Hülse 18 mittels eines nicht gezeigten herkömmlichen Werkzeuges ausgeübten, axialen Kraft in Position gebracht wird.Das Werkzeug enthält Klemmbacken zum Eingriff mit den Zugrillen 46 sowie einen mit dem Hülsenkopf 22 in Eingriff kommenden Halterkopf, wobei der Bolzen mittels den Klemmbacken in Pfeilrichtung A ziehbar ist, indem die mittels dem am Hülsenkopf 22 anliegenden Halterkopf entstehenden Gegenkräfte in Pfeilrichtung B einwirken. Der erweiterte Kopf 22 der Hülse 18 ergibt eine genügend große Tragfläche, so daß ein Zusammendrücken des inneren Abschnittes 14 vermieden wird.

Fig. 2 zeigt, daß, wenn der Bolzen 30 relativ zur Hülse 18 entsprechend bewegt wird, der kerbverzahnte Abschnitt 36 in das äußere Ende des Durchlasses 38 eindringt, wobei sich das Ende 20 des Hülsenschaftes radial nach außen bewegt, so daß die erweiterte äußere Wandung fest mit dem entsprechenden Abschnitt der Oberflächen der Durchlässe 24 und 26 in Berührung kommt. Wenn der Bolzen 30 noch weiter gezogen wird, tritt die innere Fläche 54 des Bolzenkqfes 34 mit dem äußeren Hülsenende in Eingriff. Die innere Fläche 54 wird bogenförmig, radial nach außen gefaltet, so daß das äußere Ende des Hülsen-

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schaftes 20 ebenfalls radial nach außen gedrückt wird, wodurch ein erweiterter ausgefalteter Kopf 56 entsteht, der mit der Außenseite des äußeren Elementes in Berührung kommt, wobei die Hülse 18 das innere und das äußere Element 14 und 16 fest zusammenhält. Das Volumen unter der Fläche 54 des Bolzenkopfes 34 ist derart gewählt, daß eine maximale Ausweitung des äußeren Endes des Hülsenschaftes 20 gewährleistet ist. Dasselbe Verbindungselement kann für die Fixierung von Teilen, die eine größere Stärke aufweisen, verwendet werden, solange eine genügend große Ausdehnungsmöglichkeit des Hülsenschaftes 20 zur Ausbildung eines entsprechenden Kopfes besteht. Aus diesem Grunde kann das Verbindungselement 10 für verschiedene Wandstärken der Abschnitte 14 und 16 verwendet werden. Wenn der Bolzen 30 bis zum Anschlag gezogen ist, befindet sich der kerbverzahnte Abschnitt 36 vollständig passend innerhalb der Bohrungen 24 und 26, wodurch ein wesentlicher Abschnitt des Hülsenschaftes 20 radial ausgeweitet wird, so daß eine äußerst feste Verbindung der Hülse 18 mit den Elementen 14 und 16 entsteht. Wenn eine zusätzliche axiale Kraft ausgeübt wird, erfolgt ein Bruch des Schaftes 32 des Bolzens 30 bei der Bruchnut 42, wobei das abgebrochene Ende 50 innerhalb der Hülse 18 derart angeordnet ist, daß eine glatte Fläche auf der Innenseite des Containers erzielt wird (Fig. 3). Die Rille 42 ist als Sollbruchstelle des Bolzens 30 ausgebildet und bricht bei einer vorbestimmten Belastung, die die zur Ausbildung des umge- ^; falzten Kopfes 56 benötigten Belastung übersteigt. Abschnitt 60 des Bolzens 30 bleibt in der Hülse 18 zurück und befindet sich mit derselben im festen Eingriff.Diese Verbindung wird durch den Eingriff des kerbverzahnten Abschnittes 36 mit dem Hülsenschaft 20 noch weiterhin erhöht.

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Es sei bemerkt, daß mit dsm eingebauten Verbindungselement sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite des Containers glatte Flächen entstehen. Zur Entfernung des Elementes von der Außenseite des Containers her, d.h. von der auf Element 16 gerichteten Seite muß zuerst der Bolzenteil 6o entfernt werden, worauf der umgebogene Kopf 56 und schließlich die Hülse 18 entfernt werden müssen. Da für die Entfernung des Verbindungselementes ein zu großer Arbeitsaufwand notwendig ist, stellt diese eineeinbruchsichere und gleichzeitig haltbare Verbindung dar.

Beim oben beschriebenen Verbindungselement ist es notwendig, daß der Bolzenabschnitt 60 so fest als möglich in der Hülse 18 zurückgehalten wird.Beim Einsetzen des Verbindungselementes tritt jedoch nach dem Sollbruch des Bolzens eine gewisse Zurückfederung desselben ein, was auf die vor dem Bruch angesammelte Energie zurückzuführen ist.

Es hat sich herausgestellt, daß bei herkömmlichen als Sollbruchstelle ausgebildeten Rillen diese Rückfederung eine schlechte Verbindung zwischen der Hülse 18 und dem Bolzenabschnitt 60 bewirkt. Es wurde außerdem festgestellt, daß dieser Nachteil durch eine Abwandlung der RÜle aufgehoben werden kann. Auf Fig. k stellt die Kurve X die axiale Belastung in bezug auf die Verlängerung für eine herkömmliche Bruchrille 100 an einem Bolzen dar. Die herkömmliche Bruchrille 100 ist in solcher Weise ausgebildet, daß sie eine Kerbwirkung ausübt, wobei sie gerade 6o° zueinander nach innen geneigte Seiten 1O4 enthält, die durch einen kleinen Radius I06 verbunden sind, wobei

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die ganze Rille eine Verjüngung 1O8 beschreibt.Die Kurve X zeigt, daß die Größenordnung der Grenzbelastung 110 in der Nähe der Bruchbelastung 112 für die Bruchrille 102 liegt (d.h. die Bruchbelastung 112 beträgt ca. 91,5 % der Grenzbelastung). Bei Anordnungen, in welchen der Bolzen mechanisch zur Auskragung fixiert ist, die dies wünschenswert, wobei absichtlich eine hohe Kerbwirkung erzielt wird. Dadurch entsteht eine hohe Grenzbelastung (genügend hoch um eine Befestigung der Anordnung zu gewährleisten), wobei die Bruchbelastung kurz darauf eintritt. Dies verhindert eine übermäßige Ausdehnung, die ein unerwünschtes Abstehen des Bolzenbruchteiles zur Folge haben könnte. Bei hden Bruchbelastungen ist die bei dem Bruch auftretende Belastung wesentlich und für Verbindungselemente mit Form- und Reibungsverschluß kann dies eine ungenügende Verbindung bedeuten. Bei der vorliegenden Erfindung hat es sich herausgestellt, daß eine veränderte Bruchrille mit einem verminderten Kerbeffekt und einem größeren Unterschied zwischen den Grenz- und der Bruchbelastungen eine wesentliche Verminderung der Rückfederung des Bolzens bewirkt und eine Verbesserung des Form- und Reibungsverschlusses. Eine mit der Kurve y (auf Fig. *O dargestellte Bruchrille 200 für Bolzen 202, die im weiteren identisch mit dem Bolzen 202 ausgebildet ist, erzielt beinahe dieselbe Grexlast 210. Die R21e 200 weist jedoch eine wesentlich verminderte Bruchlast 212 auf (die Bruchlast 121 beträgt ca. 73 # der Grenzlast 210). Die Grenzlast 110 und 220 wird für die maximale, für die Einstellung des Verbindungselementes benötigte, Last bestimmt, die folglich für jedes Verbindungselement dieselbe sein muß. Wie erahnt, wurde die Kerbwirkung der Bruchrille 200 des Bolzens 202 im wesentlichen vermindert (verglichen mit der Bruchrffle 100).

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Dies wurde erzielt, indem die Rule 200 flacher als die Rille 100 ausgeführt wurde, wobei ein großer Radius 206 der sich bis zur Verjüngung 208 erstreckt, vorgesehen ist. In diesem Fall ist der Durchmesser 208 größer als der Durchmesser 108. Bei der Verwendung einer Bruchrille 200 ist die Bolzenrückfederung unbedeutend und ein Lösen des Form- und Reibungsverschlusses wird dabei im wesentlichen verhindert.Eine allgemeine Darstellung des Verhältnisses der Abmessungen von Bolzen 102 und 202 kann aus der Darstellung in Fig. 4 entnommen werden. Die Kurven X und Y beziehen sich auf Bolzen, die aus einem Stahl mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt hergestellt sind.

Das genaue Verhältnis zwischen der Grenz- und Bruchbelastung kann in verschiedenen Ausführungsformen variiert werden, wobei die genaue Konstruktion durch die gleichen Testversuche, wie sie bei herkömmlichen Bruchrillen angewendet werden, bestimmt werden kann. Man nimmt an, daß die Bruchrille für ein Verbindungselement mit Form- und Reibungsverschluß eine genügende Kerbwirkung, die normalerweise mittels einer flachen Bruchrille erzielbar ist, aufweisen soll, wobei die Bruchrille eine Bruchbelastung von ca. 90 % der Grenzbelastung aufweist. Noch bessere Resultate können mit einer Bruchrille erzielt werden, deren Bruchgelastung weniger als ca. 80 % der Grenzbelastung ist, und weitere vorzügliche Resultate sind erreichbar, wenn die Bruchbelastung ca. 75 % der Grenzbelastung beträgt.

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Claims

- 10,-Patentansprüche

1. -Verbindungselement zur Fixierung von Arbeitsstücken

ausgefluchteten Durchlässen, bestehend aus einer rohrförmig ausgebildeten Hülse mit einem erweiterten Kopf für den Eingriff mit einer Außenfläche eines Arbeitsstückes, einem sich durch die Durchlässe in den Arbeitsstücken erstreckenden Hülsenschaft, der über die gegenüberliegende Fläche auf der anderen Seite der Arbeitsstücke herausragt, einem Bolzen mit Bolzenkopf für den Eingriff mit dem äußeren Ende des Hülsenschaftes auf der gegenüberliegenden Seite des Hülsenkopfes, einem sich durch die Hülse und über den Hülsenkopf erstreckenden Bolzenschaft, auf dem Bolzenschaft für den Eingriff mit einem Werkzeug ausgebildete Zugrillen, dadurch gekennzeichet, daß eine Bruchrille (42) die Sollbruchstelle des Bolzenschaftes (32) bildet und zwischen dem Bolzenkopf (3*0 und zum Zugrillen (46) angeordnet ist, daß der Bolzenkopf zur Ausbildung des äußeren Hülsenendes radial nach außen eine mit dem äußeren Ende der Hülse (18) eingreifbare Innenfläche (5¹O aufweist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der BaLzen (30) und die Hülse (18) derart ausgebildet sind, daß sie nach erfolgtem Bruch bei der Bruchrille (42) zusammen eine Form- und reibungsschlüssige Verbindung bilden.

3· Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ze lehnet, daß die form- und reibungschlüssige Verbindung mittels dem kerbverzahnten Abschnitt (36) auf dem Bolzenschaft (32) derart hergestellt ist, daß das äußere

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Ende der Hülse (18) radial nach außen gebogen und in festen Eingriff mit dem Hülsenschaft (20) gebracht wird.

A· Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchrille (42) zur Verminderung der beim Bruch entstehenden Rückfederung des Bolzens flach ausgebildet ist.

5.Verbindungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenfläche (206) der Bruchrille (42) bogenförmig und radial nach außen erstreckt.

6. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t, daß die Bruchbelastung der Bruchrille (42) ca. 90 # der Grenzbelastung beträgt.

7* Verbindungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchbelastung der Bruchrille weniger als ca. 80 # seiner Grenzbelastung beträgt.

8. Verbindungselement nach Anspruch 7, dadurch g e kenn ze ichnet, daß die Bruchbelastung der Bruchrille ca. 75 % seiner Grenzbelastung beträgt.

9· Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß die Bruchrille derart auf dem Bolzenschaft (32) angeordnet ist, daß sie sich nach erfolgtem Bruch vollständig innerhalb der Hülse befindet.

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10. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß der Bolzenkopf auf der Außenfläche der Wandung des Containers angeordnet ist.

11. Verbindungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (14) der Containerwand aus zusammenpreßbaren Material ausgebildet ist und daß der Hülsenkopf (22) derart ausgebildet ist, daß keine übermäßige Verformung dieser Wand entsteht.

12. Verbindungselement, bestehend aus einem Bolzen und einer Hülse, wobei das Verbindungselement mittels einer axial auf den Bolzen relativ zur Hülse ausgeübten Kraft fixierbar ist, dadurch ge kennze ichnet, daß der Bolzenschaft eine flache Bruchrille (200) enthält zur Verringerung der beim Bruch entstehenden Zurückfederung des Bolzens.

13· Verbindungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchbelastung der Bruchrille weniger als ca* 90 # seiner Grenzbelastung beträgt.

14. Verbindungselement nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchbelastung der Bruchrille weniger als ca. 80 # seiner Grenzbelastung beträgt.

15· Verbindungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchbelastung der Bruchrille ca. 75 % seiner Grenzbelastung beträgt.

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