DE202007019651U1

DE202007019651U1 - Hülsenbefestigungselement mit Presspassung für Verbundwerkstoffe

Info

Publication number: DE202007019651U1
Application number: DE202007019651.2U
Authority: DE
Original assignee: Alcoa Global Fasteners Inc
Current assignee: Arconic Global Fasteners and Rings Inc
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2014-12-02
Anticipated expiration: 2017-09-20
Also published as: US20160097418A1; CA2603635C; BRPI0703097A2; JP2008075876A; CA2603635A1; KR20080027210A; US20100278616A1; AU2007216793A1; KR100915180B1; JP5044344B2; ATE503935T1; BRPI0703097B1; ES2361197T5; EP1903221A2; CN101153623B; CN101153623A; JP2012189222A; MX2007011651A; WO2008036666A3; EP1903221B1

Abstract

Hülsenbefestigungselement mit Presspassung (10), welches ausgelegt ist, in zueinander ausgerichtete Bohrungen (125, 130) durch zwei oder mehrere Werkstücke (105, 110) installiert zu werden, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) folgendes aufweist: – ein Hülsenelement (20), welches an einem Ende einen vergrößerten Kopf (85) und einen rohrförmigen Bereich (80) aufweist, wobei der rohrförmige Bereich (80) einen Innendurchmesser (90) und einen Außendurchmesser (95) aufweist, wobei der Außendurchmesser (95) des rohrförmigen Bereiches (80) kleiner ist als ein Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) der Werkstücke (105, 110); und – ein Stiftelement (15), welches an einem Ende einen vergrößerten Stiftkopf (35, 37), an einem gegenüberliegenden Ende einen Verriegelungsbereich (50), und dazwischen einen glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufweist, wobei der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) unterhalb des vergrößerten Stiftkopfes (35, 37) angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, welcher größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Bereiches (80) des Hülsenelements (20) ist, wobei das Hülsenelement (20) ausgelegt ist, radial über den glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufgeweitet zu werden, um zwischen dem Außendurchmesser des Hülsenelements (20) und den zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) durch die zwei oder mehreren Werkstücke (105, 110) eine Presspassung auszubilden, um eine installierte Position des Hülsenbefestigungselements (10) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (15) ferner zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) einen Übergangsbereich (55) aufweist, wobei der Übergangsbereich (55) derart ausgebildet ist, dass sich der Radius zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) verringert, um die Installationskraft, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in dem Hülsenelement (20) zu installieren, zu minimieren.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Hülsenbefestigungselement mit Presspassung sowie ein Verfahren zum Befestigen von Werkstücken aus Verbundmaterial. In speziellen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Hülsenbefestigungselement, welches ein Stiftelement und ein vorgeformtes Hülsenelement aufweist, wobei das Hülsenelement bei Presspassung-Anwendungsfällen um das Stiftelement herum angeordnet sein kann.
2. Allgemeiner Hintergrund
In Flugzeugstrukturen finden immer mehr Graphitverbundmaterialien Anwendung. Neben anderen Vorteilen erhöht der Einsatz von Graphitverbundwerkstoffen die Festigkeit, Lebensdauer sowie die Traglast und reduziert Gewicht, sowie den Verbrauch von Treibstoff. Im Vergleich zu gewöhnlichen Strukturen aus Metall jedoch ergeben sich durch den Einsatz neuer Materialien neue Herausforderungen, welche in Bezug auf die Befestigungstechnologien zu überwinden sind.
Aus der Luft- und Raumfahrt bekannte Hülsenbefestigungselemente können bei Presspassungsbedingungen nicht sicher in Graphit oder gemischte Graphitverbundwerkstoff-Metall-Strukturen eingebracht werden. Gewöhnlich werden Hülsenbefestigungselemente mit einer Spielpassung verwendet um Bedenken gegenüber einer Schichtablösung von Verbundwerkstoffen und einem potentiellen Versagen der Strukturen, welche das Hülsenbefestigungselement in ihrer Anwendung unsicher machen, zu vermeiden. Als Folge hiervon werden Hülsenbefestigungselemente in Spielpassungen eingebracht, was zu einer Verringerung der dynamischen Verbindungseigenschaft, Lücken in der Struktur und weiteren strukturellen Problemen führt.
Die resultierende Lücke zwischen dem Schaftbereich des Hülsenbefestigungselements und der Bohrung verhindert einen gleichmäßigen Kontakt zwischen den strukturellen Komponenten. Folglich ergeben sich bedeutende Probleme bei der Ableitung von Strom/Energie bei Blitzeinschlägen sowie elektromagnetische Ströme. Derzeit greifen Flugzeughersteller auf aufwändige, teure und manchmal riskante alternative Verfahren zurück, um die Struktur ordnungsgemäß erden zu können. Beispielsweise können Kupfer oder gering leitfähige Streifen auf die Oberfläche der Werkstücke angebracht werden, um einen bevorzugten niederohmigen Strompfad bereitzustellen. Zusätzlich kann ein Klebefilm eingesetzt werden, welcher einen Trägerfilm aus leitfähigen Fasern aufweist, der ausgelegt ist, Starkstrom zwischen zwei Werkstücken zu leiten. Beide Verfahren sind jedoch sehr teuer und stellen keine kosteneffektive Möglichkeit dar, eine sichere Ableitung des Stromes zu gewährleisten.
Ferner ist es bei bekannten Hülsenbefestigungselementen nicht möglich, diese mit einer hinreichenden Menge an Dichtungsmitteln einzubringen, was bei den meisten Flugzeug-Strukturen vorausgesetzt wird. Sobald eine hinreichende Menge an Dichtungsmittel während der Installation verwendet wird, verringert sich der Reibungskoeffizient zwischen der Hülsenbefestigungselements-Anordnung und den Werkstücken, was sich hindernd auf das Montage-Potential auswirkt. Weiterhin besteht keine Möglichkeit, überschüssige Dichtungsmittel aus der Verbindung ausfließen zu lassen.
Ferner sind aus dem Stand der Technik bekannte und für Presspassung-Anwendungen vorgesehene Stiftelemente mit Fügehülse lediglich dazu geeignet, in Verbundmaterialien aus 100% Graphit eingesetzt zu werden. Darüber hinaus sind diese Hülsenbefestigungselemente auf Anwendungen mit kurzen Längen und kleinen Durchmessern beschränkt. Bekannte Hülsenbefestigungselemente können nicht in Verbundwerkstoff-Metall-Strukturen und den meisten 100%-igen Verbundwerkstoff-Strukturen installiert werden.
Des Weiteren sind herkömmliche Hülsenbefestigungselemente für Presspassungs-Anwendungen lediglich im Bereich von Scherbelastungen verfügbar. Die Manschetten, welche bei diesen Hülsenbefestigungselementen Anwendung finden, sind üblicherweise aus kommerziell verfügbarem reinem Titan und beginnen bei geringfügig erhöhten Temperaturen zu kriechen.
Aus diesem Grund ist es notwendig, ein Hülsenbefestigungselement anzugeben, welche für Presspassungs-Anwendungen geeignet ist, ohne dass die Gefahr einer potentiellen Schichtablösung bzw. eines strukturellen Versagens besteht.
Es besteht weiterhin Bedarf nach einem Hülsenbefestigungselement mit einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Die Verwendung eines Hülsenbefestigungselements in einer Vielzahl von Verbundwerkstoff-Metall-Strukturen wird benötigt.
Darüber hinaus werden Hülsenbefestigungselemente gebraucht, welche eine sichere Ableitung von durch Blitzschläge und/oder statische Elektrizität verursachtem Strom gewährleisten. Hülsenbefestigungselemente, welche einen gleichmäßigen Kontakt der Strukturelemente ermöglichen, werden die benötigte Ableitung ermöglichen und eine sicherere, kosteneffektivere Lösung für die Probleme mit elektrischen Strömen darstellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Hülsenbefestigungselement vorgeschlagen, welches ein Stiftelement aufweist. Das Stiftelement weist einen verlängerten glatten, zylindrischen Schaftbereich sowie einen vergrößerten Stiftkopf zum Ausbilden einer Presspassung mit dem Hülsenelement auf. In einigen Ausführungsformen ist ein Senkkopf oder Flachkopf vorgesehen zum Herstellen eine Verbindung mit einem erweiterten Ende der Hülse. Das Stiftelement weist weiterhin einen Verriegelungsbereich und einen Sollbruchbereich auf, welcher axial zu dem glatten, zylindrischen Schaftbereich ausgerichtet sind. Der Sollbruchbereich weist einen Ziehnutenbereich auf, welcher umlaufende Ziehnuten aufweist, die dazu ausgelegt sind, aufgegriffen zu werden zum Anwenden einer axial wirkenden Relativkraft, um das Stiftelement in das Hülsenelement zu ziehen. Das Stiftelement weist eine Bruchnut zwischen dem Verriegelungsbereich und dem Sollbruchbereich auf. Wenn das Hülsenbefestigungselement installiert wird, wird der Sollbruchbereich an der Bruchnut abgetrennt.
Das Stiftelement weist einen Übergangsbereich auf, welcher sich zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich und dem Verriegelungsbereich befindet und dazu ausgelegt und optimiert ist, die Installationskraft, welche zum Erreichen der hohen Presspassungs-Bedingungen während der Installation erforderlich ist, zu minimieren. In beispielhaften Ausführungsformen kann der Übergangsbereich konisch ausgeführt sein und einen Winkel von kleiner oder gleich 20° zum Stiftschaft aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform verringert sich der radiale Durchmesser des Stiftschaftes um 0,102 bis 0,127 mm (0.004 bis 0.005 inch) über eine Länge von 0,254 bis 0,737 mm (0.010 bis 0.029 inch) zwischen dem glatten Bereich und dem Verriegelungsbereich.
In weiteren Ausführungsformen weist das Hülsenbefestigungselement ferner ein Hülsenelement und eine Aufspanneinrichtung auf, um die Werkstücke aneinander zu befestigen. Die Aufspanneinrichtung kann als Manschettenelement, Mutterelement oder jegliches weitere Bauteil ausgebildet sein, welches dazu geeignet ist, die Werkstücke mit dem Stiftelement und dem Hülsenelement zu befestigen. Das Hülsenbefestigungselement wird in zueinander ausgerichteten Bohrungen installiert, welche sich in den beiden oder mehreren Werkstücken befinden. In einigen Ausführungsformen weist eines der Bohrungen durch die Werkstücke eine Ansenkung oder einen erweiterten Radius an seiner äußeren Öffnung auf.
Das Hülsenelement, welches dazu ausgebildet ist, über den glatten, zylindrischen Schaftbereich gesteckt zu werden, weist einen rohrförmige Bereich und ein vergrößerten Kopf zum Eingriff mit der Außenseite des Werkstückes auf. Bei einigen Ausführungsformen ist ein erweitertes Ende vorgesehen, um einen Eingriff mit dem angesenkten Bereich des Werkstückes auszubilden. Das Hülsenelement weist eine Länge auf, die größer ist als die maximale Gesamtdicke der Werkstücke, welche an der Stelle der zueinander ausgerichteten Bohrungen verbunden werden sollen. Der rohrförmige Bereich des Hülsenelement hat einen Innendurchmesser, welcher kleiner ist als der Durchmesser des glatten, zylindrischen Schaftbereichs, und einen Außendurchmesser, welcher derart bemessen ist, dass das Hülsenelement in die zueinander ausgerichteten Bohrungen installiert werden kann.
Gemäß einem Aspekt weist das Stiftelement einen glatten, zylindrischen Schaftbereich mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der maximale Innendurchmesser des Hülsenelements. Wenn der glatte, zylindrische Schaftbereich in das Hülsenelement eindringt und durch das Hülsenelement gezogen wird, wird das Hülsenelement in radialer Richtung aufgeweitet, wobei eine Presspassung mit den Wänden der Löcher in den Werkstücken ausgebildet wird.
Das rohrförmige Manschettenelement ist ausgebildet, über den Verriegelungsbereich des Stiftelements gesteckt zu werden, wobei das Manschettenelement eine Senkung, welche dazu ausgebildet ist, ein Spiel über das Hülsenelement bereitzustellen, sowie einen ringförmigen Flanschbereich an einem Ende, welcher dazu ausgebildet ist, mit der anderen Außenseite der Werkstücke einen Eingriff auszubilden, aufweist. Das Manschettenelement weist einen vergrößerten Senkabschnitt mit einem gleichmäßigen Außendurchmesser auf, der dazu ausgebildet ist, in den Verriegelungsbereich des Stiftes gepresst zu werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Mutterelement dazu ausgebildet, mit dem Verriegelungsbereich des Stiftelements zusammen zu passen, wobei das Mutterelement eine Senkung aufweist, welche ein Spiel des Mutterelements gegenüber des Hülsenelements ermöglicht, und wobei die Mutter einen ringförmige Flanschbereich an einem Ende aufweist zum Eingriff mit der anderen Außenseite der Werkstücke. Das Mutterelement weist einen Gewindebereich auf, welcher auf den Verriegelungsbereich des Stiftes geschraubt wird, um das Hülsenbefestigungselement an den Werkstücken zu befestigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Innenoberfläche des Hülsenelements eine Schmierung auf, um die Reibung, welche beim Eindringen des glatten, zylindrischen Schaftbereichs des Stiftes in das Hülsenelement auftritt, zu verringern. Die Oberfläche des Außendurchmessers des Hülsenelementsund/oder der Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Bohrungen weisen eine rauere Oberfläche auf. Bei speziellen Ausführungsformen ist der Reibungskoeffizient zwischen der Hülseninnenoberfläche und dem glatten, zylindrischen Schaftbereich des Stiftelements geringer als der Reibungskoeffizient zwischen der Hülsenaußenoberfläche und dem Innerdurchmesser der Bohrungen, was es ermöglicht, dass das Hülsenelement beim Einsetzen des glatten, zylindrischen Schaftbereichs des Stiftelements in radialer Richtung aufgeweitet wird, um in einer Presspassung vorzuliegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hülsenbefestigungselement vorgeschlagen, welche in Verbundwerkstoffe, Metall-Strukturen oder in Verbundwerkstoff-Metall Strukturen installiert werden kann. Beispielsweise könnte das offenbarte Hülsenbefestigungselement in Kohlenstoff-, Titan-, Aluminium-Verbundwerkstoffen oder ein Gemisch dieser Komponenten installiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden als Folge des Eingriffs des Hülsenbefestigungselements Lücken zwischen dem Hülsenbefestigungselement und den Strukturen verhindert, was folglich eine gute elektrische Leitfähigkeit zwischen den Bauteilen verleiht. Demzufolge wird die Gefahr des Auftretens elektrischer Funken reduziert, wodurch ein sichereres Hülsenbefestigungselement für den Einsatz bei Luft- und Raumfahrt Anwendungen bereitgestellt wird.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung weist das Hülsenbefestigungselement ein Eingriffsvermögen von 0.0127 mm bis 0.254 mm (0.0005 to 0.0100 inch), in Verbundwerkstoff und/oder metallischen Strukturen auf, ohne die Gefahr einer Schichtablösung oder Beschädigung des Verbundwerkstoffes.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Hülsenbefestigungselement ein Presspassung-Potential von etwa 1,575 bis etwa 3,556 mm (0.062 bis 0.140 inch) auf.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich in der folgenden Beschreibung sowie den beiliegenden Ansprüchen, in Verbindung mit den einhergehenden Zeichnungen, herausstellen.
ZEICHNUNGEN
Die zuvor genannten Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich und verstanden unter Verweis auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen folgendes gezeigt wird:
1 eine beispielhafte Ausführungsform des Hülsenbefestigungselements, wobei das Stiftelement und das Hülsenelement des Hülsenbefestigungselements gezeigt sind, und wobei das Stiftelement einen ausgeweiteten Senkkopf aufweist;
2 ein weiteres Beispiel des Hülsenbefestigungselements, wobei das Stiftelement und das Hülsenelement des Hülsenbefestigungselements gezeigt sind, und wobei das Stiftelement einen erweiterten überstehenden Flachkopf aufweist;
3 eine weitere Ausführungsform des Hülsenbefestigungselements, wobei das Stiftelement und das Hülsenelement des Hülsenbefestigungselements gezeigt sind, und wobei das Stiftelement einen längeren Verriegelungsbereich, keinen Sollbruchbereich sowie einen erweiterten Senkkopf aufweist;
4 eine weitere Ausführungsform des Hülsenbefestigungselements, wobei das Stiftelement und das Hülsenelement des Hülsenbefestigungselements gezeigt sind, und wobei das Stiftelement einen erweiterten Flachkopf aufweist;
5 eine Vielzahl von Werkstücken, welche zueinander ausgerichtete Bohrungen aufweisen zur Montage des Hülsenbefestigungselements und zum Fixieren der Werkstücke miteinander;
6 eine Vielzahl von Werkstücken, welche zueinander ausgerichtete Bohrungen aufweisen zur Montage des Hülsenbefestigungselements, um die Werkstücke miteinander zu verbinden, wobei der Außenbereich eines der Werkstücke eine Senkung aufweist;
7 das beispielhafte Hülsenbefestigungselement vor dem Durchschieben bzw. Durchziehen des Stiftes durch das Hülsenelement, wobei das Hülsenelement nicht auf die erwünschte Presspassung aufgeweitet und gedehnt ist;
8 das Hülsenbefestigungselement, nachdem das Stiftelement in Position geschoben bzw. gezogen wurde, wobei weiterhin das Manschettenelement, das über dem Stiftelement angeordnet ist, vor Stauchen dargestellt ist;
9 das Hülsenbefestigungselement mit dem gestauchten Manschettenelement auf dem Verriegelungsbereich des Stiftes, um das Hülsenbefestigungselement vor dem Entfernen des Schlussstückes zu befestigen;
10 das Hülsenbefestigungselement in einer eingerasteten, installierten Stellung, nach Entfernen des Schlussstückes.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Hülsenbefestigungselement zum Sichern einer Vielzahl von Werkstücken 105, 110 und ausgebildet, in zueinander ausgerichteten Bohrungen 125, 130 solcher Werkstücke 105, 110 zu sitzen, ist offenbart. In beispielhaften Ausführungsformen weist das Hülsenbefestigungselement 10 ein Stiftelement 15, ein Hülsenelement 20 und ein Manschettenelement 200 auf. In anderen Ausführungsformen kann das Hülsenbefestigungselement 10 eine Mutter anstelle eines Manschettenelements 200 aufweisen. Bei beispielhaften Ausführungsformen können die Werkstücke 105, 110 aus einer Vielzahl von Materialien, wie Verbundwerkstoffen, metallische oder Verbundwerkstoff-Metall Strukturen oder beliebigen Kombinationen daraus, bestehen. Bei speziellen Ausführungsformen können die Werkstücke 105, 110 aus Titan, Aluminium, Graphit-Verbundwerkstoffen oder beliebigen Kombination daraus gefertigt sein.
Eine Ausführungsform der Stiftelement-Hülsenelement-Anordnung 12 ist in den 1 und 2 dargestellt. Das Stiftelement 15 weist einen verlängerten Schaftbereich 40 auf, welcher an einem Ende 30 in einem vergrößerten Senkkopf 37 bzw. einem Flachkopf 35 endet. Der Schaftbereich 40 des Stiftes weist einen im Wesentlichen glatten, zylindrischen Schaftbereich 45, einen Verriegelungsbereich 50 sowie einen Sollbruchbereich 60 auf. Der glatte, zylindrische Schaftbereich erstreckt sich vom Kopf 35, 37 und ist dazu ausgebildet, von dem Hülsenelement 20 aufgenommen zu werden. Anschließend an den im Wesentlichen glatten, zylindrischen Schaftbereich 45 befindet sich ein Verriegelungsbereich 50. Der Verriegelungsbereich 50 weist ein im Wesentlichen gleichmäßiges Gewinde über seinen gesamten Umfang auf. Ein konischer Übergangsbereich 55 verbindet den Verriegelungsbereich 50 nahtlos mit dem glatten, zylindrischen Schaftbereich 45.
Der Sollbruchbereich 60 des Stiftelements 15 erstreckt sich vom Verriegelungsbereich 50. Der Sollbruchbereich 60 weist einen zylindrischen Abquetschrand 70 und einen Ziehnutenbereich 75 mit umlaufenden Bruchnuten 65 auf. Eine Bruchnut 65, schließt sich an den Verriegelungsbereich 50 an und stellt die schwächste Stelle des Hülsenbefestigungselements 10 dar.
Bei einigen Ausführungsformen weisen der Verriegelungsbereich 50, die Bruchnuten 65, der geradlinige Abquetschrand 70 und der Ziehnutenbereich einen maximalen Durchmesser auf, welcher geringer ist als der Durchmesser des glatten, zylindrischen Schaftbereichs 45, wobei der Bereich des geradlinigen Abquetschrands 70 einen Durchmesser aufweist, welcher geringer ist als der des Verriegelungsbereichs 50 und des Ziehnutenbereichs 75.
Bei dieser Ausführungsform weist das Hülsenelement 20 einen im wesentlichen gleichmäßigen rohrförmigen Bereich 80 auf, welcher in einen vergrößerten, flanschförmigen Kopf 85 endet, um den Senkkopf 37 bzw. den Flachkopf 35 des Stiftelements 15 aufzunehmen. Das Hülsenelement 20 weist einen Innendurchmesser auf, der größer als der Verriegelungsbereich 50 und der Sollbruchbereich 60 des Stiftelements 15, jedoch kleiner als der Durchmesser des glatten, zylindrischen Schaftbereichs 45 ist.
Der Innendurchmesser des Hülsenelements 20 weist eine reibungsarme Beschichtung auf seiner Oberfläche 90 auf, um die Bewegung des Stiftelements 15 während der Installation in das Hülsenelement 20 hinein zu erleichtern. Bei einer Ausführungsform weist das Hülsenelement eine reibungsarme Beschichtung auf, um den Widerstand zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich 45 des Stiftelements 15 und der Oberfläche des Innendurchmessers 90 des rohrförmigen Bereichs 80 zu unterdrücken. Die reibungsarme Beschichtung auf dem Innendurchmesser des Hülsenelements 20 ermöglicht es, dass das Stiftelement 15 einfacher durch das Hülsenelement 20 gleitet, da der Reibungswiderstand verringert ist.
Zusätzlich ermöglicht die Beschichtung auf der Oberfläche des Innendurchmessers 90 die Installation des Hülsenbefestigungselements 10 für den Fall, wenn das Hülsenbefestigungselement 10 mit einer minimalen, mittleren oder großen Menge an Dichtungsmitteln auf dem Hülsenbefestigungselement 10 sowie in der eingebauten Verbindung montiert wird.
Eine weitere Ausführungsform des Hülsenbefestigungselements 10 ist in den 3 und 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist das Stiftelement 15 einen verlängerten Schaftbereich 40 auf, welcher an einem Ende 30 mit einem vergrößerten Kopfbereich 35, 37 aufhört. Diese Ausführungsform kann außerdem einen Flachkopf 37 aufweisen, wie dies in 2 gezeigt ist. Der Schaftbereich 40 des Stiftes weist einen im Wesentlichen glatten, zylindrischen Schaftbereich 45 und einen Verriegelungsbereich 50, jedoch keinen Sollbruchbereich auf. Der glatte zylindrische Schaftbereich 45 erstreckt sich von dem Kopfbereich 35, 37 und ist ausgebildet, von dem Hülsenelement 20 aufgenommen zu werden. Anschließend an den im Wesentlichen glatten, zylindrischen Schaftbereich 45 befindet sich ein Verriegelungsbereich 50. Der Verriegelungsbereich 50 weist ein im Wesentlichen über die gesamte Länge gleichmäßiges Gewinde auf. Ein konischer Übergangsbereich 55 verbindet den Verriegelungsbereich 50 glatt mit dem glatten zylindrischen Schaftbereich 45.
Die Werkstücke 105, 110, welche zueinander ausgerichtete Bohrungen 125, 130 aufweisen, sind in den 5 und 6 dargestellt. Das Hülsenbefestigungselement 10 erstreckt sich durch die zueinander ausgerichteten Bohrungen 125, 130, um die Werkstücke 105, 110 zu fixieren. Die Außenseite der Werkstücke 115 nimmt den vergrößerten Kopf des Hülsenelements auf. Wie aus der in 6 dargestellten Ausführungsform deutlich wird, endet die Öffnung des äußeren Werkstücks 105 in einer Ansenkung 120 auf der Außenseite 115 oder führt in einen Rundbereich, welcher derart geformt ist, um den vergrößerten Flansch 85 das Hülsenelement 20 aufzunehmen.
Bevor das Stiftelement 15 in das Hülsenelement 20 gedrückt bzw. gezogen wird, ist der Außendurchmesser des rohrförmigen Bereichs 80 des Hülsenelements kleiner als der Durchmesser der Bohrungen, welche in den Werkstücken 105, 110 vorgesehen sind. Demnach liegt zwischen dem Außendurchmesser des Hülsenelements und dem Innendurchmesser der Bohrungen ein Abstand vor, wie dies in 7 gezeigt ist. Der Außendurchmesser des rohrförmigen Bereichs 80 des im nicht-aufgeweiteten Zustand vorliegenden Hülsenelements und der Durchmesser der Bohrungen bilden eine gleitende Passform, wenn der rohrförmige Bereich 80 des Hülsenelements in den Bohrungen gesetzt wird.
Wenn während des Installierens das Stiftelement 15 durch das Hülsenelement geschoben bzw. gezogen wird, wird das Hülsenelement radial bis zu einer gewünschten Presspassung mit den Wänden der Bohrungen 125, 130 durch die Werkstücke 105, 110 aufgeweitet, wie in 8 dargestellt ist. Auf diese Weise schirmt das Hülsenelement 20 die Oberfläche der Durchgangsbohrungen vom Schaftbereich des Stiftelements ab und folglich wird eine Schichtablösung an der Vielzahl von Werkstücken verhindert, wenn das Stiftelement durch das Hülsenelement 20 geschoben bzw. gezogen wird.
Der konische Übergangsbereich 55 ist derart gestaltet und optimiert, dass die Kraft zum Einbau, welche zum Erreichen der hohen Presspassungsbedingungen, die aus der Installation des Stiftelements 15 in das Hülsenelement 20 resultieren, benötigt wird, minimiert wird. Der Übergangsbereich 55 weist einen flachen Einführwinkel auf, welcher die benötigte Installationskraft reduziert. Da weniger Kraftaufwand benötigt wird, um das Hülsenbefestigungselement in den Presspassungszustand zu überführen, ermöglicht das Hülsenbefestigungselement eine weitaus längere Haftlänge, während die Steckung des Hülsenelements sowie vorzeitiges Versagen vermindert werden.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform kann der Übergangsbereich 55 abgeschrägt verlaufen und einen Winkel von kleiner gleich 20 Grad vom Stiftschaft aufweisen, wobei sich der Durchmesser radial vom glatten Schaftbereich zum Verriegelungsbereich verringert. In der dargestellten Ausführungsform ist der Durchmesser des Übergangsbereichs konisch verlaufend und verringert sich in gleichmäßiger Weise. Der Übergangsbereich kann jedoch jede beliebe Form aufweisen, solange sich der Radius des Stiftschafts verringert. Beispielsweise könnte der Übergangsbereich ein leichter Abfall des Radius in Form einer konvexen Kurve, einer konkaven Kurve, einer S-Kurve oder jeder anderen Form sein, was eine Verringerung des Radius zwischen dem glatten Schaftbereich und dem Verriegelungsbereich des Stiftes ermöglicht. In diesen Ausführungsformen verringert der Übergangsbereich 55 den Radius des Stiftschafts zwischen 0,102 und 0,127 mm (0.004 und 0.005 inch) auf einer Strecke von 0,254 bis 0,737 mm (0.010 bis 0.0290 inch). Bei beispielhaften Ausführungsformen wird das Hülsenelement radial zwischen 0,076 und 0,305 mm (0.003 und 0.012 inch) aufgeweitet, während das Befestigungselement installiert wird. Nach einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Eingriff des Hülsenbefestigungselements mit den Werkstücken 105, 110 etwa 0,011 bis 0,254 mm (0.005 bis 0.0100 inch).
Als Folge auf den Eingriff des offenbarten Hülsenbefestigungselements, werden Lücken zwischen dem Hülsenbefestigungselement 10 und den Werkstück-Strukturen vermieden. Demnach ergibt sich eine gute elektrische Leitfähigkeit zwischen den Komponenten. Das Risiko der Entstehung elektrischer Funken ist verringert, was das Hülsenbefestigungselement 10 sicherer für den Einsatz in Luft- und Raumfahrt-Anwendungen macht.
Bei beispielhaften Ausführungsformen ist die Oberfläche des Außendurchmessers des Hülsenelements 20 und/oder der Innendurchmesser der Löcher 125, 130 rauer oder gröber. Durch das Vorsehen rauerer Oberflächen in diesen beiden Bereichen erhöht sich der Reibungskoeffizient zwischen der Außenseite 95 des Hülsenelements 20 und der Oberfläche des Innendurchmessers 135 der Löcher 125, 130. Im Wesentlichen muss der Reibungskoeffizient und/oder die Kraft, die notwendig ist, um das Stiftelement 15 in das Hülsenelement 20 zu schieben bzw. drücken, kleiner sein als der Reibungskoeffizient und/oder der Widerstand zwischen der Oberfläche des Außendurchmessers 95 des Hülsenelements 20 und der Oberfläche des Innendurchmessers 135 der Löcher, um die radiale Aufweitung des rohrförmigen Bereichs 80 des Hülsenelements 20 zu erleichtern. Ohne den unterschiedlichen Reibungskoeffizienten könnte das Hülsenelement 20 vor der Installation in die Löcher gezogen werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen wird die exzessive Streckung des Hülsenelements 20 während der Installation durch eine rauere Außenseite des Hülsenelements und/oder der Innenseite der Löcher in Kombination mit der Schmierung auf der Innenseite 90 des Hülsenelements verhindert. Der Reibungskoeffizient zwischen der Außenseite 95 des Hülsenelements 20 und der Innenseite 135 der Bohrungen ist größer als der Reibungskoeffizient zwischen der Innenseite des Hülsenelements und dem glatten zylindrischen Schaft des Stiftelements. Folglich wird das Hülsenelement 20 radial in die Presspassungs-Stellung aufgeweitet, und die Streckung des Hülsenelements 20 wird vermindert.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist es möglich, die Streckung des Hülsenelements durch den Unterschied im Reibungskoeffizienten auf weniger als 1,27 mm (0.050 inch) zu reduzieren. Darüber hinaus erlauben die Eigenschaften der Oberflächen des Hülsenelements 20 den Einsatz von Dichtungsmitteln in der Fuge und auf dem Hülsenbefestigungselement 10.
Bei beispielhaften Ausführungsformen ist die optimale Geometrie des angewinkelten Übergangsbereichs 55 des Stiftelements 15 ausgebildet, um die Installationskraft, welche zum Installieren des Hülsenbefestigungselements 10 in die Eingriffsbedingungen von bis zu 0,254 mm (0.010 inch) nötig ist, zu minimieren. Die gestaltete Geometrie ermöglicht es, dass die Kraft, die beim Einführen des Stiftelements angewandt wird, senkrecht zum angewinkelten Übergangsbereich 55 anstatt parallel zur Einführrichtung – wie es bei herkömmlichen Übergangsgeometrien mit abgerundeten Kanten der Fall war – angewandt wird. Es wird eine geringere Kraft benötigt, um das Stiftelement 15 einzuführen. Aufgrund des geringeren benötigten Kraftaufwands kann das Hülsenbefestigungselement 10 bei einer größeren Vielfalt an Werkstücken, wie Metallen, Verbundwerkstoffen und Metall-Verbundwerkstoff Strukturen, zum Einsatz kommen.
Die Übergangsgeometrie, d. h. der abgeschrägte Übergangsbereich 55 an dem Stiftelement 15 ist darüber hinaus wichtig, da sie eine Funktionalität mit viel längeren Haftlängen, ohne eine exzessive Streckung des Hülsenelements 20 und/oder frühzeitiges Versagen derselben, ermöglicht.
Um die Werkstücke vollständig aneinander zu befestigen, wird ein Arretierungsmittel verwendet. Das Arretierungsmittel könnte entweder das Mutterelement 250 mit Gewinde, wie es in 3 dargestellt ist, oder ein Manschettenelement 200, wie sie in 8 dargestellt sind, sein. Es könnten auch anderweitige Arretierungsmittel zum Einsatz kommen, um die Werkstücke relativ zueinander zu fixieren.
Bei einer Ausführungsform wird eine symmetrisch geformte, rohrförmige Manschette 200 aus einem bestimmten Material über die eingebrachte Stiftelement-Hülsenelement-Anordnung 12 gelegt, wie dies in 8 dargestellt ist. Sobald die Werkstücke 105, 110 aneinander befestigt sind, wird sich die Manschette in radialer Ausrichtung an den Verriegelungsbereich des Stiftelements 15 anpassen. Die Manschette 200 weist einen Senkabschnitt 215 auf, welcher dazu ausgebildet ist, über dem Stiftschaft zu liegen, sowie eine Durchgangsbohrung 210 auf, deren Innendurchmesser derart gewählt ist, dass ein Spiel für die Ziehnuten 75 und den Verriegelungsbereich 50 des Stifts 15 bereitgestellt wird. Die Geometrie der Manschette weist einen ausgeglichenen Umfang auf. Insbesondere weist die Manschette 200 eine gleichmäßige und symmetrisch geformte Wanddicke auf, um die Manschette 200 in den Verriegelungsbereich 50 einzupressen und die gewünschte Arretierungswirkung zu erreichen.
Wie es in 3 dargestellt ist, kommt bei einer weiteren Ausführungsform des Hülsenbefestigungselements 10 ein Mutterelement 250 zum Einsatz, um die Werkstücke aneinander zu befestigen. Das Mutterelement weist einen Gewindebereich 255 auf zum Eingriff mit dem Verriegelungsbereich 50 des Stiftelements 15.
Die Manschette 200 und das Mutterelement 250 weisen einen Senkabschnitt 215 an einem Ende auf, welcher es der Manschette 200 bzw. dem Mutterelement 250 ermöglicht, das Hülsenelement 20 frei zu machen. Aus diesem Grund weist der Senkabschnitt 215 einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Hülsenelements 20 auf. Folglich weist das installierte Hülsenbefestigungselement 10 ein verringertes Gewicht sowie eine verringerte Höhe auf. Dies macht das Hülsenbefestigungselement 10 zu einer sehr viel kosteneffektiveren Lösung als herkömmliche Hülsenbefestigungselemente.
Die Manschette 200 und das Mutterelement 250 weisen außerdem einen ausgeweiteten Flansch 220 an einem Ende auf. Der Flansch 220, welcher sich im Eingriff mit der Außenseite 140 der Vielzahl von Werkstücken befindet, ist derart ausgebildet, dass er eine vorherbestimmten Pressbereich aufweist, um die Lasten der Installation und des Arretierungsvorganges auf der Außenseite 140 der Werkstücke 105, 110 zu verteilen. Sollten die Werkstücke 105, 110 wenigstens einen Verbundwerkstoff aufweisen, so wird der Pressbereich des Flansches 220 derart gewählt, dass er ausreicht, um einer örtlichen Schichtablösung bzw. einem Zerdrücken des Verbundwerkstoffes an der Außenseite der Werkstücke 105, 110 zu widerstehen.
Die Manschette 200 des Hülsenbefestigungselements 10 wird auf den Verriegelungsbereich 50 des Stiftelements 15 gepresst, wie dies in 9 gezeigt ist. Bei manchen Ausführungsformen ist die optimierte Manschettengeometrie mit der existierenden Gewindeform und dem Installationswerkzeug abgeglichen, um das Einpressen der Manschette in den Verriegelungsbereich 50 zu ermöglichen. Die Manschette 200 kann bis etwa 40% bis 60% der Tiefe des Gewindes 50 eingepresst werden, während die Kontrolle über das Material der Manschette erhalten bleibt und eine konsistent hohe Pressspannung erreicht wird.
Eine konsistent hohe Pressspannung des Hülsenbefestigungselements 10 erhöht die dynamische Verbindungsleistung sowie die Lebensdauer der Flugzeugstruktur erheblich. Gemäß manchen Ausführungsformen beläuft sich die Pressspannung im Mittel auf etwa 50% bis 96% der minimalen Zugfestigkeit des installieren Hülsenbefestigungselements 10. Nach weiteren beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Pressspannung im Mittel etwa 78% der minimalen Zugkraft. Typische Hülsenbefestigungselemente weisen lediglich eine mittlere Pressspannung von etwa 50% der minimalen Zugkraft auf.
Darüber hinaus ermöglicht die kontrollierte teilweise Befüllung des Gewindebereichs 50 des Stiftelements 15 einen maßgeblichen und gleichmäßigen Ausfluss von Dichtungsmitteln während der Installation. Die mechanische Leistungsfähigkeit des Hülsenbefestigungselements 10 wird durch diesen Ausfluss von Dichtungsmitteln nicht gemindert.
Die kontrollierte gepresste Befüllung von Seiten der Manschette stellt ebenfalls eine Verbesserung im Vergleich mit bekannten Befestigungsmitteln dar. In typischen Einsatzfällen besteht eine inhärente Lücke zwischen den internen und externen Gewinden des Stiftelements und der Manschette bzw. Mutter. Darüber hinaus weisen die drucklose Seite des Befestigungselements und die Senkungen der Manschette bzw. Mutter Lücken zwischen den Komponenten auf. Das hier offenbarte Hülsenbefestigungselement 10 erzeugt einen vollständigen Kontakt auf beiden Seiten des Gewindebereichs 50 des Stiftes 15, wodurch Lücken verhindert werden. Demzufolge weist das Hülsenbefestigungselement 10 eine bessere Leitfähigkeit auf und gibt, zusätzlich zu einer verbesserten Treibstoff-Dichtigkeit, ein sichereres Hülsenbefestigungselement 10 für Luft- und Raumfahrtbedingungen an.
Während die Manschette 200 gepresst wird, wird sie über den Endbereich des Hülsenelements 20 gepresst. Folglich wird das Hülsenelement über dem abgewinkelten Übergangsbereich 55 des Stifts 15 zusammengedrückt. Demzufolge können das Hülsenelement 20 und das Stiftelement 15 bei Bedarf anschließend in einem Stück entfernt werden. Dies verbessert die Effizienz und Verarbeitbarkeit des Befestigungselements 10 bei der Installation bzw. dem Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen, während außerdem die Leitfähigkeit verbessert wird.
Eine beispielhafte Realisierung des installierten Hülsenbefestigungselements 10 ist in 9 gezeigt. Das Hülsenbefestigungselement 10, welche ein Stiftelement mit einem Schaft vorherbestimmter Länge aufweist, kann gewählt werden, um die Vielzahl von Werkstücken 105, 110 zu fixieren, wobei das Hülsenbefestigungselement 10 einen Haltebereich aufweist, der in der Gesamtdicke ausgehend von einer Minimum bis zu einem Maximum der Gesamtdicke variiert. Da es erstrebenswert ist, die gesamte Eingriffslänge von dem Hülsenelement 20 umfassen zu lassen, weist das Hülsenelement 20 eine vorbestimmte Länge auf, die nicht kleiner ist als die maximale Gesamtweite der Vielzahl an Werkstücken 105, 110.
Bei speziellen Ausführungsformen der offenbarten Erfindung werden minimal 110% der mechanischen Leistungsfähigkeit durch ein funktionelles Haltevermögen von etwa 3,454 mm (0.136 inch) erreicht. Typische Hülsenbefestigungselemente weisen lediglich ein funktionelles Haltevermögen von etwa 1,575 mm (0.062 inch) auf. Da das Hülsenbefestigungselement 10 ein längeres funktionelles Haftvermögen aufweist, ist es möglich, eine große Vielseitigkeit zu erreichen um in verschiedenen Anwendungen einsetzbar zu sein.
Um das Hülsenbefestigungselement 10 zu installieren, wird das Hülsenelement auf das Stiftelement gesetzt, wie dies in 1 dargestellt ist. Das Hülsenelement 20 und das Stiftelement 15 werden anschließend derart in den zueinander ausgerichteten Bohrungen der Werkstücke 105, 110 eingebracht, dass ein ausreichendes Stück des Sollbruchbereichs des Stiftelements 15 über die Außenseite der Vielzahl an Werkstücken 105, 110 hinausragt, so dass das Werkzeug die Ziehnuten 75 des Stiftelements 15 greifen kann, um ein Einziehen zu ermöglichen.
Während das Stiftelement 15 von dem Werkzeug gezogen wird, wird der glatte, zylindrische Schaftbereich 45 des Stiftelements 15 in das Hülsenelement 20 gezogen, was bewirkt, dass das Hülsenelement 20 radial nach Außen aufgeweitet wird. Das Ausmaß dieser Aufweitung ist eine Funktion der Reibung und der Kraft, welche zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich 45 und der Oberfläche des Innendurchmessers 90 des Hülsenelements benötigt wird, sowie der Reibung und Kraft, welche zwischen dem Außendurchmesser 95 des Hülsenelements und dem Innendurchmesser der Bohrungen 135 in der Vielzahl von Werkstücken 105, 110 benötigt wird.
Anschließend wird die Manschette 200 auf das Stiftelement 15 und das Hülsenelement 20 gesetzt, so dass der Flanschbereich 220 gegen die Oberfläche der Werkstücke 140 ausgerichtet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Press-Werkzeug eingesetzt, um die Manschette 200 auf den Verriegelungsbereich 50 des Stiftelements zu pressen, was das Hülsenbefestigungselement 10 in ihrer Lage fixiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Hülsenelement zum Installieren des Hülsenbefestigungselements 10 in einer Weise über das Stiftelement gesetzt, wie sie in 3 dargestellt ist. Das Hülsenelement 20 und das Stiftelement 15 werden sodann in den zueinander ausgerichteten Bohrungen der Werkstücke 105, 110 platziert. Das Stiftelement 15 wird derart in das Hülsenelement geschoben, dass ein ausreichendes Stück des Gewindebereichs des Stiftes 15 über die Außenseite der Vielzahl an Werkstücken 105, 110 hinausragt, so das sich der Gewindebereich der Mutter 250 mit dem Verriegelungsbereich 50 des Stifts 15 zusammenfügen kann. Die Mutter 250 wird anschließend installiert und festgezogen, um die Installation abzuschließen.
Demzufolge ist ein einzigartiges Hülsenbefestigungselement 10 offenbart, welches eine Presspassung innerhalb von Verbundwerkstoff, Metall und Verbundwerkstoff-Metall Strukturen bereitstellt. Das Hülsenbefestigungselement 10 stellt ein verbessertes dynamisches Verbindungsvermögen als Folge eines besseren Eingriffs des Hülsenbefestigungselements 10 und eine höhere Pressspannung bereit. Die Geometrie der verschiedenen Komponenten ermöglicht die Presspassungsbedingungen, während eine Schichtablösung und mögliches Versagen der Strukturen verhindert werden. Die Presspassung verhindert Lücken zwischen dem Hülsenbefestigungselement 10 und der Struktur, was zu einer guten elektrischen Leitfähigkeit und zu einer Verringerung potentieller elektrische Funken führt und damit die Sicherheit der Struktur erhöht.
Obwohl die obige Beschreibung der Erfindung viele Konkretisierungen enthält, sollten diese nicht als den Umfang der Offenbarung einschränkend betrachten werden. Vielmehr sollten diese als eine Demonstration verschiedener Ausführungsformen betrachtet werden. Das Hülsenbefestigungselement und Verwendungsmöglichkeiten, welche hierin offenbart sind, schließen jede Kombination der verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen mit ein. Demzufolge ist es nicht beabsichtigt, dass der Offenbarungsgehalt in irgendeiner Weise durch die obengenannte Beschreibung begrenzt wird. Die verschiedenen Elemente der Ansprüche und die Ansprüche selbst können in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung, welche die Ansprüche selbst umfasst, in beliebe Zusammenstellungen kombiniert werden.

Claims

Hülsenbefestigungselement mit Presspassung (10), welches ausgelegt ist, in zueinander ausgerichtete Bohrungen (125, 130) durch zwei oder mehrere Werkstücke (105, 110) installiert zu werden, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) folgendes aufweist: – ein Hülsenelement (20), welches an einem Ende einen vergrößerten Kopf (85) und einen rohrförmigen Bereich (80) aufweist, wobei der rohrförmige Bereich (80) einen Innendurchmesser (90) und einen Außendurchmesser (95) aufweist, wobei der Außendurchmesser (95) des rohrförmigen Bereiches (80) kleiner ist als ein Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) der Werkstücke (105, 110); und – ein Stiftelement (15), welches an einem Ende einen vergrößerten Stiftkopf (35, 37), an einem gegenüberliegenden Ende einen Verriegelungsbereich (50), und dazwischen einen glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufweist, wobei der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) unterhalb des vergrößerten Stiftkopfes (35, 37) angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, welcher größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Bereiches (80) des Hülsenelements (20) ist, wobei das Hülsenelement (20) ausgelegt ist, radial über den glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufgeweitet zu werden, um zwischen dem Außendurchmesser des Hülsenelements (20) und den zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) durch die zwei oder mehreren Werkstücke (105, 110) eine Presspassung auszubilden, um eine installierte Position des Hülsenbefestigungselements (10) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (15) ferner zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) einen Übergangsbereich (55) aufweist, wobei der Übergangsbereich (55) derart ausgebildet ist, dass sich der Radius zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) verringert, um die Installationskraft, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in dem Hülsenelement (20) zu installieren, zu minimieren.
Hülsenbefestigungselement mit Presspassung (10), welches ausgelegt ist, in zueinander ausgerichtete Bohrungen (125, 130) durch zwei oder mehrere Werkstücke (105, 110) installiert zu werden, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) folgendes aufweist: – ein Hülsenelement (20), welches an einem Ende einen vergrößerten Kopf (85) und einen rohrförmigen Bereich (80) aufweist, wobei der rohrförmige Bereich (80) einen Innendurchmesser (90) und einen Außendurchmesser (95) aufweist, wobei der Außendurchmesser (95) des rohrförmigen Bereiches (80) kleiner ist als ein Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) der Werkstücke (105, 110); und – ein Stiftelement (15), welches an einem Ende einen vergrößerten Stiftkopf (35, 37), an einem gegenüberliegenden Ende einen Verriegelungsbereich (50), und dazwischen einen glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufweist, wobei der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) unterhalb des vergrößerten Stiftkopfes (35, 37) angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, welcher größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Bereiches (80) des Hülsenelements (20) ist, wobei das Hülsenelement (20) ausgelegt ist, radial über den glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufgeweitet zu werden, um zwischen dem Außendurchmesser des Hülsenelements (20) und den zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) durch die zwei oder mehreren Werkstücke (105, 110) eine Presspassung auszubilden, um eine installierte Position des Hülsenbefestigungselements (10) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (15) ferner zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) einen Übergangsbereich (55) aufweist, wobei der Übergangsbereich (55) derart ausgebildet ist, dass sich der Radius zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) verringert, um die Installationskraft, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in dem Hülsenelement (20) zu installieren, zu minimieren, wobei der Übergangsbereich (55) konisch ausgebildet ist und gegenüber dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) einen Winkel von weniger als oder gleich 20° einschließt, wenn der Durchmesser radial von dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) zu dem Verriegelungsbereich (50) abnimmt.
Hülsenbefestigungselement mit Presspassung (10), welches ausgelegt ist, in zueinander ausgerichtete Bohrungen (125, 130) durch zwei oder mehrere Werkstücke (105, 110) installiert zu werden, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) folgendes aufweist: – ein Hülsenelement (20), welches an einem Ende einen vergrößerten Kopf (85) und einen rohrförmigen Bereich (80) aufweist, wobei der rohrförmige Bereich (80) einen Innendurchmesser (90) und einen Außendurchmesser (95) aufweist, wobei der Außendurchmesser (95) des rohrförmigen Bereiches (80) kleiner ist als ein Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) der Werkstücke (105, 110); und – ein Stiftelement (15), welches an einem Ende einen vergrößerten Stiftkopf (35, 37), an einem gegenüberliegenden Ende einen Verriegelungsbereich (50), und dazwischen einen glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufweist, wobei der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) unterhalb des vergrößerten Stiftkopfes (35, 37) angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, welcher größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Bereiches (80) des Hülsenelements (20) ist, wobei das Hülsenelement (20) ausgelegt ist, radial über den glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufgeweitet zu werden, um zwischen dem Außendurchmesser des Hülsenelements (20) und den zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) durch die zwei oder mehreren Werkstücke (105, 110) eine Presspassung auszubilden, um eine installierte Position des Hülsenbefestigungselements (10) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (15) ferner zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) einen Übergangsbereich (55) aufweist, wobei der Übergangsbereich (55) derart ausgebildet ist, dass sich der Radius zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) verringert, um die Installationskraft, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in dem Hülsenelement (20) zu installieren, zu minimieren, wobei der Durchmesser des Übergangsbereichs verjüngend ausgebildet ist und gleichmäßig abnimmt, um so den Radius zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) zu verringern, um die Installationskraft zu minimieren, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in das Hülsenelement (20) zu installieren.
Hülsenbefestigungselement mit Presspassung (10), welches ausgelegt ist, in zueinander ausgerichtete Bohrungen (125, 130) durch zwei oder mehrere Werkstücke (105, 110) installiert zu werden, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) folgendes aufweist: – ein Hülsenelement (20), welches an einem Ende einen vergrößerten Kopf (85) und einen rohrförmigen Bereich (80) aufweist, wobei der rohrförmige Bereich (80) aufweist, wobei der rohrförmige Bereich (80) einen Innendurchmesser (90) und einen Außendurchmesser (95) aufweist, wobei der Außendurchmesser (95) des rohrförmigen Bereiches (80) kleiner ist als ein Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) der Werkstücke (105, 110); und – ein Stiftelement (15), welches an einem Ende einen vergrößerten Stiftkopf (35, 37), an einem gegenüberliegenden Ende einen Verriegelungsbereich (50), und dazwischen einen glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufweist, wobei der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) unterhalb des vergrößerten Stiftkopfes (35, 37) angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, welcher größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Bereiches (80) des Hülsenelements (20) ist, wobei das Hülsenelement (20) ausgelegt ist, radial über den glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) aufgeweitet zu werden, um zwischen dem Außendurchmesser des Hülsenelements (20) und den zueinander ausgerichteten Bohrungen (125, 130) durch die zwei oder mehreren Werkstücke (105, 110) eine Presspassung auszubilden, um eine installierte Position des Hülsenbefestigungselements (10) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (15) ferner zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) einen Übergangsbereich (55) aufweist, wobei der Übergangsbereich (55) derart ausgebildet ist, dass sich der Radius zwischen dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) verringert, um die Installationskraft, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in dem Hülsenelement (20) zu installieren, zu minimieren, wobei der Übergangsbereich (55) einen leicht abfallenden Radius aufweist, um so den Radius zwischen den glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) und dem Verriegelungsbereich (50) des Stiftelements (15) zu verringern, um die Installationskraft zu minimieren, die erforderlich ist, um das Stiftelement (15) in das Hülsenelement (20) zu installieren.
Befestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reibungskoeffizient zwischen der Innenoberfläche des Hülsenelements (20) und dem glatten, zylindrischen Schaftbereich (45) geringer ist als der Reibungskoeffizient zwischen der Außenoberfläche des Hülsenelements (20) und der Innenfläche der Bohrungen (125, 130), um die Streckung des Hülsenelements (20) zu reduzieren, was es gestattet, dass der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) das Hülsenelement (20) um 0,0127 mm (0.0005 inch) bis 0,254 mm (0.0100 inch) in eine Presspassung mit den Werkstücken aufzuweiten.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) ferner ein rohrförmiges Arretierelement (200) aufweist, welches ausgelegt ist, über den Verriegelungsbereich zu passen, wobei das Arretierelement (200) folgendes aufweist: an einem Ende einen kreisförmigen Flanschbereich; einen Manschetten-Schaftbereich, welcher ausgelegt ist, in den Verriegelungsbereich des Stiftelements verpresst zu werden; und einen vergrößerten Senkabschnitt zwischen dem Flanschbereich und dem Manschetten-Schaftbereich, wobei der Senkabschnitt einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des Hülsenelements (20) ist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach Anspruch 6, wobei das Stiftelement (15) einen Sollbruchbereich mit umlaufenden Ziehnuten sowie eine Bruchnut zwischen dem Verrieglungsbereich und dem Sollbruchbereich aufweist, wobei die Bruchnut der schwächste Bereich des Stiftelements (15) ist und ausgebildet ist, bei einer bestimmten Last zu brechen.
Hülsenbefestigungselement (10) nach Anspruch 7, wobei der Sollbruchbereich von dem Schaftbereich (45) des Stiftelements bei der Bruchnut getrennt werden kann, nachdem das Manschettenelement (200) über den Verriegelungsbereich verpresst wurde.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches ferner ein rohrförmiges Mutterelement (250) mit einem ringförmigen Flanschbereich an einem Ende, einen mit einem Gewinde versehenen Mutterbereich, welcher ausgelegt ist, auf den Verriegelungsbereich des Stiftelements zu passen, und einen vergrößerten Senkabschnitt mit einem Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Hülsenelements (20) ist, aufweist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Presspassung des Hülsenbefestigungselements (10) mit der Vielzahl der Werkstücke nach der Installation etwa 0,0127 mm (0.0005 inch) bis etwa 0,254 mm (0.0100 inch) beträgt.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Innenoberfläche des Hülsenelements (20) mit einer reibungsarmen Beschichtung beschichtet ist, um die Reibung zu verringern, wenn der glatte, zylindrische Schaftbereich (45) des Stiftelements in das Hülsenelement (20) eindringt.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) eine hohe Klemm-Vorspannung von etwa 50% bis 96% der niedrigsten Zugfestigkeit, die für das installierte Hülsenbefestigungselement (10) erforderlich ist, aufweist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) eine mittlere Vorspannung von etwa 78% der niedrigsten Zugfestigkeit, die für das installierte Hülsenbefestigungselement (10) erforderlich ist, aufweist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) einen Haltebereich von etwa 3,454 mm (0.136 inch) aufweist und 110% der minimalen mechanischen Leistungsfähigkeit gewährleistet.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) mit oder ohne Dichtungsmittel installierbar ist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei Lücken zwischen dem Hülsenbefestigungselement (10) und der Struktur verhindert werden, was eine gute elektrische Leitfähigkeit ermöglicht.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Hülsenbefestigungselement (10) ein funktionales Haltevermögen zwischen der minimalen und der maximalen Dicke der Vielzahl von Werkstücken von etwa 3,454 mm (0.136 inch) aufweist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die mehrere Werkstücke (105, 110) eine Grafit-Struktur, Titan, Aluminium oder eine Mischung hieraus aufweisen.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Stiftelement (15) einen Senkkopf aufweist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Stiftelement (15) einen Flachkopf aufweist.
Hülsenbefestigungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Spiel zwischen dem Arretierelement (200) und dem Verriegelungsbereich des Stiftelements (15) dem Dichtungsmittel ermöglicht, während der Installation auszufließen.