DE2146648A1

DE2146648A1 - Vorrichtung zur Verbindung zweier Gegenstände

Info

Publication number: DE2146648A1
Application number: DE19712146648
Authority: DE
Inventors: Gary Karl Aloha Oreg. Sandberg (V.StA.). M
Original assignee: Omark Industries Inc
Current assignee: Omark Industries Inc
Priority date: 1970-09-18
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1357021A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann, 2146648

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

OMARK INDUSTRIES INC. ^{SCMR <983921/22>}

97ol S.E. McLoughlin Boulevard
Portland, Oregon
USA

Vorrichtung zur Verbindung zweier Gegenstände

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbindung zweier Gegenstände mit einer Stange.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung derart auszubilden, daß sie bei geringem Gewicht und geringem Raumbedarf einen möglichst großen Energiebetrag vernichtet, wenn zwischen den beiden Gegenständen Kräfte im Sinne einer Entfernung der beiden Gegenstände voiv-einander wirken.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die an dem einen Gegenstand befestigte Stange den anderen Gegenstand durchsetzt, daß die Stange einen Schaft und einen auf der Außenseite des von ihr durchsetzten Gegenstands liegenden, bei Zugbelastung unter plastischer Verformung verlängerbaren Teil aufweist, daß auf der diesem verformbaren Teil zugewandten Außenseite des durchsetzten Gegenstands ein Ziehstein abgestützt ist, der die Stange umgibt und einen gegenüber dem Durchmesser des verform-

209822/0833

baren Teils geringeren Innendurchmesser hat, und daß der verformbare Teil der Stange derart dimensioniert ist, daß die zu seiner Verformung erforderliche Zugkraft geringer als die Bruchlast des Schafts bei Zugbelastung ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat ein geringes Gewicht und kann bei Belastung eine große Energie vernichten. Die Vorrichtung kann beispielsweise dazu dienen, zwei nahe beieinander oder aneinanderliegende Gegenstände in ihrer relativen Lage zu halten. Der Ziehstein ist vorzugsweise geteilt, um seine Montage zu erleichtern. Er wird nach seiner Anordnung an der Stange beispielsweise durch einen Ring gehalten.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die Stange den Gegenstand, an dem sie befestigt ist, durchsetzten und auf dessen Außenseite mit einem verbreiterten Kopf verankert sein. Um dem Schaft der Stange eine Vorspannung zu erteilen, kann entweder der in einem Gewindering gehaltene Ziehstein oder der Kopf in eine Gewindebüchse eingeschraubt sein, die auf der jeweils benachbarten Außenseite eines Gegenstande abgestützt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung im ursprünglichen montierten Zustand;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Blick in Richtung 2-2;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig_t i§

209822/0833

2U6648

Fig. H einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach einer Stoßbelastung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine seitliche Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 5 bei Blick in Richtung der Linie 6-65

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 5 bei Blick in Richtung der Linie 7-7.

In den Figuren 1-4 ist eine Befestigungsvorrichtung Io gezeigt, die normalerweise dazu dient, plattenförmige Gegenstände 11, 12 entgegen trennenden Kräften zusammenzuhalten, und die zur Vernichtung von Energie dient, wenn die Gegenstände 11, 12 mit einer Mindestkraft getrennt werden, die groß ist gegenüber den im Normalbetrieb auftretenden Kräften. Die Gegenstände 11, 12 sind beispielsweise Teile der Stoßstange eines Automobils und des die Stoßstange haltenden Befestxgungsbügels.

Die Vorrichtung Io umfaßt eine bolzenartige, bei Zugbelastung unter plastischer Verformung verlängerbare Stange 14 mit einem Kopf 15, einem Schaft 16 und einem längeren verformbaren Teil 17. Ein Übergangsabschnitt 18 der Stange IH verjüngt sich vorzugsweise kontinuierlich, wie in Fig. 1 dargestellt. Bei einigen Anwendungsfällen kann jedoch auch ein stufenförmiger Übergang vorgesehen sein. Der Obergangsabschnitt 18 kann sich teilweise oder ganz der sich verjüngenden, vorzugsweise kegelabschnittförmig verlaufenden Arbeitsfläche 19 eines geteilten 7-iehsteins 2o anschmiegen. Die Stange kann aus gehärteten Stahl

209822/0833

2U6648

bestehen, der vorzugsweise über den gesamten Querschnitt eine gleiche Härte aufweist. Der verformbare Teil 17 ist genügend weich, um durch den Ziehstein 2ο gezogen werden zu können; die Härte beträgt vorzugsweise etwa 5o bis etwa 55 auf der Rockwell-C-Skala. Die Stange kann aus Stahl der amerikanischen Stahlsorte UlM-o oder aus einer anderen Stahlsorte bestehen, die gegenüber der genannten noch leichter zu bearbeiten ist. Vorzugsweise wird die Stange einer Wärmebehandlung unterworfen, um eine durchgehende Festigkeit von 13.3oo bis

2
lH.loo kp/cm zu erzielen. Für aie Stange kommen auch andere durch Ziehen verformbare Materialien, wie Kupfer, Aluminium oder härtere Stahlsorten in Betracht.

Der geteilte Zielstein 2o ist in der Innenbohrung 22 eines auf seiner Außenseite mit einem Gewinde versehenen, länglichen, becherförmigen Gewindering 23 gehalten, der teilweise aus einer mit einem Innengewinde versehenen Sackbohrung 24 in einer längeren, becherförmigen Gewindebüchse 2 5 herausgeschraubt ist. Die Gewindebüchse 2 5 weist auf ihrer Außenseite Schlüsselflächen 2 6 für einen Schraubenschlüssel auf, und der Gewindering 2 3 ist in entsprechender Weise mit Schlüsselflächen 2 7 für einen Schraubenschlüssel versehen. Bohrungen 28, 29, 3o in den Gegenständen 11, 12 und dem ihnen zugekehrten Ende der Gewindebüchse 2 5 sind hinsichtlich ihres Innendurchmessers so groß gewählt, daß der verformbare Teil 17 der Stange leicht durch sie hindurchgesteckt werden kann. Bei der Montage der Vorrichtung Io wird die Stange durch die Bohrungen 28, 29 der Gegenstände 11, 12 hindurchgesteckt. Vielter wird die Gewindebüchse 2 5 mit dem tief in sie eingeschraubten Gewindering 2 3 über den verformbaren Teil 17 und den Schaft 16 gesteckt, bis das in Fig. 1 rechte Ende des Gewinderings 2 3 sich so weit links von dem sich verjüngenden Übergangsbereich 18 befindet, daß die

209822/0833

beiden Hälften des geteilten Ziehsteins 2o um den Schaft 16 und den Übergangsbereich 18 herum angelegt werden können, worauf die Hälften des Ziehsteins in dieser Anordnung in den Gewindering 23 eingelegt werden. Der Gewindering 23 wird dann aus der Gewindebüchse 25 herausgeschraubt, wobei die gegebenenfalls noch nicht völlig in ihn eingedrungenen Hälften des Ziehsteins 2o völlig eingeführt werden. Bei weiterem Herausschrauben des Gewinderings 25 wird dann der Ziehstein 2o gegen den Übergangsbereich 18 mit einer so groß gewählten Andruckkraft gepreßt, daß im Schaft 16 eine gewünschte Vorspannung erzielt wird.

Die Verbindungsvorrichtung Io hält die Gegenstände 11, 12 zusammen, bis eine bestimmte Kraft im Sinne einer Trennung der Gegenstände 11, 12 aufgewendet wird, die höher als die betriebsmäßig auftretenden Kräfte ist. Der verformbare Teil 17 der Stange 14 wird dann durch den Ziehstein 2o hindurchgezogen. Hierdurch wird die Energie vernichtet, die im Sinne eines Auseinanderführens der Gegenstände 11, 12 aufgebracht wurde.

Fig. 4 zeigt die Gegenstände 11, 12 in getrenntem Zustand, nachdem die Stange 14 unter Verformung verlängert wurde. Der dargestellte Zustand kann erreicht sein, nachdem beispielsweise eine impulsförmig zur Wirkung gekommene Kraft auf die Gegenstände 11, 12 wieder verschwunden ist, oder die Darstellung kann auch als Zwischenstellung gedeutet werden, bei der die trennende Kraft noch nicht aufgehört hat und bei der noch eine weitere Verformung erfolgt. Im ersten Fall kann die Vorrichtung erneut verwendet werden, indem der Gewindering 23 nachgestellt wird. E rwird hierzu aus Gewindebüchse 25 so weit herausgeschraubt, bis die Gegenstände 11, 12 wieder aneinander anliegen.

209822/0833

Das Energievernichtungsvermögen der Verbindungsvorrichtung ist im Vergleich zu deren Gewicht und Größe sehr groß. Dies wird dadurch ermöglicht» daß die Festigkeit des Kopfes, der Gewindebüchse und des Ziehsteins so groß wie die Zugfestigkeit des Schaftes gemacht ist. Das Verhältnis der zur Verformung des verformbaren Teils über den Schaft aufzubringenden Zugkraft zu der Bruchlast des Schafts bei Zugbelastung wird als Belastungsverhältnis der Vorrichtung bezeichnet. Die Energievernichtung beruht hauptsächlich auf der für die Verformung der Stange aufzubringenden Verformungsarbeit, ist jedoch ebenfalls bedingt durch die Reibung zwischen dem Ziehstein und der Oberfläche des Übergangsbereichs 18, durch die Hitze entsteht. Um ein hohes Belastungsverhältnis zu erzielen, wird der Unterschied zwischen den Durchmessern des verformbaren Teils 17 und des Schafts 16 so gewählt, daß die zur Verformung des verformbaren Teils durch den Ziehstein erforderliche Zugkraft (Verformungskraft und Reibungskraft) nicht wesentlich kleiner als to % der Bruchbelastung des Schafts und nicht wesentlich größer ale So % der Bruchbelastung des Schafts ist. Der Kopf 15 hat einen solchen Durchmesser und eine solche Länge, daß er bei der Verformung des verformbaren Teils 17 nicht bricht. Vorzugsweise ist die Festigkeit des Kopfes mindestens so groß wie die Bruchlast des Schafts. Eine Ausrundung kann an dea Übergang des Kopfes zum Schaft vorgesehen sein, um Spannungsspitzen an dieser Stelle zu verhindern. Die Durchmesser, Dicken, Gewindebemessungen und ineinandergreifenden Längen der Gewindebüchse 25 und des Gewinderings 23 sollen so groß sein, daß die dadurch erzielte Festigkeit mindestens der Bruchlast des Schafts entspricht. Die Dicke des Bodens des becherförmigen Gewinderings ist entsprechend so gewählt, daß die Scherfestigkeit mindestens der Bruch-: last des Schafts entspricht.

209822/0833

2U6648

Zur Erzeugung einer möglichst geringen Reibung sollteder halbe Spitzenwinkel der Arbeitsfläche 19 des Ziehsteins 2o (Neigung gegenüber der Achsrichtung) nicht wesentlich kleiner als 5° und nicht wesentlich größer als 15° sein. Hierdurch wird die gesarate zur Verformung der Stange aufzubringende Kraft etwas verringert, jedoch vermieden, daß aufgrund übermäßiger Hitzeentwicklung im Ziehstein 2o ein Schmelzen oder Erweichen der Stange auftritt. Die Reibung kann weiter dadurch vermindert werden, daß der Übergangsbereich 18 und der verformbare Teile 17 der Stange und/oder der Ziehstein 2ο mit einem Gleitmittel bedeckt werden. Das Gleitmittel wird vorzugsweise in Form einer korrosionsverhindernden, zähen Schicht aufgebracht. Es kann beispielsweise Blei oder ein Polymer wie "Mil-Bond Draw Lubricant" sein. Die gesamte fertiggestellte Vorrichtung Io kann in aas Gleitmittel getaucht werden oder mit ihm besprüht werden. Ebenfalls ist es möglich, die einzelnen Teile der Vorrichtung Io jeweils für sich zu beschichten. In Fällen, in denen die Trennung der Gegenstände 11, 12 erst bei einer hohen anfänglichen Kraft erfolgen soll, in de»n dann aber auf eine hohe ursprüngliche Energievernichtungsgeschwindigkeit eine niedrigere Energievernichtungsgeschwindigkeit folgen soll, können der Obergangsbereich 18 und die Arbeitsfläche 19 von Gleitmitteln freigelassen werden und kann ausschließlich der verformbare Teil 17 mit Gleitmittel beschichtet werden.

In den Figuren 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung 14ο gezeigt, die zwei plattenförmige Gegenstände im, 142 verbindet und die im Falle des Auftretens einer übermäßigen, im Sinne einer Trennung der Gegenstände IHl, 142 wirkenden Kraft Energie vernichtet. Eine verformbare Stange 144 weist einen kurzen Schaft 146, einen längeren verformbaren Teil 147, einen verbreiterten Kopf

209822/0833

2U6648

mit Außengewinde und einenÜbergangsbereich 148 auf. Die Stange 144 entspricht der Stange 14 (Fig. 1) mit Ausnahme dessen, daß der Kopf 148 ein Außengewinde aufweist. Eine becherförmige Gewindebüchse 145 ist auf dem Kopf 148 aufgeschraubt. Sie drückt den verformbaren Teil 147 gegen einen geteilten Ziehstein 15o, der von einem Ring 151 zusammengehalten wird und mit diesem verklebt ist. Der Ziehstein 15o wirkt wie der Ziehstein 2o. Bohrungen 152, 15 3, 154 in der Gewindebüchse 14o und den Gegenständen 141, 142 sind groß genug, um das Durchstecken des verformbaren Teils 147 bei der Mortage zu gestatten, wonach der geteilte Ziehstein 15o auf den Schaft aufgelegt wird, der Ring 151 mit dem Ziehstein verklebt wird und der Kopf 158 etwas aus der Gewindebüchse 145 herausgeschraubt wird, so daß die Gegenstände 141, 142 stark zusammengepreßt werden. Die Gewindebüchse weist Schlüssalflachen 155 für einen Schraubschlüssel auf, und der Kopf ist mit einem Schlitz 157 zum Ansetzen eines Schraubenziehers versehen. Die Verbindungsvorrichtung 14o weist ebenfalls ein hohes Belastungsverhältnis auf, wobei der vergrößerte Kopf es ermöglicht, den verformbaren Teil 147 genügend größer im Durchmesser als den Schaft zu halten, so daß die zur Verformung des verformbaren Teils 147 erforderliche Zugkraft nicht wesentlich kleiner als 4o % und nicht wesentlich größer als 9o % der Bruchlast des Schafts 146 ist.

Die Verbindungsvorrichtung^, 14o sind einfach aufgebaut, haben ein geringes Gewicht, sind leicht herzustellen und zu montieren und weisen ein hohes Energievernichtungsvermögen auf, wenn gegenüber den betriebsmäßig auftretenden Kräften übermäßig große Kräfte ausgeübt werden. Derartige·Verbindungsvorrichtungen können anstelle von Bolzen oder anderen Verbin-

209822/0833

dungselementen verwendet werden, insbesondere um nahe beieinander oder aneinanderliegende Gegenstände miteinander zu verbinden. Die Vorrichtungen sind leicht anzubringen,
und die Stangen 14, 44 sind leicht auszuwechseln, nachdem sie plastisch verformt wurden. Die Vorrichtungen haben viele Anwendungen, können beispielsweise zur Verbindung von
Stoßstangen mit der Karrosserie eines Automobils oder zur Befestigung von Sicherheitsgurten und dergleichen dienen.

209822/0833

Claims

- Io -

ANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Verbindung zweier Gegenstände mit einer Stange, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem einem Gegenstand (11, 141) befestigte Stange (14,144) den anderen Gegenstand (12,142) durchsetzt, daß die Stange (14, 144) einen Schaft (16,146) und einen auf der Außenseite des von ihr durchsetzten Gegenstands (12,142) liegenden, bei Zugbelastung unter plastischer Verformung verlängerbaren Teil (17, 147) aufweist, daß auf der diesen verformbaren Teil (17, 147) zugewandten Außenseite des durchsetzten Gegenstands(12, 142) ein Ziehstein (2o, 15o)abgestützt ist, der die Stange CL4, 144) umgibt und einen gegenüber dem Durchmesser des verformbaren TeilsC17, 147) geringeren Innendurchmesser hat, und daß der verformbare Teil (17, 147) derart dimensioniert ist, daß die zu seiner Verformung erforderliche Zugkraft geringer als die Decklast des Schafts (16,146) bei Zugbelastung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß die zur Verformung des verformbaren Teils (17, 147) erforderliche Zugkraft zwischen 4o % und So % der Bruchlast des.Schafts (16, 146 ) beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die zur Verformung des verformbaren Teils (Vi₉ 147) erforderliche Zugkraft etwa So % der Bruchlast des Schafts

209822/0833

2U6648

(16, 146) beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (16, 146) einen geringeren Durchmesser als der verformbare Teil (17, 147) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (16, 146) einen höchstens dem Innendurchmesser des Ziehsteins (2o, 15o) gleichen Außendurchmesser aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (14, 144) den Gegenstand (11, 141), an dem sie befestigt ist, durchsetzt, daß der Durchmesser der von der Stange (14, 144) durchsetzten Offnungen (28, 29, 153, 154) beider Gegenstände (11, 12, 141, 142) größer als der größte Außendurchmesser der Stange (14, 144) ist und daß die Stange (14, 144) auf der Außenseite des Gegenstands (11, 141) , an dem sie befestigt ist, mittels eines verbreiterten Kopfes (15, 148) verankert ist, dessen Durchmesser grosser als der Durchmesser der in diesem Gegenstand (11,141) vorgesehenen Öffnung (28, 153)ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstein (2o, 15o) mit den übrigen Teilen unverbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf mit dem anliegenden Gegenstand verbunden ist.

209822/0833

.12- 2U6648
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstein mittels eines Gewindes in axialer Richtung der Stange (14) bis zum Erreichen einer Vorspannung des Schaftes (16) verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstein Go) in einem Gewindering (23) mit Außengewinde gehalten ist und daß der Gewindering (2 3) in eine auf der Außenseite des durchsetzten Gegenstands (12) abgestützte Gewindebüchse (25) eingeschraubt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (148) ein Außengewinde (155) aufweist und in eine auf der Außenseite des Gegenstands (141), an dem die Stange (IHH) befestigt ist, abgestützte Ge*· windebüchse (14o) eingeschraubt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstein (2o, 15o) geteilt ist.

209822/0833

Leerseite