DE2238191A1 - Mehrfach verwendbare, gegen verdrehen gesicherte befestigungsvorrichtung - Google Patents

Mehrfach verwendbare, gegen verdrehen gesicherte befestigungsvorrichtung

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DE2238191A1
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Germany
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nut
bore
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DE19722238191
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English (en)
Inventor
Franklin Stevens Briles
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Shared Technologies Fairchild Telecom Inc
Original Assignee
VSI Corp
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B4/00Shrinkage connections, e.g. assembled with the parts at different temperature; Force fits; Non-releasable friction-grip fastenings
    • F16B4/004Press fits, force fits, interference fits, i.e. fits without heat or chemical treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Description

  • Mehrfach verwendbare, gegen Verdrehen gesicherte Berestigungsvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Befestigungsvorrichtungen und insbesondere solche mit Schrauben und Muttern, bei denen ein Reibschluss mit Bauelementen vorliegt.
  • In der Vergangenheit hat man sich verjüngende Befestigungsbolzen in ebenfalls sich verjüngenden Durchgängen des Werkstücks verwendet. Das Bohren konischer Löcher ist jedoch problematisch und im allgemeinen wegen der zu hohen Kosten unerwünscht. Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Kegelstiften in kegeligen oeffnungen und auch bei der Verwendung gerader Schäfte in sich nicht verjüngenden Bohrungen ist das Drehen des Schafts im Loch beim Anziehen der Mutter. Wenn diese Drehung nicht unterbunden werden kann, lassen sich die für die Sicherheit bzw. Festigkeit der Verbindung erforderlichen Drehmomentwerte oft nicht erreichen. Um das Problem der Drehung zu lösen, hat man die Schaftenden ausgeräumt oder sonstwie mit einer Ausnehmung versehen, in die ein Werkzeug eingesetzt wird, die den Schaft während des Festziehens der Mutter gegen Drehung sperrt. Derartige Ausnehmungen füllen sich jedoch mit Fremdstoffen und Schmutz an und werfen daher bei bestimmten Anlagen - wie z.B. Tanks etc. - weitere Schwierigkeiten auf. Weiterhin werden bestimmte, für derartige Befestigungsmittel mit ausgeräumten Enden gedachten Muttern mit Anziehköpfen versehen, die abscheren, wenn ein vorbestimmtes Abnziehmoment erreicht ist. Dadurch wird es aber unmöglich, die Muttern bei einem Drehmomentabfall nachzuziehen oder die Befestigungsanordnung wiederholt zu benutzen.
  • Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, Lösungen fUr die oben erwähnten Schwierigkeiten zu schaffen, indem eine ungewöhnlich vorteilhafte Befestigungsanordnung vorgeschlagen wird, die wiederholt nachziehbar ist, sich beim Festziehen bzw.
  • Nachziehen nicht verdreht, keine ein Festhaltewerkzeug aufnehmenden Ausnehmungen im Schaftende erfordert und wiederholt verwendbar ist.
  • Grundsätzlich besteht die Erfindung aus einer Schrauben-Muttern-Anordnung mit einem Befestigungskopf und einem Schaft, der in Längsrichtung vom Kopf hinweg einen ersten, einen zweiten und einen dritten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt über seine Länge einen gleichmässigen Durchmesser aufweist, der bezüglich des Loch- bzw. Bohrungsdurchmessers ausreicht, um für einen leicht führenden Reibschluss mit dem Werkstück zu sorgen, wenn das Befestigungselement in das Loch eingeführt wird, und wobei der zweite Abschnitt so bemessen ist, dass er aus dem Loch vorsteht, wenn der Kopf des Befestigungselementes an einer Seite des Werkstücks aufliegt, und wobei der dritte Abschnitt sich von dem Werkstück hinwegerstrecken kann und ein Gewinde zur Aufnahme der Mutter aufweist, so dass letztere auf der entgegengesetzten Seite des Werkstücks aufliegen und gegen diese festgezogen werden kann, und wobei der erste Abschnitt sich vom Kopf zum zweiten Abschnitt hin verjüngt und bezüglich des Lochdurchmessers ausreichend bemessen ist, so dass sich eine Reibkraft entwickelt, die eine Drehung des Schafts im Loch beim Anziehen der Mutter zwecks Bewegung des Kopfes in Richtung des Werkstücks verhindert. Typischerweise liegt die Summe der Länge des ersten und des zweiten Abschnitts, die für die Führung, den Reibschluss und Widerstand gegen Verdrehung des Schaftes sorgen, im Bereich von 1/8 bis 1/2 inch (3,175 bis 12,7 mm). Weiterhin kann der Werkstückaufbau typischerweise aus mehreren Platten bestehen, zwischen denen sich in der Nähe der Bohrungen ein fliessfähiges Bindemittel befindet, wobei die Mutter bei nachlassender Spannung im Schaft bis zu vorbestimmten Drehmomenten nachziehbar ist, da die Bindung zwischen den Platten unter Druck fliesst, und zwar ohne Drehung des Schaftes und ohne die Notwendigkeit von Hilfswerkzeugen, die den Schaft gegen Drehung sichern.
  • Weitere Merkmale der Erfindung, die zu den ungewöhnlich vorteilhaften Ergebnissen beitragen, sind ein erster sich verjüngender Abschnitt mit einer Steigung von ca. 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (304,8 mm) Länge; ein Übermass des fÜhrenden zweiten Abschnitts gegenüber dem Bohrungsdurchmesser von 0,0006 bis 0,0036 inch (0,01524 bis 0,09144 mm); und ein maximales Übermass des sich verjüngenden ersten Abschnitts gegenüber dem Bohrungsdurchmesser von ca. 0,007 inch (0,1778 mm). Es ist also nicht erforderlich, ein konisches Loch vorzusehen, um die Erfindung auszunutzen; eine zylindrische Bohrung genügt. Zusätzlich kann das Befestigungselement aus einer Titanlegierung bestehen, die sich durc h hohe Festigkeit und geringes Gewicht auszeichnet.
  • Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie Einzelheiten von zwecks Erläuterung beschriebenen Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Fig. 1 ist ein Schnitt, der das anfängliche Einführen des Schaftes nach der vorliegenden Erfindung in ein Werkstück zeigt.
  • Fig. 2 entspricht der Fig. 1, zeigt jedoch den vollständig eingeführten Zustand des Befestigungselementes der Fig. 1; Fig. 3 ist eine Teilansicht eines abgeänderten Kopfes für ein derartiges Befestigungselement.
  • Der Werkstückaufbau nach den Fig. 1 und 2 weist zwei Platten 10 und 11 auf, in die ein gerades, d.h. zylindrisches Loch 12 eingebohrt oder sonstwie eingeformt ist. Beispielsweise lässt sich ein geeignetes Binde- oder Abdichtmittel auf mindestens eine der Plattenoberflächen aufbringen, um eine dünne Schicht 13 zu bilden, wenn die Platten zur Befestigung mittels der zu beschreibenden Anordnung 14 aneinandergefugt werden.
  • Dieses Mittel kann beispielsweise eine harzartige Masse wie ein Epoxid- oder ein anderes Harz sein. Auch im Zustand der vollständigen oder teilweisen Härtung wird es unter Druck fliessen. Dann muss die Befestigungsanordnung nachgezogen werden, um die erforderliche Spannung bzw. das erforderlich Drehmoment im Schaft 15 aufrechtzuerhalten, um den Konstruktionsbedingungen - wie z.B. bei Luftfahrzeugtanks - zu genügen.
  • Das Befestigungselement hat einen Kopf 16, von dem der Schart 15 in Längsrichtung in drei Abschnitte 15a, 15b und 15c absteht. Der zweite Abschnitt 15b hat zwischen den Endebenen 26 und 27 einen gleichmässigen Durchmesser, der bezüglich des Durchmessers der Bohrung ausreicht, um mit dem Werkstück einen leichten Reibschluss herzustellen, wenn das Befestigungselement in das Loch eingeführt wird, wie es die Fig. 1 zeigt. Für Grifflängen zwischen 1/8 und 1/2 inch (3,175 bis 12,7 mm) - die 'Grifflänge' ist hier die Summe der Längen der Abschnitte 15a und 15b - sollte das Übermass für beste Resultate zwischen 0,0006 und 0,0036 inch (0,01524 und 0,09144 mm) liegen. In dieser Hinsicht ist der Bohrungsdurchmesser kleiner als die Grifflänge. Weiterhin ist die Grifflänge typischerweise grösser als die gesamte Dickenabmessung T des Werkstückaufbaus, so dass der zweite Abschnitt 15b geringfügig über die Bohrung hinausragt, wenn der Kopf 16 auf der einen Oberfläche 18 des Werkstücks anliegt; vergl. Fig. 2 Auch der dritte Schaftabschnitt 15c steht über das Werkstück vor - vergl. Fig. 2 - und weist ein Aussengewinde auf,'dessen Spitzendurohmesser geringer ist als der Durchmesser des Abschnitts 15b. Dieses Gewinde nimmt eine Mutter 19 auf. Diese Mutter kann mit Abflachungen versehen-sein, an denen ein Festziehwerkzeug bzw. ein Schlüssel angreift, um das Mutterende 21 gegen die entgegengesetzte Seite 22 des Werkstücks festzuziehen. Die Mutter weist typischerweise eine Senkung 23 auf, die den vorstehenden Teil des Führungsabschnitts 15b des Schaftes aufnimmt, ohne das Anziehen bzw. Nachziehen zu stören.
  • Der erste Schaftabschnitt 15a verjüngt sich geringfügig vom Kopf 16 weg und endet in einer Ebene 26; das zunehmende Ubermass bezüglich des Bohrungsdurchmessers muss hierbei ausreichen, um - vergl. Fig. 2 - einen Reibschluss zu verursachen, dessen Kraft eine Drehung des Schaftes im Loch verhindert, wenn der Schaft beim Anziehen der Mutter angezogen wird.
  • Der Abschnitt 15c ist nicht so lang, dass er aus der Mutter in Fig. 2 herausragt. Andererseits ist die Gesamtlänge dieses Abschnitt'es und des Führungsabschnitts 15b ausreichend, um ein Aufsetzen der Mutter auf das Ende des Abschnitts 15c zu erlauben, so dass die Gewindegänge der Mutter in die Gewindegänge des Abschnitts eingreifen, wenn der Schaft 15 anfänglich in das Loch eingeschoben wird und der sich verjüngende Abschnitt 15a an der Innenwand der Bohrung 12 anliegt, ohne dabei die Bohrung aufzuweiten. Wenn hiernach die Mutter angezogen wird, wird der sich verjüngende Abschnitt 15a in die Bohrung eingezogen, wobei die zunehmende Reibkraft eine Drehung des Schaftes während des Anziehens der Mutter verhindert. In dieser Hinsicht sollte der Maximaldurchmesser des sich verjüngenden Abschnitts am Kopf für beste Ergebnisse ca.
  • 0,007 inch (0,1778 mm) grösser sein als der ursprünglicheJ d.h. unverformte Durchmesser der Bohrung 12, und dies insbesondere für Grifflängen zwischen 1/8 und 1/2 inch (3,175 und 12,7 mm). Weiterhin sollte die Steigung der Verdüngung des Abschnitts 15a etwa 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (304,8 mm) betragen.
  • Dementsprechend ist die Befestigungsanordnung mehrfach einsetzbar, da die Mutter abgenommen werden kann und die Verjüngung des Abschnitts 15a so gering ist, dass sie nicht zerkratzt.
  • Ebenso kann die Mutter nachgezogen werden, um auch dann ein gewünschtes Moment zu gewährleisten, wenn das Binde- bzw.
  • Dichtmittel 13 sich infolge der Spannung im Schaft und des Anziehmoments verformt hat.
  • Schliesslich kann die Befestigungsanordnung aus Titanlegie rung (bspw. Beta III) bestehen, um maximale Festigkeit bei leichtem Gewicht zu erreichen, oder aus rostfreiem Stahl.
  • Weiterhin kann der Kopf des Befestigungselementes konisch sein, wie bei 16a in Fig. 3 gezeigt, wobei im Werkstück eine Senkbohrung 29 vorgesehen werden muss. Wenn erwünscht oder erforderlich, kann die Mutter abgenommen und das Befestigungselement entfernt werden, um anderswo verwendet zu werden. Die Platten 10 und 11 können typischerweise aus Titan oder Titanlegierung, rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten Materialien bestehen.
  • Die Fig. 3 zeigt auch auf dem Schaft zwischen der Verjüngung 31 und dem Kopf einen kurzen zylindrischen Abschnitt 30.
  • Dieser Abschnitt 30 hat den gleichen Durchmesser wie die Verdüngung an ihrer stärksten Stelle 32.
  • PatentansDrUche

Claims (6)

  1. Patentansprüche 1.) Anziehbare Befestigungsanordnung> die sich ohne Festhalten gegen Drehung in einer in einem Werkstückaufbau befindlichen, ursprünglich nicht konischen Bohrung nachziehen lässt und aufweist ein Befestigungselement mit einem Kopf und einem Schaft, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Abschnitt aufweist, die sich in Längsrichtung vom Kopf hinweg erstrecken, wobei der erste Abschnitt einen über seine Länge gleichmässigen Durchmesser aufweist, der gegenüber dem Durchmesser der Bohrung ein ausreichendes Übermass aufweist, um eine leicht reibschlüssige Führung zu gewährleisten, wenn das Befestigungselement in die Bohrung eingeführt wird, wobei weiterhin der zweite Abschnitt so bemessen ist, dass er in der Bohrung verbleibt und aus dieser vorsteht, wenn der Kopf an einer Seite desWerkstücks aufliegt; und wobei der dritte Abschnitt aus dem Werkstück heraus vorsteht und ein Gewinde aufweist, das eine Mutter aufnimmt, so dass die Mutter an der gegenüberliegenden Fläche des Werkstücks anliegen kann und sich auf dieser festziehen lässt, und wobei weiterhin der erste Abschnitt sich vom Kopf weg zum zweiten Abschnitt hin verjüngt und bezüglich des Durchmessers der Bohrung ein ausreichendes Übermass aufweist, um eine Reibschlusskraft zu entwickeln, die eine Drehung des Schaftes im Loch verhindert, wenn die Mutter angezogen wird, um den Kopf gegen eine Fläche des Werkstücks zu ziehen.
  2. 2.) Anordnung nach Anspruch 1 mit mehreren Platten und einem fliessfähigen Bindemittel zwischen diesen, wobei die Mutter eine Ausnehmung aufweist, die das vom Werkstück vorstehende Ende des zweiten Abschnittes aufzunehmen, und auf ein vorbestimmtes Drehmoment nachziehbar ist, wenn die Spannung im Schaft infolge des Fliessens des Bindemittels nachlässt.
  3. 3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Durchmesser des zweiten Abschnitts gegenüber dem Durchmesser der Bohrung ein Ubermass im Bereich von 0,0006 bis 0,0036 inch (0,01524 bis 0,09144 mm) hat und der zweite Abschnitt eine sich zum dritten Abschnitt hin verjüngende Nase aufweist, der einen geringeren Durchmesser als der zweite Abschnitt hat, um sich frei in die Bohrung einführen zu lassen.
  4. 4.) Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die sich verjüngende Länge des ersten Abschnitts grösser ist als die Länge des zweiten Abschnitts und die Verjüngung etwa 0,250 inch (6,35 mm) pro foot (304,8 mm) beträgt, der maximale Durchmesser des ersten Abschnitts um etwa 0,007 inch (0,1778 mm) grösser ist als der anfängliche Durchmesser der Bohrung, die Summe der Länge des ersten und des zweiten Abschnitts im Bereich von etwa 1/8 bis 1/2 inch (3,175 bis 12,7 mm ) liegt, und die Gesamtlänge des zweiten und des dritten Abschnittes ausreicht, um das Muttergewinde in das Gewinde des dritten Abschnittes eingreifen zu lassen, wenn der sich verjüngende erste Abschnitt anfänglich am Werkstück anliegt, ohne dieses durch Druck zu verformen.
  5. 5.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schaft des Befestigungselementes aus einer Titanlegierung besteht.
  6. 6.) Anziehbare Befestigungsanordnung, die im wesentlichen nach der obigen Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnungen aufgebaut und verwendbar ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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