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Titel: Verbindungselement @edundante Schraube, vom @ewinde-Ende her
festzie@@@@ Anwendungsgebiet: Lie Erfindung betrifft eine Schraubenausführung zur
efestigung und/oder zur Kraftübertragung, sofern besondere Schwierigkeiten hinsichtlich
der Zugänglichkeit des Schraubenkopfes vorliegen und/oder besondere Anforderungen
an die sicherheit bzw. dynamische Festigkeit der-verbindung vorliegen.
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Zweck; Bei Schrauben ist es in besonderen Fällen unmöglich oder sehr
schwierig, den Schraubenkopf zu drehen oder festzuhalten Daneben stellt das Anzug-
Drehmoment der Schraube eine erhebliche Zusatzlast dar, die mit der eigentlichen
Aufgabe von eiestigungsschrauben nichts zu tun hat und daher bei erhöhten Belastungen
vermieden werden sollte.
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Außerdem ist es bei Verbindungselementen infolge der beschränkten
Zuverlässigkeit eines Einzelelementes erforderlich, mindestens nach Ausfall eines
Elementes z. B.
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durch bruch noch eine bestimmte Rest- Tragfänigkeit der Verbindung
zu gewährleisten. Diese Rest- iragfähigkeit -soll mit möglichst geringem Herstellungs-
und montageaufwand sichergestellt werden.
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Daneben soll durch geeignete Ausbildung des Verbindungselementes
die dynamische Belastbarkeit gesteigert werden.
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stand der Technik: bei Schrauben mit nicht zugänglichem Kopf, die
in andere KonstruktionSteile eingeschraubt werden sollen, ist es bekannt, dazu im
Schraubenschaft einen Querstift vorzusehen.
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Mit Hilfe dieses beiderseits vorstehenden Stiftes kann dann die Schraube
durch eie Anzug- Hülse, in welche der Stift eingreift und die zur Längsverschieblichkeit
der Schraube dazu mit Langlöchern versenen ist, angezogen werden. Die Anzug- hülse
überträgt nach der Montage nur Lruckkräfte k siehe iero- Raumstruktur bauweise ).
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Der hachteil dieser Konstruktion ist, daX nur ein geringes Anzug-
Lrehmoment von der Hülse über den stift auf die Schraube übertragen und damit im
statischen Sinne keine Vorspannung erreicht werden kann. Außerdem stellt die in
der Schraube erforderlicne suerbonrung eine gefährliche Kerbung dar, was zu einer
erheblichen Reduzierung der zulässigen Nennspannung führt. Eine hochfeste Verbindung
ist
auf diese Art Kaum möglich, daher ist die Anwendung einer solchen
Konstruktion nur auf Sonderfälle beschränkt.
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Um die ausfallsicherheit einer verbindung zu erhöhen ist es bei Schraubenverbindungen
abiich, anstatt einei einzigen Schraude mehrere,ggf. entsprechend kleiner dimensionierte
Schrauben anzuordnen.
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Nachteilig ist hierbei, daß für jede Schraube passende bohrungen ggf.
bei der Montage unter erschwerten Umständen hergestellt und die Schrauben einzeln
montiert werden müssen. dabei können Probleme uer Maßtoleranzen der bonrungsabstände
und des Elatzbeearfes auftreten.
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Bei dynamischer belastung tritt bekanntlich der Bruch einer Schraube
meist im Gewindeuslauf ein. bin durchgehender biß hat dabei ein völliges Versagen
der Verbindung zur folge.
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Nach DT OS 2 312 942 ist es bekannt, Schrauben aus faserverstrktem
Kunststoffmaterial mit eingeschlossenen metallischen Verstärkungen zu versehen.
Lie hierbei vorgeschlagenen Konstruktionen sind im wesentlichen auf die sombination
von metallischen verstärkungen mit äußerem bunststoffmaterial beschränkt. Für hochbelastete
Verbindungen sind Kunststoff- Verbindungselemente jedoch nicht geeignet.
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Mit einer entsprechend den dort genannten Ansprüchen ausgefünrten
Konstruktion ist es nicht möglich, beim versagen z. B. des umhüllenden Kunststoffmaterials
noch Kräfte zu übertragen. Außerdem kann der Gewindeauslauf des sußedteiles durch
eine Vorspannung des innen liegenden Verstärkungsmaterials in der dynamischen Tragfähigkeit
nicht verbessert werden.
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In DT OS 2 330 626 wird ein Verbindungselement beschrieben, das im
Inneren mit einem flexiblen, spannungslosen Litzendrahtseil versehen ist. Im normal
belasteten Zustand trägt also das Seil nicht mit. Ler Einbau eines Seils in einer
Weise ,daß auch im Normalzustand ein erneblicher Lastanteil übernommen wird, erscheint
problematisch und aufwendig in der Herstellung.
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aufgabe; Der Lrfinaung liegt erstens die aufgabe zu Grunde, ein Verbindungselement
zu schaffen, das bei besonderen Einbaubedingungen, z. B. wenn der Schraubenkopf
nicht oder nur schwer zugänglich ist, nur vom dem hopf gegenüberliegenden Ende aus
festgezogen werden kann.
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daneben wird die Aufgabe erfüllt, den bchraubenschaft bei Verwendung
einer mutter weitgehend vom Anzug- iorsionsmoment freizuhalten.
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Außerdem besteht die Aufgabe zweitens darin, ein Verbindungselement
zu schaffen, das in sich redundant ist, d.h. daß beim Ausfall eines konstruktionsteile
mindestens ein weiteres zur Verfügung steht, welches noch in erheblichem Umfang
eine Tragfähigkeit sicherstellt. wies gilt insbesondere bei dynamischer Belastung
( schwellend, wechselnd usw.), wo die Ausbreitung von Anrissen behindert werden
soll.
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ianeben soll bei komplizierten Bauteilen, welcne unter ungünstigen
Bedingungen zu montieren sind, der flatzbedari der Verbindung und der Montageaufwand
durch eine heduzierung der Anzahl der Verbindungselemente vermindert werden.
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Lösung: Die Aufgabe zu eins wird erfindungsbemäß dadurch gelöst, daß
zum Anziehen der Schraube der Schraubenschaft mit einem zur formschlüssigen Übertragung
von Drehmomenten durch eine dazu passende Anzug- Hülse geeigneten Profil oder mit
längsliegenden buten versehen wird.rine über das Gewinde längs verschiebliche Anzug
Hülse, die innen entsprechend gestaltet ist, gestattet gef. nach Einbringen von
Passfedern beim anziehen der ochraube t ggf. unter Längsverschiebung ) den Schraubenschaft
festzuhalten oder in ein anderes konstruktionsteil hineinzudrehen.
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Lie Aufgabe zu zwei wird erfindungsgemäß darurch gelöst, daß das
Verbindungselement aus mindestens zwei voneinander unabhängigen und im wesentlichen
gleicn belastbaren Teilen besteht.
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Weitere Ausgestaltung; Ler Schraubenschaft wird zweckmäßigerweise
je nach inbauverhältnissen mit mindestens einer Längsnut mit halbkreisförmigem suerschnitt
versehen. Lazu passend erhält die Anzug- Hülse, welche auf den Gewindeaußendurchmesser
aufgebohrt ist, ebenfalls entsprechend Längsnuten. Ein
eingelegtes,
z. B. zylindrisches Paßfederstück ( dessen Ende ggf. abgebogen wird, um ein Herausrutschen
zu verhindern ) ermöglicht das drehen bzw. festhalten des Schraubenschaftes bei
der Montage. irie Paßfeder muß zur Vermeidung einer unerwünschten wruckkrafteinwirkung
kürzer als die Anzug- Hülse sein. Lurch geeignete Abstimmung der Länge der Nut im
Schraubenschaft kann nach fiusammenbau von Schraube, Anzughülse und paßfeder ein
unbeabsichtigtes Auseinanderfallen verhindert werden.
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Um Kerbwirkungen zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise ein zylinarischer
vuerschnitt der paßfeder gewählt. Lann ist es auch möglich, die längsnut in der
Anzug- hülse durch Bohren kostengünstig herzustellen.
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Wird ein abgebogenes Paßfederstück verwenaet, so ist für das abgebogene
Ende ein entsprechender Ausschnitt am hande der Anzug- Hülse vorzusehen.
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Zur krzielung der gewünschten Redundanz wird zweckmäßigerweise in
einem hohlen schaft der schraube ein Kernbolzen konzentrisch angeordnet, der an
einem munde einen bund besitzt. Am anderen Ende wird der Kernbolzen durch vernieten
oder Verschwießen so beiestigt, daß er nicht in den Schaft hineingezogen werden
kann.
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er Kernbolzen kann dabei gegenüber der äußeren Hülle mit einer Zugvorspannung
eingebaut werden, so daß sich dort eine Druckvorspannung ergibt.
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Erzielbare Vorteile; min erfindungsgemäß ausgeführtes verbindungselement
gestattet die Montage und worspannung von Schrauben, ohne daß der Schraubenkopf
zugänglich zu sein braucht. Außerdem bleibt beim Festziehen von Muttern der Schraubenschaft
weitgehend frei von Torsionsbelastung.
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Daneben hat ein erfindungsgemäß ausgeführtes Verbindungselement als
zylindrische Schrau be ein doppelte Tragfunktion.
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Auch bei einem bruch z. B. des äußeren Teiles kann durch den Kernbolzen
eine erhebliche Zugspannung bzw. Schubspannung übertragen werden. Lieses redundante
Tragverhalten ist insbesondere dort von bedeutung, wo aus konstruktiven Gründen
nur ein einziges verbindungselement angeordnet werden kann @ z. 13. bei Achsensymmetrie
).
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Ist der Kernbolzen gegenuber dem außenteil vorgespannt, 80 ergibt
soch hieraus infolge der damit verbundenen Lruckvorspannung im Außenteil eine entlastung
des besonders gefährdeten Gewindeauslaufes. damit ist die Lauerfestigkeit des Verbindungselementes
entsprechend der Erfindung höher als bei gewöhnlichen Schrauben.
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Die mögliche Einsparung bei der Anzahl von Verbindungselementen für
eine bestimmte rufgabe ist insbesondere bei beschränktem Platz oder bei erschwerter
Montage von bedeutung.
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Ausführungsbeispiel: in Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.
5 dargestellt. Dabei wird die Schraube vom Schaft her festgezogen, weil der Schraubenkopf
nicht zugänglich ist.
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Auf Pig. 6 ist eine andere Ausführung als hochbelastete Dehnschraube
mit torsionsfreiem Schaft gezeigt.
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Fig. 1 zeigt den äußeren, hohl ausgeführten Schraubenschaft big.
2 zeigt den Kernbolzen vor der montage rig. 3 zeigt die Anzug- Hülse Fig. 4 zeigt
die Paßfeder Fig. 5 zeigt das fertig montierte Verbindungselement Fig. 6 zeigt eine
abweichende Ausführung als Lehnschraube mit Anzug- Hülse und iutter.