DE3615527A1

DE3615527A1 - Verbindungsteile-satz

Info

Publication number: DE3615527A1
Application number: DE19863615527
Authority: DE
Inventors: Paul D. Neights; Jay M. Torrance Calif. Stafford
Original assignee: Rexnord Inc
Current assignee: Rexnord Inc
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1986-11-13
Also published as: US4720223A; GB8610998D0; FR2581720B1; DE3615527C2; IT8620347A1; IT1189105B; FR2581720A1; GB2175061A; IT8621761V0; IT8620347A0; GB2175061B

Description

REXNORD INC.

Milwaukee, Wisconsin 532ol V.St.A.

Verbindungsteile-Satz

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbindungsteile-Satz, insbesondere vom selbstrückziehbaren Typ mit vorher unverlierbar angeordneten Einzelteilen, mit dem eine kontrollierte Vorspannung ausgeübt werden kann; kontrollierte Vorspannung ist hierbei als vorbestimmte Spannkraft definiert, die ein Befestigungselement auf zusammengefügte Konstruktionsteile ausübt.

; j 25 Bekannte Verbindungsteile-Sätze weisen erhebliche Nachteile auf, die in der Industrie, z. B. der Raumfahrtindustrie, zu großen Problemen führen. Häufig haben solche Probleme ernsthafte und sogar nachteilige Folgen für die Benutzer. Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Z. B. besteht ein Problem bei Vorrichtungen, die eine Vorspannung mittels Druckfeder ausüben, in einer Steigerung der für den Einbau erforderlichen Drehkraft, wenn die Feder zusammengedrückt und die Vorspannung erhöht wird. Bei Anwendung der Erfing₅ dung ergibt sich eine gleichmäßige weiche Einbaudrehkraft. Ein weiteres Problem besteht in der Unsicherheit und den daraus resultierenden Fehlern bei der Festlegung, wann, wenn überhaupt, die richtige Vorspannung ausgeübt wird.

Dieses Problem wird durch die dem Verbindungsteile-Satz
innewohnende Durchbiegungskontrolle erreicht, so daß die
gesonderten Messungen, die beim Stand der Technik durchzuführen sind, entfallen können. Ferner mußten die bekannten Vorrichtungen vom Benutzer am Einbauort zusammengefügt werden, wogegen bei der Erfindung die Einzelteile vorher unverlierbar angeordnet werden, um einen exakten Zusammenbau und zuverlässigen Einbau durch den Benutzer zu gewährleisten.

Die Erfindung kann als ganz spezielle Anordnung von Einzelteilen bezeichnet werden, die in einem Verbindungsteile-Satz resultieren, der unverlierbar festgelegt ist, eine
kontrollierte Vorspannung ergibt, selbstrückziehend ausgebildet ist und bei dem die Einzelteile bereits vorher für
den Benutzer unverlierbar angeordnet sind. Dabei wird ein
Bolzen vorbestimmter Länge verwendet, und die Rückzugfeder ist in bezug auf den Vorspannungsmechanismus getrennt angeordnet. Eine lösbare Sicherungsmutter zum Festlegen des

eingebauten Satzes in einer Konstruktion und zur Durchbiegung skontrolle ist während der Verwendung fest auf den
Bolzen geschraubt.

Der unverlierbare Verbindungsteile-Satz mit kontrollierter Vorspannung nach der Erfindung zur Festlegung einer ersten Konstruktion an einer zweiten Unterkonstruktion ist gekennzeichnet durch ein Befestigungselement vorbestimmter Länge mit einem Ober- und einem Unterende, einem Kopf am Oberende, einem Schaft mit einer Außenwand nahe dem Oberende
gO und einem Gewindeabschnitt nahe dem Unterende, wobei der
Außendurchmesser der Außenwand größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts ist, durch Elemente zwischen den Enden des Befestigungselements, die entlang der Außenwand des Schafts unverlierbar gehalten sind und eine vorbestimmte Vorspannung ausüben, wenn mittels des Verbin-

dungsteile-Satzes eine erste Konstruktion an einer zweiten Unterkonstruktion befestigt ist, und durch ein Sicherungsorgan auf dem Befestigungselement zur Festlegung des letz-

teren und der die Vorspannung ausübenden Elemente in bestimmten Höhenbeziehungen in bezug auf die festgelegte Konstruktion und Unterkonstruktion, um so die erwünschte kontrollierte Vorspannung von Konstruktion und Unterkonstruktion zu erzielen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der bevorzugten Ausführungsform entlang der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 eine größere Querschnittsansicht eines Teils

der Erfindung entlang der Linie 4-4 von Fig. sowie eines Drehwerkzeugs;

Fig. 5 eine größere, teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der Erfindung anschließend an die

unverlierbare Festlegung der Komponenten;

Fig. 6 eine Draufsicht von unten auf die Ansicht von Fig. 5;

Fig. 7 im Querschnitt eine Ansicht der bevorzugten

Ausführungsform nach der Installation und vollständig zurückgezogen ohne Vorspannung;

gg Fig. 8 im Querschnitt eine Ansicht der bevorzugten

Ausführungsform unter Vorspannung; und

Fig. 9 eine größere Querschnittsansicht eines Teils

der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 8.

Die Einzelteile der bevorzugten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 erläutert. Fig. 1 zeigt den endgültig zusammengebauten und versandfertigen Verbindungsteile-Satz. Aus dieser Ansicht geht hervor, daß sämtliche Einzelteile des Satzes mit Ausnahme der Sicherungsmutter vor dem Versand unverlierbar festgelegt sind.

IQ Eine Sicherungsmutter ist lose aufgeschraubt, so daß sie sich während des Versands nicht löst bzw. nicht verlorengeht. Die verschiedenen weiteren Einzelteile umfassen ein Befestigungselement, eine Rückzugfeder, ein Gehäuse für die Rückzugfeder, mehrere Spannscheiben bzw. Tellerfedern sowie zwei flache Scheiben. Das Befestigungselement 20, das bei der bevorzugten Ausführungsform ein Bolzen ist, umfaßt einen obersten Teil oder Kopf 21. Bevorzugt wird ein hexagonaler Kopf mit einer Bodenfläche und einer hexagonalen Ausnehmung 22 verwendet, es besteht jedoch keine Beschränkung auf irgendeine bestimmte Konstruktion. Unter dem Bolzenkopf 21 erstreckt sich mit vorbestimmter Länge ein Schaft 24 mit vorbestimmtem Außendurchmesser, auf den bestimmte andere Einzelteile über die Länge des Schafts 24 stapelbar sind. Dieser vorbestimmte Außendurchmesser ist in bezug auf das unterste Ende des Bolzens überdimensioniert, so daß auf dem Bolzen eine Schulter ausgebildet ist. Am untersten Ende 25 des Bolzens 20 ist ein Schraubgewinde vorgesehen. Eine konventionelle Arretiernase 26 aus Nylon ist an einer Stelle auf dem Gewindeteil 25 des Bolzens nahe

gO dem untersten Ende bzw. der Schulter der Außenwand des Schafts 24 vorgesehen. Dies ist jedoch nur eine bevorzugte Arretierung, und andere gleich gut geeignete Arretierungen können anstelle der Arretiernase vorgesehen sein.

gg Die übrigen Einzelteile der bevorzugten Ausführungsform werden auf den Bolzenschaft in der nachstehenden Reihenfolge aufgebracht: Eine flache Scheibe 30 wird direkt unter dem Bolzenkopf 21 angeordnet. Der Innendurchmesser der

Scheibe 30 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Bolzens. Eine als Rückzugfeder dienende Schraubenfeder 31 und ein Gehäuse 32 für diese werden dann auf den Bolzenschaft 24 aufgesetzt. Die Feder 31 und ihr Gehäuse 32 sind so ausgebildet, daß die Feder im zusammengedrückten Zustand vollständig im Inneren 33 des Gehäuses sitzt und im wesentlichen isoliert ist. Die Feder 31 ist ein handelsübliches Element und so vorgespannt, daß sie den Bolzen nach oben bzw. in eine Richtung weg von der darunter befindlichen Konstruktion zurückzieht, wie Fig. 7 zeigt. Das Federgehäuse 32 hat ein offenes Oberende 34, eine Bodenfläche 35, eine Außenwand 36, eine durch das Gehäuse verlaufende Innenbohrung 33 und eine vom Oberende 34 bis zu einer Innenfläche 38, die über der Bodenfläche 35 liegt, durchgehende Gegenbohrung 37. Der Durchmesser der Gegenbohrung ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Feder 31, so daß die Feder innerhalb des Gehäuses ohne Pressung frei positionierbar ist (vgl. Fig. 3).

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß unmittelbar unter dem Federgehäuse 32 mehrere Spannscheiben bzw. Tellerfedern aufeinandergestapelt sind. Diese Art von Federmechanismus wird üblicherweise als Spannscheiben- bzw. Tellerfederpaket bezeichnet. Die Anzahl der verwendeten Spannscheiben ist durch die erwünschte Vorspannung und die für den eingebauten Satz akzeptable Durchbiegung bestimmt. Übliche Spannscheiben dieser Art sind handelsüblich und haben vorbestimmbare Belastungs- und Durchbiegungseigenschaften. Die Spannscheiben 40 werden bevorzugt, da sie eine gleichmäßige

QQ Druckbeaufschlagung erlauben, die ungeachtet einer Änderung der Bolzenspannung infolge von Wärmedehnung und -kontraktion oder üblichem Teileverschleiß im wesentlichen erhalten bleibt. Der Fachmann kann ohne weiteres die spezielle Paketanordnung und die Anzahl Spannscheiben für einen bestimmten Anwendungsfall bestimmen, und zwar in Abhängigkeit von der verfügbaren Meßhülle und der erwünschten Vorspannung, die die Scheiben liefern sollen. Zur praktischen Anwendung der Erfindung ist somit keine weitere Erörterung

der Größenbemessung und Funktionsweise der Spannscheiben erforderlich.

Unmittelbar unter der untersten Spannscheibe befindet sich eine zweite flache Scheibe 45, die als Auflagefläche und Halteelement für die Spannscheiben 40 dient. Schließlich ist eine Sicherungsmutter 50 lose auf den unteren Gewindeabschnitt 25 des Bolzens geschraubt. Gemäß Fig. 4 weist die Sicherungsmutter 50 einen zylindrischen Körper 51 mit einer Oberseite 56 sowie eine ganz oben befindliche Senkung 52 auf_r der mit einem untersten, ein Innengewinde aufweisenden Abschnitt 53 einstückig ausgeführt ist. Am untersten Ende der Sicherungsmutter 50 ist ein Flansch 54 ausgebildet. Zwei entgegengesetzt angeordnete Kerben 55 sind am Flansch 54 ausgebildet, so daß ein Werkzeug die Sicherungsmutter greifen kann, um sie fest auf die Arretiernase 26 aus Nylon zu drehen bzw. erwünschtenfalls davon zu entfernen. Das Werkzeug ist in Fig. 4 in Eingriff mit der Sicherungsmutter gezeigt. Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform wird ein konventioneller Sechskantschlüssel 76 in Verbindung mit einem Mitnehmer 77 verwendet, um die Sicherungsmutter innerhalb der Konstruktion 65 zu erreichen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen, wie die Spannscheiben und Scheiben 30, 40, 45, die Rückzugfeder 31 und das Federgehäuse 32 dauerhaft auf dem Bolzen 20 gehalten sind. Die Schulter bzw. das untere Ende 60 der glatten Außenwand des überdimensionierten Bolzenschafts ist in konventioneller Weise durch Stanzmarkierungen nach außen verformt. Bei der bevorgO zugten Ausführungsform ist dieser Bereich durch Stanzen in vier Einzelbereiche unterteilt, so daß die Schulter 60 an vier Einzelbereichen 61, 62, 63, 64 über den überdimensionierten Schaftrand vorspringt. Auf diese Weise sind die im übrigen freien Einzelteile, die zwischen dem Bolzenkopf 21 Q5 und dem Stanzbereich liegen, unverlierbar festgehalten.

Der Einbau des Verbindungsteile-Satzes in eine erste Konstruktion 65 ist sehr einfach. Die Sicherungsmutter 50 wird vom Bolzen 20 abgenommen. Das Gewindeende 25 des Bolzens wird von einer Seite 67 der Konstruktion 65 durch eine darin befindliche Gegenbohrung 66 eingesetzt. Die Sicherungsmutter 50 wird dann von der entgegengesetzten Seite der Konstruktion 65 über die Preßsitz-Arretiernase 26 wieder auf den Gewindeabschnitt 25 des Bolzens 20 aufgesetzt und festgeschraubt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Oberseite 56 der Sicherungsmutter 50 in direktem Kontakt mit der Schulter 60 des überdimensionierten Bolzenschafts. Wenn der Verbindungsteile-Satz vollständig zurückgezogen ist, liegt die Oberseite des Flanschs 54 an der Basis 68 der Gegenbohrung 66 an (vgl. Fig. 8). Somit ist der Verbindungsteile-Satz unverlierbar an der ersten Konstruktion 65 gehalten und einsatzbereit.

Nachstehend wird die Funktionsweise erläutert. Fig. 7 zeigt die bevorzugte Ausführungsform, die unverlierbar in einer ersten Konstruktion 65 gehalten und bereit ist, die erste Konstruktion 65 an einer Unterkonstruktion 70 zu sichern. Der Bolzen ist vollständig zurückgezogen, und es gibt keine Vorspannung. Unter Einsatz eines geeigneten Werkzeugs (nicht gezeigt) dreht der Benutzer den Bolzenkopf und übt gleichzeitig eine nach unten gerichtete Axialkraft auf den Satz aus. Die Rückzugfeder 31 wird in ihr Gehäuse 32 gedruckt, während der nichtvorgespannte Gewindeabschnitt 25 in das Innengewinde der vorbereiteten Öffnung 71 eingreift. Die unterste oder Festlegescheibe 4 5, die an der Fläche

go der ersten Konstruktion anliegt, ermöglicht ein ungehindertes Bewegen des Bolzens relativ zu den Spannscheiben Wenn der Gewindeabschnitt 25 des Bolzens 20 in die Öffnung 71 der Unterkonstruktion eintritt, erstrecken sich die Spannscheiben 40 zuerst jeweils über ihre freie Länge. Der

gc Eingriff des Bolzens in die öffnung 71 der Unterkonstruktion wird fortgesetzt, so daß sich die Spannscheiben 40 durchbiegen, bis der Flansch 54 der Sicherungsmutter auf der Fläche 72 der Unterkonstruktion aufliegt. Erst wenn der

Flansch 54 der Sicherungsmutter zum Aufliegen kommt, ist die erwünschte Vorspannung durch die kontrollierte Kompression der Spannscheiben 40 erreicht. Wenn der Flansch der Sicherungsmutter aufsitzt, spürt der Benutzer den plötzliehen Widerstand gegen weiteres Drehen. So wird durch die Anordnung der Einzelteile dem Benutzer in positiver Weise die fertige Installation angezeigt.

Für den Fachmann ist ersichtlich , daß zur richtigen Benutzung des Verbindungsteile-Satzes bestimmte Höhenbeziehungen wesentlich sind. Es wurde eine Formel entwickelt, um die erwünschten Höhenbeziehungen zu erreichen. Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 ist diese Formel A=B+C+D+E+F-G. Dabei ist A die Bolzenlänge, gemessen von der Unterseite des Bolzenkopfs 21 zur Unterseite der Schulter bzw. des Stanzbereichs 60. B ist der Abstand von der Auflagefläche unter der flachen Scheibe bis zur Fläche 72 der Unterkonstruktion 70, auf der der Flansch der Sicherungsmutter sitzt, nachdem die Vorspannung erreicht ist. C ist die Höhe bzw. Stärke der flachen Scheibe 45. D ist die Höhe des Spannscheibenpakets 40, wenn die Spannscheiben unter Vorspannung stehen. E ist die Höhe des Federgehäuses 32. F ist die Höhe oder Stärke der flachen Scheibe 30. G ist die Höhe der Sicherungsmutter 50. Selbstverständlich können andere Formeln zum Errechnen der geeigneten Bolzenlänge für eine gute Funktionsfähigkeit angewandt werden.

Die vorstehende Beschreibung zeigt die hervorstechenden gO Merkmale auf, nämlich die vorherige unverlierbare Festlegung der verschiedenen Einzelteile vor dem Versand und Einbau; ein allmählicher Vorspannungsaufbau unter Anwendung eines geringen Drehmoments zur Erzielung der erwünschten Belastung; keine Notwendigkeit für irgendwelche gesonderten Meßwerkzeuge, um die Genauigkeit der Endvorspannung zu bestimmen; eine Trennung der Rückzugfeder von dem Vorspan-

1 nungs-Federmechanismus, und eine spezielle, lösbare Sicherungsmutter mit Schulterbereich des Bolzens, wodurch die relativen üngenauigkeiten des Stands der Technik beseitigt werden, bei dem Sicherungselemente nach erfolgter Plazie-

5 rung festzementiert werden mußten.

. Λ3

- Leerseite -

Claims

Ansprüche

1. Unverlierbarer Verbindungsteile-Satz mit kontrollierter Vorspannung zur Festlegung einer ersten Konstruktion an einer zweiten Unterkonstruktion,
gekennzeichnet durch

- ein Befestigungselement (20) vorbestimmter Länge mit einem Ober- und einem Unterende, einem Kopf (21) am Oberende, einem Schaft (24) mit einer Außenwand nahe dem Oberende und einem Gewindeabschnitt (25) nahe dem Unterende, wobei der Außendurchmesser der Außenwand größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts (25) ist;

- Elemente (30, 40, 45) zwischen den Enden des Befestigungselements, die entlang der Außenwand des Schafts (24) unverlierbar gehalten sind und eine vorbestimmte Vorspannung ausüben, wenn mittels des Verbindungsteile-Satzes eine erste Konstruktion (65) an einer zweiten Unterkonstruktion (70) befestigt ist; und

- ein Sicherungsorgan (50) auf dem Befestigungselement (20) zur Festlegung des letzteren und der die Vorspannung ausübenden Elemente (30, 40, 45) in bestimmten Höhenbeziehungen in bezug auf die festgelegte Konstruktion (65) und Unterkonstruktion (70), um so die erwünschte kontrollierte Vorspannung von Konstruktion und Unterkonstruktion zu erzielen.

667-(TRI 85007A)-Schö

2. Unverlierbarer, selbstrückziehbarer Verbindungsteile-Satz mit kontrollierter Vorspannung zum Einbau in eine erste Konstruktion und zur Festlegung an einer zweiten Unterkonstruktion,

gekennzeichnet durch

- ein Befestigungselement (20) vorbestimmter Länge mit einem Oberende, einem Unterende, einem Kopf (21) am Oberende, einem Schaft (24) mit einer Außenwand nahe dem Oberende und einem Gewindeabschnitt (25) nahe dem Unter-

IQ ende, wobei der Außendurchmesser der Außenwand größer als derjenige des Gewindeabschnitts (25) ist;

- zwischen den Enden des Befestigungselements (20) befindliche Elemente (30, 40, 45), die entlang der Außenwand des Schafts (24) unverlierbar gehalten sind und eine vorbestimmte Vorspannung ausüben, wenn der in eine erste Konstruktion (65) eingebaute Verbindungsteile-Satz an einer zweiten Unterkonstruktion (70) festgelegt ist;

- ein von den die Vorspannung ausübenden Elementen (30, 40, 45) getrenntes Element (31), das das Befestigungselement

(20) in eine erste Richtung relativ zur Unterkonstruktion (70), in die es eingebaut ist, vorspannt, wobei das Vorspannelement (31) nahe dem Oberende des Befestigungselements auf dem Schaft (24) unverlierbar gehalten (32) ist; und

- ein Sicherungsorgan (50) auf dem Schaft (24), das das Befestigungselement (20), die die Vorspannung ausübenden Elemente (30, 40, 45) und das Vorspannelement (31, 32) in bezug auf eine Unterkonstruktion (70) positioniert, so daß diese mit einer kontrollierten Vorspannung beauf-

gg schlagt ist.

3. Verbindungsteile-Satz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Vorspannung ausübenden Elemente mehrere Spannscheiben (40) umfassen, die die Außenwand des Schafts (24) umgebend aufeinandergestapelt sind.

χ

4. Verbindungsteile-Satz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Befestigungselement ferner mehrere Vorsprünge (61-64) aufweist, die mit der Außenwand des Schafts (24) einstückig ausgeführt sind und gemeinsam mit dem Bolzenkopf (21) die die Vorspannung ausübenden Elemente (30, 40, 45) und das Vorspannelement (31, 32) auf dem Schaft (24) unverlierbar halten.

IQ

5. Verbindungsteile-Satz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement ferner eine Schulter (60) aufweist, die die Außenwand und den Gewindeabschnitt (25) miteinander verbindet, und daß das Sicherungsorgan eine lösbare Sicherungsmutter (50) umfaßt, die an der Schulter (60) anliegt, wenn das Befestigungselement (20) in die erste Richtung vorgespannt ist.