DE3874719T2

DE3874719T2 - Sich selbst ausrichtender beweglich eingehaengter mutternbefestiger.

Info

Publication number: DE3874719T2
Application number: DE8888308917T
Authority: DE
Inventors: Richard Lewis Elgin; David Jay Harris
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-01-26
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2008-09-27
Also published as: US4830557A; EP0325834A1; EP0325834B1; DE3874719D1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine selbstausrichtende, schwimmende Mutterbefestigungseinrichtung.
Die US-A-4676706 beschreibt eine Mutterklemme gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, die einen aus Kunststoff geformten Körper aufweist, der einen kanalförmigen Teil mit zwei gegenüberliegenden Abschnitten und einem Verlängerungsteil hat, der durch ein Gelenkteil mit einem der gegenüberliegenden Abschnitte vereinigt ist. Das Verlängerungsteil hat einen Mutterhalterungsabschnitt und er kann über einem der gegenüberliegenden Abschnitte überlappend angeordnet werden, wobei eine Mutter in dem Mutterhalterungsabschnitt aufgenommen wird. In diesem Zustand wird eine Platte in dem Raum zwischen den zwei gegenüberliegenden Abschnitten eingepaßt, und ein Bolzen kann durch den kanalförmigen Teil und die Platte eingesetzt und in die Mutter geschraubt werden. Eine derartige Mutterklemme bildet kein selbstausrichtendes Befestigungsglied, da die Mutter in einem festen Eingriff in dem Mutterhalterungsabschnitt ist, wenn er über dem einen der gegenüberliegenden Abschnitte überlappend angeordnet ist.
Bei der Produktion von Strahltriebwerken ist es häufig notwendig, Kanalabschnitte an ihren mit Flanschen versehenen Enden miteinander zu verbinden. In einigen Fällen sind diese Kanalabschnitte aus einem Hochtemperatur- Verbundmaterial hergestellt, wie beispielsweise PMR15 Graphit. Leider haben jedoch Verbundabschnitte, wenn sie einer Belastung ausgesetzt werden, eine Tendenz zur Schichtauflösung an ihrem Flanschradius mit einer daraus resultierenden Verschlechterung der Festigkeit. Um dieses Problem zu vermeiden, werden in die Flanschverbindung sogenannte "Unterstützungs"-Metallplatten eingefügt, um, in der Wirkung, den Flanschradiusteil zu füllen und ihn somit unter Last zusammengedrückt zu halten. Zusätzlich dienen diese Unterstützungsplatten der wichtigen Funktion, die Bolzenklemmkraft zu verteilen, um so eine Zerstörung des Verbundmaterials in der Nähe des Bolzenloches zu vermeiden. Bisher mußten diese Unterstützungsplatten plangefräst oder entsprechend bearbeitet sein, um sicherzustellen, daß die Lagerfläche des Mutterbefestigungsgliedes genau senkrecht zur Bolzenachse ist und somit übermäßige Biegebeanspruchungen in dem Bolzen verhindert werden, wenn dieser auf den erforderlichen Verbindungsklemmdruck angedreht wird. Weiterhin sollte die Mutterlagerfläche der Unterstützungsplatte genau parallel zu den in Eingriff stehenden Oberflächen der Platte und des Verbundflansches sein, um eine gleichförmige Bolzenlastverteilung sicherzustellen.
Es ist es wünschenswert, eine selbstausrichtende Mutterbefestigungseinrichtung zu schaffen. Es ist ferner wünschenswert, eine Fixierung der Mutterbefestigungseinrichtung in einer effektiven fluchtenden Ausrichtung mit dem Bolzenloch, das in den Verbindungsteilen ausgebildet ist, und der Anti-Drehvorrichtung von sowohl der Mutter als auch dem Mutterkäfig zu schaffen, so daß eine Blindmontage und -demontage in einer effizienten und sicheren Weise durchgeführt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Befestigungseinrichtung geschaffen zur Verwendung mit einem Schraubbolzen beim Zusammenklemmen von wenigstens zwei Teilen zur Bildung einer Verbindung, enthaltend eine Scheibe, eine Mutter mit einem nicht-kreisförmigen Umfangsflächenabschnitt; eine Hülse, die mit dem Umfangsflächenabschnitt der Mutter übereinstimmt; einen Käfig, der die Mutter, die Scheibe und die Hülse einschließt, wobei die Mutter im wesentlichen eingepaßt ist und der Umfangsflächenabschnitt der Mutter in der Hülsenöffnung aufgenommen ist, um so eine Drehung der Mutter zu hemmen; eine Befestigungsvorrichtung, die den Käfig an einem der Verbindungsteile befestigt; eine Anti- Drehvorrichtung, die einstückig als eine Verlängerung von dem Käfig oder der Hülse ausgebildet ist für einen Eingriff mit einem der Verbindungsteile, um einer Drehung des Käfigs zu widerstehen; dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine getrennte schwimmende Scheibe mit einem kugelförmigen Oberflächenabschnitt ist und die Mutter einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt aufweist, der komplementär zu dem Oberflächenabschnitt der Scheibe ist, um eine sich selbst ausrichtende schwimmende Mutterbefestigung zu bilden, und daß eine Stützplatte vorgesehen ist, wobei der Käfig eine Oberfläche aufweist, die mit der einen Fläche der Stützplatte in Eingriff ist, wobei die Befestigungsvorrichtung den Käfig an der Stützplatte befestigt.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen:
Figur 1 ein Schnittbild von einer Mutterbefestigungseinrichtung ist, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Mutterbefestigungseinrichtung gemäß Figur 1 ist,
Figur 3 ein Schnittbild entlang der Linie 3-3 in Figur 2 ist,
Figur 4 ein Schnittbild von einer Mutterbefestigungseinrichtung ist, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist,
Figur 5 eine Draufsicht auf die Mutterbefestigungseinrichtung gemäß Figur 4 ist,
Figur 6 ein Schnittbild von einer Mutterbefestigungseinrichtung ist, die gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, und
Figur 7 eine Draufsicht auf die Mutterbefestigungseinrichtung gemäß Figur 6 ist.
Entsprechende Bezugszahlen beziehen sich in den verschiedenen Figuren auf gleiche Teile.
In den Zeichnungen ist die Mutterbefestigungseinrichtung 10 gemäß dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel in der Weise dargestellt, daß sie mit einem Schraubbolzen 12 zusammenarbeitet, um eine Schraubverbindung, die insgesamt mit 13 bezeichnet ist, zwischen zusammenpassenden Flanschen 14a und 16a von beispielsweise einem Hochtemperatur-Verbundkanalabschnitt 14 bzw. einem Metallkanalabschnitt 16 von einem Strahltriebwerks-Abgassystem herzustellen. Weiterhin ist in der Verbindung 13 eine Stützplatte 18 aus Metall enthalten, wobei deren Stützfläche 18a mit der freiliegenden Verbundflanschfläche 14b übereinstimmt und gegen diese geklemmt ist, wobei die freiliegende Verbundflanschfläche 14b den gekrümmten Übergangsflächenabschnitt 14c zwischen dem Verbundflansch und dem Verbundkanalabschnitt enthält. Wie vorstehend ausgeführt wurde, hält die Unterstützung, die durch die Platte 18 an diesem Flanschübergangsradius ausgeübt wird, den Abschnitt des Verbundkanals unter Last zusammengedrückt, und somit wird dort eine Schichtenauflösung (Delamination) im Betrieb vermieden. Diese Stützplatte verteilt auch die Bolzenlast von dem Bolzenloch 15 radial nach außen in dem Verbundflansch 14a und verhindert somit ein Zerquetschen des dazu benachbarten Verbundmaterials.
Wie aus den Figuren 1 bis 3 entnehmbar ist, enthält die Mutterbefestigungseinrichtung 10 einen Käfig, der insgesamt mit 20 bezeichnet ist und der als ein Stanzteil aus Metall gebildet sein kann. Aus dem planaren Körper 22 des Käfigs 20 ist ein rohrförmiger Abschnitt 22a gezogen, der für eine Aufnahme mit enger Passung in einem Bolzenloch 18b bemessen ist, das durch die Stützplatte 18 gebohrt ist. Um den Käfig gegen die Stützplatte 18 zu befestigen, wobei die obere Oberfläche des Käfigkörpers 22 gegen die untere Oberfläche 18c dieses Verbindungsteils sitzt, ist der Endabschnitt 22b des rohrförmigen Abschnittes 22a gesenkgeschmiedet in einen Verriegelungseingriff mit dem abgekanteten Abschnitt 18d des Bolzenloches 18b (Figur 1). Gegen die untere Oberfläche des Käfigkörpers 22 sitzt die obere Oberfläche einer Scheibe 24, deren gegenüberliegende untere Oberfläche 24a, die die Mittelöffnung 24b der Scheibe begrenzt, eine abgestumpfte Kugelkonfiguration hat. Mit dieser Sitzfläche 24a der Scheibe paßt eine komplementäre, abgestumpfte, kugelförmige Sitzfläche 26a einer Mutter 26 zusammen. Vorteilhafterweise sind die Scheibe 24 und die Mutter 26 mit einer Selbstsicherung (nicht gezeigt) kommerziell erhältliche Teile.
Um die Scheibe 24 und die Mutter 26 in ihren in den Figuren 1 und 3 gezeigten Positionen lose zusammenzufügen, ist der Käfig 20 einstückig mit zwei Seiten 28 versehen, die aus der Ebene des Käfigkörpers 22 heraus in gegenüberliegende, hochstehende Positionen im wesentlichen senkrecht dazu gebogen sind. Die Seiten sind mit gegenüberliegenden Schlitzen 28a versehen, durch die die gegenüberliegenden Enden 30a von einer Anti-Drehhülse 30 aufgenommen sind. Diese Hülse bzw. Scheibe ist mit einer Mittelöffnung 30b versehen, durch die der Körper 26b der Mutter 26 lose aufgenommen wird. Die Konfiguration dieser Hülsenöffnung stimmt im allgemeinen mit der nicht-kreisförmigen Umfangsflächenkonfiguration des Bolzenkörpers 26b überein, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beide hexagonal sind. Wenn die Hülse 30 so angeordnet ist, ist sie in einem Reibungseingriff mit einem Rand 26c, der sich in radialer Richtung über den Mutterkörper 26b hinauserstreckt. Somit ist ersichtlich, daß der Käfig 20 und die Hülse 30 kooperieren, um die Scheibe 24 und die Mutter 26 in einer im wesentlichen axialen Ausrichtung mit dem Bolzenloch 15 lose einzuschließen. Diese Einschließung ist so, daß der Bolzen und die Scheibe frei sind, ihre Positionen beim Einschrauben des Bolzens 12 durch die Mutterbohrung 26d zu verschieben, um so mit der Bolzenachse präzise fluchtend ausgerichtet zu werden. Diese Selbstausrichtung wird erleichtert durch eine Erweiterung des Mutterbohrungseintrittes, wie es bei 26e dargestellt ist. Das Einschrauben des Bolzens durch die Mutter, um die Verbindung 13 herzustellen, kann somit in einer leichten, nicht-bindenden Weise durchgeführt werden. Zusätzlich hemmen der Käfig und die Hülse ein Drehen der Mutter, wenn der Bolzen angezogen wird, um eine Montage in solchen Situationen zu ermöglichen, wo die Mutterbefestigungseinrichtung 10 unzugänglich, d.h. "blind", ist. Es bleibt aber noch, ein Drehen der Mutterbefestigungseinrichtung während der Bolzenmontage zu hemmen, und zu diesem Zweck wird der planare Körper 22 des Käfigs 20 einstückig mit einer Verlängerung oder einem Schenkel 32 versehen, dessen Ende um die Ecke der Stützplatte 18 herumgebogen wird, um einen Fuß 32a zu bilden für einen Eingriff mit der Kantenfläche 18d der Stützplatte, die senkrecht zu dem Käfigkörper ist.
Somit wird deutlich, daß durch die kugelförmigen Lager- und Sitzflächen der Mutter und der Scheibe eine Schwenkbewegung erreicht wird, um die Situation zu beherrschen, wo die Käfiglagerfläche 18c der Stützplatte 18 nicht genau senkrecht zur Bolzenachse ist. Diese Schwenkbewegung beherrscht auch die Situation, wo die Bolzenachse nicht genau parallel zur Bolzenlochachse ist. In beiden Fällen richtet die mit einer Kugelfläche versehene Mutter selbständig ihre Winkelstellung gegen die mit einer Kugelfläche versehene Scheibe aus, wenn der Bolzen angezogen wird, und somit wird die Bolzenlast im wesentlichen gleichförmig durch die Scheibe auf den Käfigkörper und die Stützplatte verteilt. Weiterhin wird eine übermäßige Biegebeanspruchung in dem Bolzen vermieden. Da die Stützplattenfläche 18c nicht genau senkrecht zur Bolzenachse und auch parallel zur zusammengesetzten Flanschfläche 14b zu sein braucht, wird eine glatt und eben gefräste Auflagefläche um das Bohrloch herum oder eine Präzisionsbearbeitung der Oberfläche 18c unnötig, was wesentliche Kosteneinsparungen bedeutet.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Figuren 4 und 5 verwendet eine Mutterbefestigungseinrichtung, die allgemein mit 40 bezeichnet ist, eine vereinfachte Form des Käfigs, der bei 42 gezeigt ist und einen planaren Körper 44 mit einer einstückigen Verlängerung 44a aufweist, die mit zwei Löchern 44b versehen ist, um Nieten 46 aufzunehmen, die die Mutterbefestigungseinrichtung an der Stützplatte 18 befestigen. Es wird deutlich, daß diese Nieten mit der Käfigverlängerung 44a auch als Anti-Drehmittel dienen, um eine Drehung der Mutterbefestigungseinrichtung 40 während der Bolzenmontage zu hemmen. Selbstverständlich könnten auch andere Formen von Befestigungselementen, wie beispielsweise Schrauben, verwendet werden.
Um die mit einer Kugelfläche versehene Scheibe 24 und die mit einer Kugelfläche versehene Mutter 26 lose zu umschließen, ist der Käfig 42 mit zwei gegenüberliegenden Seiten 48 versehen, die aus der Ebene des planaren Körpers 44 in dazu senkrechte Positionen gebogen sind. Anstelle einer getrennten Anti-Drehhülse der Mutter, wie bei der Mutterbefestigungseinrichtung 10 gemäß den Figuren 1 bis 3, ist der Käfig der Mutterbefestigungseinrichtung 40 mit einer einstückig ausgebildeten Anti-Drehhülse der Mutter versehen, indem die Endabschnitte 48a der Seiten 48 in Richtung aufeinander zu gebogen werden, um semi-hexagonal geformte Aussparungen 48b in enger Umschließung mit der hexagonalen Umfangsfläche des Mutterkörpers 26b und in in einem Reibeingriff mit dem Mutterrand 26c anzuordnen. Somit wird eine Drehung der eingeschlossenen Mutter während der Bolzenmontage durch den Anti-Drehhülsenabschnitt des Käfigs 42 verhindert.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Figuren 6 und 7 enthält eine Mutterbefestigungseinrichtung, die allgemein mit 50 bezeichnet ist, einen Käfig 52 mit einem planaren Körper 54, aus dem ein rohrförmiger Abschnitt 54a gezogen ist für eine Aufnahme mit enger Passung in dem Bolzenloch 18b, das in die Stützplatte 18 gebohrt ist. Der Endabschnitt 54b ist eingeschnürt in einen Eingriff mit dem abgekanteten Abschnitt des Bolzenloches 18b, um die Mutterbefestigungseinrichtung 50 an der Stützplatte in der gleichen Weise zu befestigen, wie die Mutterbefestigungseinrichtung 10 gemäß den Figuren 1 bis 3. Um die mit einer Kugelfläche versehene Scheibe 24 und die mit einer Kugelfläche versehene Mutter 26 lose einzuschließen, sind zwei gegenüberliegende Seiten 56 aus der Ebene des Körpers 54 in dazu senkrechte Positionen gebogen. Die Endabschnitte 56a dieser Seiten sind umgebogen, um semi-hexagonal geformte Aussparungen 56b in enger Umschließung zu der hexagonalen Umfangsfläche des Mutterkörpers 26b für Antidrehzwecke und in einem Reibeingriff mit dem Mutterrand 26c anzuordnen. Zusätzlich zu der Mutter und der Scheibe nimmt der Käfig 52 auch eine weitere Anti-Drehhülse 58 der Mutter mit einer hexagonal geformten Öffnung 58a auf, in der der Körper 26b der Mutter 26 aufgenommen ist, wie im Fall der Mutterbefestigungseinrichtung 10 gemäß den Figuren 1 bis 3.
In Abweichung von diesem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Anti-Drehfunktion für die Mutterbefestigungseinrichtung 50 durch eine Verlängerung einer Anti-Verdrehungshülse 58 für die Mutter, anstatt durch eine Verlängerung des planaren Käfigkörpers, ausgeübt. Wie aus den Figuren 6 und 7 ersichtlich ist, ist die Hülse 58 mit einer Verlängerung 58b versehen, die durch eine offene Seite des Käfigs 52 nach außen ragt und gegabelt ist, um zwei Lappen 58c zu bilden, die in eine Eingriffsrelation mit der Randfläche 18d der Stützplatte 18 hochgebogen ist, um eine Drehung der Mutterbefestigungseinrichtung 50 während der Bolzenmontage zu hemmen. Somit wird deutlich, daß ein Einschließen der Scheibe, der Mutter und der Hülse durch den Käfig 52 dadurch erreicht werden könnte, daß freie Endabschnitte der Käfigseiten umgebogen werden, um so nur die Kantenabschnitte der Hülse zu überlappen, und in diesem Fall würde die Hülse 58 allein für die erforderliche Anti-Verdrehfunktion für die Mutter sorgen.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß alle funktionalen Vorteile, wie sie vorstehend bezüglich der Mutterbefestigungseinrichtung 10 gemäß den Figuren 1 bis 32 beschrieben wurden, in gleicher Weise auf die Mutterbefestigungseinrichtung 40 gemäß den Figuren 4 und 5 und die Mutterbefestigungseinrichtung 50 gemäß den Figuren 6 und 7 zutreffen.
Somit wurden verbesserte Ausführungsbeispiele von Mutterbefestigungseinrichtungen beschrieben zum Herstellen einer Schraubverbindung, wobei die Mutter in einer Weise eingeschlossen wird, daß eine begrenzte, schwimmende, planare Bewegung aufgenommen wird. Die Mutter ist in einer sich im Winkel selbstausrichtenden Weise eingeschlossen und eliminiert somit das Erfordernis für ein Planfräsen der Auflagefläche der Befestigungseinrichtung. Weiterhin ist die Mutterbefestigungseinrichtung an einem der Verbindungsteile befestigt, und sowohl die Mutter als auch ihr Käfig sind in einer effizienten und praktischen Weise gegen Drehung (Anti-Verdrehung) gesichert.
Die Mutterbefestigungseinrichtung ist kostengünstig in der Fertigung, sie hat ein geringes Gewicht, sie ist kompakt und einfach in der Anwendung und wenigstens einige ihrer Teile sind im Handel erhältlich.

Claims

1. Befestigungseinrichtung (10) zur Verwendung mit einem Bolzen (12) beim Zusammenklemmen von zwei Teilen (14a, 16a) zur Bildung einer Verbindung, enthaltend:

eine Scheibe (24),

eine Mutter (26) mit einem nicht-kreisförmigen Umfangsflächenabschnitt (26b),

eine Hülse (30, 48, 50), die mit dem Umfangsflächenabschnitt (26b) der Mutter übereinstimmt,

einen Käfig (20, 42, 52), der die Mutter (26), die Scheibe (24) und die Hülse einschließt, wobei die Mutter im wesentlichen eingepaßt ist und der Umfangsflächenabschnitt der Mutter in der Hülsenöffnung aufgenommen ist, um so eine Drehung der Mutter zu hemmen,

eine Vorrichtung (22a, 46, 54a), die den Käfig an einem der Verbindungsteile befestigt,

eine Anti-Drehvorrichtung (32a, 44a, 58c), die einstückig als eine Verlängerung von dem Käfig oder der Hülse ausgebildet ist für einen Eingriff mit einem der Verbindungsteile, um eine Drehung des Käfigs zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß

die Scheibe eine getrennte schwimmende Scheibe (24) mit einem kugelförmigen Oberflächenabschnitt (24a) ist und die Mutter (26) einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt (26a) aufweist, der komplementär zu dem Oberflächenabschnitt (24a) der Scheibe ist, um eine sich selbst ausrichtende schwimmende Mutterbefestigung zu bilden,

und eine Stützplatte (18) vorgesehen ist, wobei der Käfig eine Oberfläche aufweist, die mit der einen Fläche der Stützplatte in Eingriff ist, wobei die Befestigungsvorrichtung (22a, 46, 54a) den Käfig (20, 42, 52) an der Stützplatte (18) befestigt.

2. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Käfig (20) einen planaren Körper (22) mit zwei gegenüberliegenden Seiten (28), die auf dem Körper stehen, und mit gegenüberliegenden Schlitzen (28a) aufweist, die in den Seiten ausgebildet sind, wobei die Hülse (30) gegenüberliegende Flügel (30a) aufweist, die in den Seitenschlitzen aufgenommen sind.

3. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Käfig (20) einen planaren Körper (22, 54) aufweist, die Befestigungseinrichtung einen rohrförmigen Abschnitt (22a, 54a) aufweist, der von dem planaren Körper gezogen ist, um in einem Bolzenloch (18b) aufgenommen zu werden, das in der Stützplatte (18) ausgebildet ist, und der Endabschnitt (22b, 54b) des rohrförmigen Abschnittes gesenkgeschmiedet ist für einen verriegelnden Eingriff mit der Stützplatte (18).

4. Bestigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Käfig einen planaren Körper (22, 54) aufweist und die Anti- Drehvorrichtung eine Verlängerung (32a) aufweist, die umgebogen ist in einen Eingriff mit einer Randfläche (18d) der Stützplatte (18) senkrecht zu dem planaren Käfigkörper.

5. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Käfig (42) einen planaren Körper (44) aufweist und die Befestigungs- und Anti-Drehvorrichtung eine Verlängerung (44a) des planaren Käfigkörpers mit Löchern (44b) darin aufweist zum Aufnehmen von Befestigungselementen (46) zum Befestigen des planaren Körpers wenigstens an der Stützplatte.

6. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Käfig (42) einen planaren Körper (44) mit zwei gegenüberliegenden Seiten (48) aufweist, die darauf stehen, und wobei der Käfig ferner Verlängerungen (48a) der Seiten aufweist, die in eine umhüllende Relation zu der Hülse (48b) und in eine eine Drehung hemmende Relation mit der Umfangsfläche (26b) der Mutter umgebogen ist.