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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Befestigungselemente, und insbesondere
Ziehdorn-Befestigungselemente, auf die ein Ansatz gequetscht sein kann
oder an denen eine Vorrichtung mit einem Innengewinde, etwa eine
Gewindemutter oder ein Gewindeansatz, angezogen sein kann.
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Beschreibung des Stands
der Technik:
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Befestigungselemente
dieses Typs, die in der Luftfahrtindustrie verwendet werden, umfassen solche,
die durch einen Quetschvorgang montiert werden, und solche, an denen
eine Vorrichtung mit einem Innengewinde, etwa eine Gewindemutter
oder ein Gewindeansatz, angezogen sein kann. Quetschen ist ein Prozess
zum Verringern der Querschnittsfläche eines Teils durch Verwenden
eines hammerartigen oder stempelartigen Werkzeugs, um Druckkräfte auf
die Außenfläche des
Teils auszuüben.
Quetschvorgänge
für ein
Befestigungselement umfassen das Verschieben eines Quetschansatzes über einen
Abschnitt eines Befestigungselements, der eine Reihe von Arretiernuten
aufweist. Der Befestigungsansatz umfasst eine Innenfläche, die
typischerweise glatt und ausreichend groß ist, um mit einer Spielpassung über die
Arretiernuten des Befestigungselements zu passen. Der Quetschansatz
weist ebenfalls eine ausreichende Dicke auf, so dass bei Durchführen des
Quetschvorgangs Material zwangsweise von dem Quetschansatz in die
Arretiernuten am Befestigungselement gebracht werden kann, wodurch
der Befestigungsansatz am Befestigungselement arretiert werden kann.
Da das Quetschansatzmaterial zwangsweise in die Arretiernuten gebracht werden
muss, ist das Quetschansatzmaterial typischerweise weicher als als
das Material, das in den Arretiernuten enthalten ist.
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Befestigungselemente,
die durch einen Quetschvorgang montiert werden, umfassen allgemein
solche, die einen Ziehdornabschnitt aufweisen, und solche, die keinen
Ziehdornabschnitt aufweisen. Einen Ziehdornabschnitt aufweisende
Befestigungselemente umfassen einen Bolzen, mit einem vergrößerten vorstehenden
Kopf am einem proximalen Ende des Befestigungselements. Der Kopf
umfasst eine distale Fläche,
die mit einer Oberfläche
eines Werkstücks
in Kontakt steht. Distal zum Kopf befindet sich ein glatter Schaftabschnitt,
derart ausgebildet ist, dass er innerhalb im Wesentlichen fluchtender Löcher innerhalb
einer Reihe von Werkstücken
aufgenommen ist. Der glatte Schaftabschnitt kann eine Spielpassung
oder einen Presssitz mit den fluchtenden Löchern in dem Werkstück bereitstellen.
Distal zum glatten Schaftabschnitt befindet sich ein Arretierschaftabschnitt,
der eine Mehrzahl von im Umfangsrichtung verlaufenden ringförmigen Arretiernuten
aufweist. Alternativ könne
einige Bolzen Arretiernuten aufweisen, die anstelle des ringförmigen Musters
ein helixförmiges
Muster aufweisen. Die Arretiernuten sind derart konfiguriert, dass
sie während
eines Quetschvorgangs mit einem Quetschansatz in Eingriff gelangen.
Distal zum Arretierschaftabschnitt befindet sich ein Ziehdornabschnitt,
der von dem Arretierschaftabschnitt durch eine Abbruchnut getrennt sein
kann.
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Zur
Anbringung des Bolzens, wird der Ziehdornabschnitt in die fluchtenden
Löcher
innerhalb der Reihe von Werkstücken
eingeführt,
bis er von dem Loch auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks vorsteht.
Für Bolzen,
die an dem glatten Schaftabschnitt einen Presssitz aufweisen, wird
ein Werkzeug verwendet, um durch Ziehen an dem Ziehdornabschnitt
den glatten Schaftabschnitt in das Loch zu ziehen, bis eine distale
Fläche
am Kopf mit einer Fläche
des Werkstücks
in Kontakt gelangt. Unter Ausbildung eines Presssitzes ist ist der
Bolzen innerhalb des Werkstücks
durch auf den glatten Schaftabschnitt ausgeübte Kompressionskräfte von wenigstens
einem der fluchtenden Löcher
gehalten. Hierbei kann das Werkzeug noch weiter einen Zug auf den
Ziehdornabschnitt ausüben,
bis eine ausreichende Zugkraft erreicht wird, um den Ziehdornabschnitt
an der Abbruchnut von dem übrigen
Teil des Bolzens abzubrechen. Dann kann der Quetschansatz über den
Arretierschaftabschnitt verschoben und an seine Stelle gequetscht
werden.
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Um
einen Bolzen mit einem eine Spielpassung bereitstellenden glatten
Schaftabschnitt anzubringen, wird der Ziehdornabschnitt in die fluchtenden
Löcher
eingeführt
und durch das Loch geführt, bis
die distale Fläche
des Kopfes mit einer Fläche des
Werkstücks
in Kontakt gelangt. Der Quetschansatz kann dann als Vorbereitung
für den
Quetschvorgang über
den Arretierschaftabschnitt verschoben werden. Das Werkzeug kann
während
des Quetschvorgangs eine Zugspannung auf den Ziehdornabschnitt ausüben, um
den Bolzen an seiner Stellen zu halten. Um den Bolzen nach dem Quetschvorgang unter
Spannung zu halten, kann das Werkzeug während des Quetschvorgangs eine
relativ hohe Zugspannung auf den Ziehdornabschnitt ausüben, wodurch
das Befestigungselement in einem Vorspannzustand arretiert wird.
Nachdem der Quetschansatz auf die Arretiernuten gequetscht ist,
kann der Ziehdornabschnitt solange weiter unter Spannung gesetzt
werden, bis er an der Abbruchnut von dem übrigen Bolzen abbricht.
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Durch
einen Quetschvorgang montierte Befestigungselemente, die keinen
Ziehdornabschnitt umfassen, umfassen einen Bolzen mit einem vergrößerten Vorsprungskopf, einem glatten Schaftabschnitt
und einem Arretierschaftabschnitt. Wie bei den Befestigungselementen,
die einen Ziehdornabschnitt umfassen, ist der glatte Schaftabschnitt
dazu ausgebildet, innerhalb fluchtender Löcher innerhalb einer Reihe
von Werkstücken
aufgenommen zu sein, und kann entweder eine Spielpassung oder einen Presssitz
bereitstellen. Ebenso kann ähnlich
wie bei Befestigungselementen, die einen Ziehdornabschnitt umfassen,
der Arretierschaftabschnitt eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung
verlaufenden ringförmigen Arretiernuten
oder Arretiernuten mit einem helixförmigen Muster aufweisen.
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Zur
Anbringung eines Befestigungselements, welches einen glatten Schaftabschnitt
mit einem Presssitz und keinen Ziehdornabschnitt aufweist, wird der
Arretierschaftabschnitt in die fluchtenden Löcher innerhalb der Reihe von
Werkstücken von
einer Seite eingeführt,
bis er von der gegenüberliegenden
Seite des Werkstücks
vorsteht. Ein Werkzeug kann verwendet werden, um den glatten Schaftabschnitt
durch Ziehen an dem Arretierschaftabschnitt in die fluchtenden Löcher zu
ziehen, bis die distale Fläche
des Kopfes mit dem Werkstück
in Kontakt gelangt. Der Bolzen ist innerhalb des Werkstücks durch
auf den glatten Schaftabschnitt ausgeübte Kompressionskräfte von
wenigstens einem fluchtenden Löcher
gehalten. Mit dem auf diese Weise gehaltenen Bolzen kann der Quetschansatz über die
Arretiernuten verschoben werden und ein Werkzeug kann kann den Ansatz
auf die Arretiernuten des Arretierschaftabschnitts quetschen.
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Befestigungselemente,
die einen glatten Schaftabschnitt umfassen, der eine Spielpassung und
keine Ziehdornabschnitt aufweist, können ein Loch mit Gewinde an
einer Fläche
am distalen Ende des Befestigungselements aufweisen, oder andere Mittel
aufweisen, durch die das Werkzeug in den Arretierschaftabschnitt
des Bolzens eingreifen kann, um den Bolzen für den Quetschvorgang zu halten. Um
ein solches Befestigungselement zu montieren, wird der Arretierschaftabschnitt
in die fluchtenden Löcher
innerhalb der Reihe von Werkstücken
von einer Seite eingeführt,
bis er von der gegenüberliegenden Seite
der Werkstücke
vorsteht und die distale Fläche des
Kopfes mit dem Werkstück
in Kontakt gelangt. Der Quetschansatz kann dann als Vorbereitung
zum Quetschvorgang über
den Arretierschaftabschnitt verschoben werden. Das Werkzeug kann
eine leichte Zugbelasstung auf den Bolzen durch das Gewindeloch
oder ein anderes Werkzeugeingriffsmittel während des Quetschvorgangs ausüben, um
den Bolzen an seiner Stelle zu halten. Um den Bolzen nach dem Quetschvorgang
unter Spannung zu halten, kann das Werkzeug während des Quetschvorgangs alternativ
eine relativ hohe Zugbelastung durch das Gewindeloch oder ein anderes
Eingriffsmittel ausüben, wodurch
das Befestigungselement in einem vorgespannten Zustand arretiert
wird.
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Die
US 6 325 582 offenbart ein
zweiteiliges Befestigungssystem, umfassend einen Bolzen mit einem
länglichen
Schaft, einen Arretiernutabschnitt mit Arretiernuten, einer Abbruchnut
und einem Drehbolzenabschnitt. Das Befestigungselementumfasst darüber hinaus
einen Ansatz, der zur Befestigung von Werkstücken aneinander auf den Arretiernutabschnitt
gequetscht wird.
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Befestigungselemente,
die dadurch montiert werden, dass eine Gewindemutter oder ein Gewindeansatz
an denselben angezogen wird, umfassen ebenfalls solche, welche einen
Ziehdornabschnitt aufweisen, und solche, welche keinen Ziehdornabschnitt
aufweisen. Befestigungselemente, die einen Ziehdornabschnitt aufweisen,
umfassen einen Bolzen mit einem vergrößerten Vorsprungskopf an einem
proximalen Ende des Befestigungselements und mit einer distalen
Fläche,
die mit einer Fläche
eines Werkstücks
in Kontakt gelangt. Dem Kopf benachbart ist ein glatter Schaftabschnitt,
der dafür
ausgebildet ist, innerhalb der fluchtenden Löcher innerhalb der Reihe von
Werkstücken
aufgenommen zu werden. Der glatte Abschnitt kann entweder eine Spielpassung
oder einen Presssitz mit den fluchtenden Löchern in dem Werkstück bereitstellen.
Distal zu dem glatten Schaftabschnitt befindet sich ein mit Gewinde
versehener Schaftabschnitt, der ein Standardgewinde zur Aufnahme
einer Gewindenut oder eines Gewindeansatzes umfasst. Distal zu dem
mit Gewinde versehenen Abschnitt befindet sich ein Ziehdornabschnitt,
der von dem mit Gewinde versehenen Abschnitt durch eine Abbruchnut
getrennt sein kann.
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Das
Montieren des Bolzens, der derart konfiguriert ist, dass an ihm
eine Gewindenut oder eine Gewindeansatz angezogen wird, und der
einen Ziehdornabschnitt aufweist, ist ähnlich zum Montieren des Bolzens,
der derart konfiguriert ist, dass er durch einen Quetschvorgang
montiert wird, und der einen Ziehdornabschnitt aufweist. Der Ziehdornabschnitt wird
in die fluchtenden Löcher
innerhalb des Werkstücks
eingeführt,
bis er von der gegenüberliegenden Seite
des Werkstücks
vorsteht. Für
Bolzen mit einem Presssitz an dem glatten Schaftabschnitt wird ein Werkzeug
verwendet, um den glatten Schaftabschnitt durch Ziehen am Ziehdornabschnitt
in die fluchtenden Löcher
zu ziehen, bis die distale Fläche am
Kopf mit einer Fläche
des Werkstücks
in Kontakt gelangt. Unter Ausbildung eines Presssitzes ist ist der
Bolzen innerhalb des Werkstücks
durch auf den glatten Schaftabschnitt ausgeübte Kompressionskräfte von
wenigstens einem der fluchtenden Löcher gehalten. Das Werkzeug
kann noch weiter einen Zug auf den Ziehdornabschnitt ausüben, bis
eine ausreichende Zugkraft erreicht wird, um den Ziehdornabschnitt
an der Abbruchnut von dem übrigen
Teil des Bolzens abzubrechen. Dann kann die Gewindenut oder der
Gewindeansatz an dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt des
Bolzens angezogen werden.
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Zur
Anbringung des mit Gewinde versehenen Bolzens mit einem glatten
Schaftabschnitt, der eine Spielpassung bereitstellt, wird der Ziehdornabschnitt
in die fluchtenden Löcher
eingeführt
und durch die fluchtenden Löcher
vorwärts
bewegt, bis die distale Fläche
des Kopfes mit einer Fläche
des Werkstücks
in Kontakt gelangt. Die Gewindenut oder der Gewindeansatz kann dann über den
Ziehdornabschnitt verschoben werden. Dann kann, während eine
leichte Zugspannung auf den Ziehdornabschnitt ausgeübt wird,
die Gewindenut oder der Gewindeansatz an dem mit Gewinde versehenen
Schaftabschnitt angezogen werden. Um den Bolzen in einen Vorspannungszustand
zu bringen, kann das Werkzeug alternativ während des Anziehvorgangs eine
relativ große
Zugspannung auf den Ziehdornabschnitt ausüben. Nachdem die Gewindenut
oder der Gewindeansatz an dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt
angezogen ist, kann der Ziehdornabschnitt solange weiter unter Spannung
gezogen werden, bis er an der Abbruchnut von dem übrigen Bolzen
abbricht.
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Befestigungselemente,
die dadurch angebracht werden, dass eine Gewindenut oder ein Gewindeansatz
an ihnen angezogen wird, und die keinen Ziehdornabschnitt umfassen,
umfassen einen Bolzen mit einem vergrößerten Vorsprungskopf, einen
glatten Schaftabschnitt und einen mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt.
Wie bei Befestigungselementen, die einen Ziehdornabschnitt umfassen,
ist der glatte Schaftabschnitt dazu ausgebildet, innerhalb der fluchtender
Löcher
innerhalb einer Reihe von Werkstücken
aufgenommen zu werden und kann eine Spielpassung oder einen Presssitz
be reitstellen.
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Zur
Anbringung des mit Gewinde versehenen Bolzens mit einem glatten
Schaftabschnitt, der einen Presssitz und keinen Ziehdornabschnitt
aufweist, wird der mit Gewinde versehene Schaftabschnitt in die
fluchtenden Löcher
innerhalb der Reihe von Werkstücken
von einer Seite eingeführt,
bis er von der gegenüberliegenden
Seite des Werkstücks vorsteht.
Ein Werkzeug kann verwendet werden, um den glatten Schaftabschnitt
durch Ziehen an dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt in die
fluchtenden Löcher
zu ziehen, bis die distale Fläche
des Kopfes mit dem Werkstück
in Kontakt gelangt. Der Bolzen ist innerhalb des Werkstücks durch
auf den glatten Schaftabschnitt ausgeübte Kompressionskräfte von
wenigstens einem der fluchtenden Löcher gehalten. Mit dem auf
diese Weise gehaltenen Bolzen kann die Gewindemutter oder der Gewindeansatz
an den Gewindegängen
des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt angezogen werden.
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Mit
Gewinde versehene Bolzen, die einen glatten Schaftabschnitt umfassen,
der eine Spielpassung und keinen Ziehdornabschnitt aufweist, können ein
Gewindeloch an einer Fläche
am distalen Ende des Befestigungselements oder ein anderes Mittel umfassen,
durch das das Werkzeug in den mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt
des Bolzens eingreifen kann, um den Bolzen für den Anziehvorgang zu halten.
Um diese Befestigungselemente anzubringen, wird der mit Gewinde
versehene Schaftabschnitt in die fluchtenden Löcher innerhalb der Reihe von
Werkstücken
von einer Seite eingeführt,
bis er von der gegenüberliegenden
Seite des Werkstücks vorsteht
und die distale Fläche
des Kopfes mit dem Werkstück
in Kontakt gelangt. Die Gewindemutter oder der Gewindeansatz kann
dann an dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt angezogen werden.
Um die Gewindemutter oder den Gewindeansatz an dem Bolzen anzuziehen,
kann das Werkzeug eine leichte Zugspannung auf den Bolzen durch
das Gewindeloch oder ein anderes Werkzeugeingriffsmittel ausüben, um
den Bolzen an seiner Stelle zu halten. Um den Bolzen in einen vorgespannten
Zustand zu versetzen, kann alternativ während des Anziehvorgangs das
Werkzeug durch das Ge windeloch oder ein anderes Eingriffsmittel
eine relativ hohe Zugspannung ausüben.
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Da
sowohl Befestigungselemente, die durch einen Quetschvorgang angebracht
werden als auch Befestigungselemente, die dadurch angebracht werden,
dass eine Gewindemutter oder ein Gewindeansatz an ihnen angezogen
wird, in der Industrie, etwa der Luftfahrtindustrie, weit verbreitet
sind, haben Hersteller beide Typen von Befestigungselementen im Bestand.
Die Aufnahme in den Bestand und Verwendung beider Typen von Befestigungselementen
trägt signifikant
zu den Kosten bei der Herstellung von Flugzeugen bei. Daher erkannten
Fachleute einen Bedarf für
ein Befestigungselement, das mit mehreren Montierungsmitteln verwendet
werden kann, so dass die Menge von Typen von Befestigungselementen,
die von Flugzeugherstellern verwendet werden, verringert werden
kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Kurz
und allgemein ausgedrückt,
ist die vorliegende Erfindung auf ein Befestigungselement gerichtet,
das in einem Werkstück
entweder durch Quetsch- oder
durch Anziehverfahren angebracht werden kann, so dass die Typen
von durch Hersteller verwendeten Befestigungselementen verringert
werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Befestigungselement bereitgestellt, dass in wenigstens
einem Werkstück
durch dem Montieren eines Befestigungselements dienende Quetsch-
oder Anziehverfahren angebracht werden kann, wie in den angefügten Ansprüchen beansprucht.
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In
einem detaillierten Aspekt der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Länge
des glatten Schaftabschnitts ausreichend, dass dieser von einer
Fläche
auf einer zweiten Seite des wenigstens einen Werkstücks vorsteht,
während eine
distale Fläche
des Kopfes sich in Kontakt mit einer Fläche auf einer ersten Seite
des wenigstens einen Werkstücks
be findet. In einer anderen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
ist die Länge des
glatten Schaftabschnitts nicht ausreichend, dass dieser von einer
Fläche
auf einer zweiten Seite des wenigstens einen Werkstücks vorsteht,
während
eine distale Fläche
des Kopfes sich in Kontakt mit einer Fläche auf einer ersten Seite
des wenigstens einen Werkstücks
befindet. Das Mittel zum Eingriff des Werkzeugs in den Drehbolzenabschnitt
kann eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Ringnuten
umfassen. In einer weiter gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
ist die Bruchfestigkeit der Abbruchnut durch den vierten Durchmesser
der Abbruchnut und die Festigkeit des Befestigungselementmaterials
im Bereich der Abbruchnut eingerichtet. In einer zusätzlichen
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Abbruchnut eine erste sich konisch verjüngende Fläche, die
sich distal von dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt zu der Längsachse
des Befestigungselements hin verjüngt. Die Abbruchnut umfasst
ferner eine zweite sich konisch verjüngende Fläche, die sich proximal von
dem Drehbolzenabschnitt zu der Längsachse
des Befestigungselements hin verjüngt. Eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung
verlaufende Schnittlinie ist zwischen der ersten sich konisch verjüngenden
Fläche und
der zweiten sich konisch verjüngenden
Fläche angeordnet.
Ferner ist ein ein Radius mit eingerichteter Abmessung an der Schnittlinie
der ersten sich konisch verjüngenden
Fläche
und der zweiten sich konisch verjüngenden Fläche angeordnet.
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Das
Befestigungselement kann durch einen Quetschvorgang angebracht werden.
Das Verfahren zum Anbringen des des Befestigungselements durch einen
Quetschvorgang umfasst das Bereitstellen eines Befestigungselements
und wenigstens eines Werkstücks.
Das wenigstens eine Werkstück
umfasst ein hindurchgehendes Loch, welches eine Spielpassung mit
dem glatten Schaftabschnitt des Befestigungselements bereitstellt.
Der Drehbolzenabschnitt des Befestigungselements wird in das Loch innerhalb
des wenigstens einen Werkstücks
von einer ersten Seite des wenigstens einen Werkstücks her
eingeführt.
Das Befestigungselement wird in distaler Richtung bewegt, bis der
Drehbolzenabschnitt von einer Fläche
auf einer zweiten Seite des wenigstens einen Werkstücks vorsteht
und die distale Fläche
des Kopfes in Kontakt mit einer Fläche auf der ersten Seite des
wenigstens einen Werkstücks
gelangt. Ein weiterer Schritt umfasst das Bereitstellen eines Quetschansatzes,
der eine im Wesentlichen glatte Innenfläche aufweist und eine Spielpassung zwischen
dem Quetschansatz und dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt
bereitstellt. Der Quetschansatz wird in proximaler Richtung über den Drehbolzenabschnitt
und den mit Gewinde versehenen Abschnitt des Befestigungselements
verschoben, bis der Quetschansatz auf die zweite Seite des wenigstens
einen Werkstücks
folgend angeordnet ist. Ein Werkzeug wird in Eingriff mit dem Drehbolzenabschnitt
gebracht und zieht das Befestigungselement in distaler Richtung
unter Spannung. Das Werkzeug schiebt auch den Quetschansatz in proximaler
Richtung gegen die zweite Seite des wenigstens einen Werkstücks und
quetscht den Quetschansatz auf den mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt
des Befestigungselements, bis der Quetschansatz die Gewindegänge an dem
mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt im Wesentlichen ausfüllt. Bei
auf den mit Gewinde versehenen Abschnitt des Befestigungselements
gequetschtem Quetschansatz erhöht
das Werkzeug die Spannung am Drehbolzenabschnitt des Befestigungselements,
bis der vorgewählte Spannungsbereich
erreicht wird und das Befestigungselement an der Abbruchnut abbricht.
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Alternativ
kann das Befestigungselement durch einen Anziehvorgang montiert
werden. Dieses Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Befestigungselements
und wenigstens eines Werkstücks. Das
wenigstens eine Werkstück
umfasst ein hindurchgehendes Loch, welches eine Spielpassung mit dem
glatten Schaftabschnitt des Befestigungselements bereitstellt. Der
Drehbolzenabschnitt des Befestigungselements wird in das Loch innerhalb
des wenigstens einen Werkstücks
von einer ersten Seite des wenigstens einen Werkstücks her
eingeführt. Das
Befestigungselement wird in distaler Richtung bewegt, bis der Drehbolzenabschnitt
von einer Fläche
auf einer zweiten Seite des wenigstens einen Werkstücks vorsteht
und die distale Fläche
des Kopfes in Kontakt mit einer Fläche auf der ersten Seite des
wenigs tens einen Werkstücks
gelangt. Ein weiterer Schritt umfasst das Bereitstellen der mit
einem Innengewinde versehenen Vorrichtung und Verschieben der mit
Innengewinde versehenen Vorrichtung in proximaler Richtung über den
Drehbolzenabschnitt. Ein Werkzeug wird in Eingriff mit dem Drehbolzenabschnitt
gebracht und zieht das Befestigungselement in distaler Richtung
unter Spannung, während
es verhindert, dass das Befestigungselement sich dreht. Das Werkzeug
zieht auch die mit Innengewinde versehene Vorrichtung an dem mit
Gewinde versehenen Schaftabschnitt an, bis eine gewünschte Torsionsbelastung
erreicht wird. Bei an dem Befestigungselement angezogener Vorrichtung
mit Innengewinde erhöht
das Werkzeug die Spannung am Drehbolzenabschnitt des Befestigungselements,
bis der vorgewählte
Spannungsbereich erreicht wird und das Befestigungselement an der
Abbruchnut abbricht.
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In
einer weiteren Alternative kann das Befestigungselement durch einen
Anziehvorgang angebracht werden. Dieses Verfahren umfasst das Bereitstellen
eines Befestigungselements und wenigstens eines Werkstücks. Das
wenigstens eine Werkstück umfasst
ein hindurchgehendes Loch, welches einen Presssitz mit dem glatten
Schaftabschnitt des Befestigungselements bereitstellt. Der Drehbolzenabschnitt
des Befestigungselements wird in das Loch innerhalb des wenigstens
einen Werkstücks
von einer ersten Seite des Werkstücks her eingeführt und in
distaler Richtung bewegt, bis der Drehbolzenabschnitt von einer
Fläche
auf einer zweiten Seite des wenigstens einen Werkstücks vorsteht.
Ein Werkzeug greift in den Drehbolzenabschnitt ein und zieht den
glatten Schaftabschnitt des Befestigungselements in distaler Richtung
in das Loch innerhalb des wenigstens einen Werkstücks, bis
eine distale Fläche am
Kopf des Befestigungselements mit einer Fläche auf der ersten Seite des
wenigstens einen Werkstücks
in Kontakt gelangt. Das Werkzeug erhöht die Spannung am Drehbolzenabschnitt
des Befestigungselements, bis der vorgewählte Spannungsbereich erreicht
wird und das Befestigungselement an der Abbruchnut bricht. Ein weiterer
Schritt umfasst das Bereitstellen der Vorrichtung mit Innengewinde. Die
Vorrichtung mit Innengewinde wird an dem mit Gewinde versehenen
Schaftabschnitt durch Verwenden des Werkzeugs angezogen, bis eine
gewünschte Torsionsbelastung
erreicht wird.
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Aus
dem obigen ist ersichtlich, dass die Erfindung eine Konfiguration
eines Befestigungselements bereitstellt, welches durch ein Quetschverfahren
oder ein Anziehverfahren montiert werden kann. Ferner umfasst die
Erfindung Montageverfahren unter Verwendung von Quetschvorgängen und
von Anziehvorgängen.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung und
den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft die Merkmale der
Erfindung zeigen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Planansicht, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine teilweise geschnittene Planansicht, die das Befestigungselement
von 1 in aufeinander folgenden Montageschritten über einen Quetschvorgang
zeigt.
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3 ist
eine teilweise geschnittene Planansicht, die das Befestigungselement
von 1 in aufeinander folgenden Montageschritten mit
einer Gewindemutter zeigt.
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4 ist
eine teilweise geschnittene Planansicht, die das Befestigungselement
von 1 in aufeinander folgenden Montageschritten mit
einer Gewindemutter zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie
in den Zeichnungen zu Zwecken der Illustration gezeigt ist, ist
die Er findung in einem Befestigungselement mit einem mit Gewinde
versehenen Schaftabschnitt und einem Ziehdornabschnitt verkörpert. Das
Befestigungselement kann an wenigstens einem Werkstück montiert
werden, indem ein Ansatz auf auf den mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt gequetscht
wird oder oder eine Vorrichtung mit Innengewinde, etwa eine Gewindemutter
oder ein Gewindeansatz, an dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt
angezogen wird. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche
Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder entsprechender Elemente
in allen Figuren verwendet werden, zeigt 1 ein Befestigungselement 20 mit
Ziehdorn der vorliegenden Erfindung. Das Befestigungselement 20 umfasst
einen vergrößerten Vorsprungskopf 22, der
im Wesentlichen um eine Längsachse 23 des
Befestigungselements zentriert ist und an einem proximalen Ende
des Befestigungselements angeordnet ist. Der Kopf kann eine distale
Fläche 24 umfassen, die
dazu ausgebildet ist, mit einer Fläche 26 eines Werkstücks 28 (siehe 2)
in Kontakt zu gelangen. Obwohl 1 einen
Kopf 22 mit einer flachen Konfiguration zeigt, ist die
Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt und
kann andere im Stand der Technik bekannte Kopfkonfigurationen umfassen.
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Ein
im Wesentlichen zylindrischer glatter Schaftabschnitt 30 mit
einem ersten Durchmesser ist dem Kopf 22 benachbart und
distal zu diesem und im Wesentlichen um die Längsachse 23 zentriert.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „benachbart" so viel wie „in der
Nähe" oder „nahe bei" und ist daher nicht
im Sinne von „angrenzend" zu verstehen. Der
glatte Schaftabschnitt 30 ist derart konfiguriert, dass
er innerhalb der im Wesentlichen fluchtenden Löcher 32 (2)
innerhalb einer Reihe von Werkstücken 28 von
einer ersten Seite 34 der Reihe von Werkstücken aufgenommen
wird. Die im Wesentlichen fluchtenden Löcher 32 in der Reihe
von Werkstücken 28 können eine
Spielpassung (2 und 3) oder
einen Presssitz (4) mit dem glatten Schaftabschnitt 30 des
Befestigungselements 20 bereitstellen. Wenn ein Presssitz
(4) gewünscht
ist, ist es erforderlich, dass wenigstens eines der fluchtenden
Löcher 32 in
der Reihe von Werkstücken 28 einen
Presssitz bereitstellt. Der glatte Schaftabschnitt 30 kann
in ver schiedenen Längen
konfiguriert sein. In einer Ausführungsform
ist die Länge
des glatten Schaftabschnitts 30 ausreichend, um von einer Fläche auf
einer zweiten Seite 36 der Reihe von Werkstücken 28 vorzustehen,
während
die distale Fläche 24 an
dem Kopf 22 des Befestigungselements 20 sich in
Kontakt mit einer Fläche 26 auf
der ersten Seite 34 der Reihe von Werkstücken befindet.
Jedoch ist in einer anderen Ausführungsform
die Länge des
glatten Schaftabschnitts 30 nicht ausreichend, um von der
Fläche
auf der zweiten Seite 36 der Reihe von Werkstücken 28 vorzustehen,
wenn die distale Fläche 24 des
Kopfes 22 sich in Kontakt mit der Fläche 26 auf der ersten
Seite 34 der Reihe von Werkstücken befindet. Der glatte Schaftabschnitt 30 kann durch
im Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren hergestellt
sein, z.B. durch Schmieden oder Spanen.
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Distal
zum glatten Schaftabschnitt 30 und im Wesentlichen um die
Längsachse 23 zentriert
ist ein mit Gewinde versehener Schaftabschnitt 38, der
eine Konfiguration eines Standardaußengewindes 40 zur Aufnahme
einer Vorrichtung 41 (3 und 4) mit
Innengewinde, etwa einer Gewindemutter 42 oder eines Gewindeansatzs 44,
aufweist. Der mit Gewinde versehene Abschnitt 38 umfasst
einen zweiten Durchmesser. Zur Erleichterung des Anbringens des Befestigungselements 20 in
einem Presssitzloch ist der zweite Durchmesser der Gewindegänge 40 kleiner
als der erste Durchmesser des glatten Schaftabschnitts 30,
so dass zwischen dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 38 und
den im Wesentlichen fluchtenden Löchern 32 innerhalb
der Reihe von Werkstücken 28 eine
Spielpassung vorhanden ist. Die Gewindegänge 40 des mit Gewinde
versehenen Abschnitts 38 sind ausreichend stark, um einem Quetschen
eines Quetschansatzes 46 (2) aus einem
weicheren Material darauf ohne nennenswerte Deformierung der Gewindegänge zu widerstehen. Um
Gewindegänge 40 mit
ausreichender Festigkeit zu erhalten, kann das Befestigungselement
gehärtet sein,
etwa durch einen Wärmebehandlungsprozess oder
andere im Stand der Technik bekannte Techniken. Alternativ kann
das Befestigungselement aus einem Material hergestellt sein, das
ausreichend stärker
ist als das Materai des Quetschansatzes 46, um dem Quetschvorgang
zu widerstehen. Die Gewindegänge 40 können durch
im Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren hergestellt
sein, etwa durch Spanen auf einer Drehbank oder durch Gewindewalzen.
Gewindewalzen ist ein Prozess, bei dem der Abschnitt des Befestigungselements,
der mit einem Gewinde versehen werden soll, zwischen Stempeln mit
gewindeförmigem
Relief angeordnet wird, welche in das Befestigungselement eindringen
und das Material des Befestigungselements verdrängen. Das Befestigungselement
wird zwischen diesen Stempeln gewalzt, um das Gewinde um den vollen Umfang
des Befestigungselements auszubilden.
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Distal
zu dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 38 und im Wesentlichen
um die Längsachse 23 zentriert
ist ein Drehbolzenabschnitt 48, der von dem mit Gewinde
versehenen Schaftabschnitt durch eine Abbruchnut 50 getrennt
sein kann. In einer Ausführungsform
umfasst der Drehbolzenabschnitt 48 eine Mehrzahl von in
Umfangsrichtung verlaufenden Ringnuten 52, die es ermöglichen,
dass ein Werkzeug (nicht gezeigt) mit dem Drehbolzenabschnitt in Eingriff
kommt und das Befestigungselement 20 unter Spannung zieht.
Die Nuten 52 in dem Drehbolzenabschnitt 48 können durch
im Stand der Technik bekannte Verfahren, etwa Spanen, Schmieden
oder Walzen ausgebildet werden. Der Drehbolzenabschnitt 48 umfasst
einen dritten Durchmesser, der ausreichend klein ist, damit ein
Quetschansatz 46 oder eine mit einem Innengewinde versehene
Vorrichtung, die mit dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 38 des
Befestigungselements in Eingriff gebracht werden soll, ohne Behinderung
durch den Drehbolzenabschnitt darüber verschoben werden können.
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Die
Abbruchnut 50 zwischen dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 38 und
dem Drehbolzenabschnitt 48 ist im Wesentlichen um die Längsachse 23 zentriert
und weist einen vierten Durchmesser auf, der kleiner ist als der
dritte Durchmesser des Drehbolzenabschnitts 48, und ist
derart bemessen, dass sichergestellt ist, dass die Abbruchnut eine
geringere Zugfestigkeit aufweist als jeder andere Abschnitt des Befestigungselements 20.
Die Zugfestigkeit der Abbruchnut 50 ist derart eingerichtet,
dass sichergestellt ist, dass das Befestigungselement 20 an
der Abbruchnut 50 bricht, wenn eine in einem vorgewählten Spannungsbereich
liegende Spannung auf das Befestigungselement am Drehbolzenabschnitt 48 ausgeübt wird.
Die Zugfestigkeit der Abbruchnut 50 wird durch den vierten
Durchmesser 54 der Abbruchnut und die Festigkeit des Materials
des Befestigungselements in dem Bereich der Abbruchnut eingerichtet.
In einer Ausführungsform
kann die Abbruchnut 50 eine erste sich konisch verjüngende Fläche 56 umfassen,
die sich von dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 38 zu
der Längsachse 23 des
Befestigungselements 20 hin verjüngt. Eine zweite sich konisch
verjüngende
Fläche 58,
die sich von dem Drehbolzenabschnitt 48 zu der Längsachse 23 des
Befestigungselements 20 hin verjüngt, kann ebenfalls enthalten
sein. Die erste 56 und die zweite 58 sich konisch
verjüngende
Fläche
der Abbruchnut 50 sind derart abgewinkelt, dass zwischen
ihnen ein im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufender Schnittbereich 60 gebildet
ist. Der in Umfangsrichtung verlaufende Schnittbereich 60 kann
einen Radius 62 einer eingerichteten Abmessung enthalten,
um die Steuerung/Regelung der Zugfestigkeit des Befestigungselements 20 innerhalb
der Abbruchnut 50 zu erleichtern.
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2 zeigt
die Anbringung eines Befestigungselements 20 durch einen
Quetschvorgang, bei dem das Befestigungselement an wenigstens einem Werkstück 28 über ein
Durchgangsloch 32 angebracht wird, welches eine Spielpassung
mit dem glatten Schaftabschnitt des Befestigungselements 20 bereitstellt.
Um das Befestigungselement 20 durch einen Quetschvorgang
anzubringen, wird der Quetschansatz 46 auf den mit Gewinde
versehenen 38 des Befestigungselements gequetscht. Der
Quetschansatz 46 kann eine im Wesentlichen glatte Innenfläche 64 aufweisen
und einen Innendurchmesser aufweisen, der einen Zwischenraum zwischen
dem Quetschansatz und dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnittt 38 bereitstellt.
Der Quetschansatz kann aus einem Material hergestellt sein, dass
ausreichend verformbar ist, um in die Gewindegänge 40 des mit Gewinde
versehenen Abschnitt 38 des Befestigungselements 20 eingetrieben
zu werden, ohne dass eine nennenswerte Deformation der Gewindegänge verursacht
würde, und
ausreichend stabil ist, auf den Quetschvorgang folgend an der Stelle
zu bleiben.
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Das
Anbringungsverfahren für
das Befestigungselement 20 durch die Verwendung des Quetschprozesses
umfasst das Einführen
des Drehbolzenabschnitts 48 des Befestigungselements in das
Loch 32 innerhalb des wenigstens einen Werkstücks 28 von
der ersten Seite 34 des wenigstens einen Werkstücks. Das
Befestigungselement 20 wird in distaler Richtung bewegt,
bis der Drehbolzenabschnitt 48 von der Fläche auf
der zweiten Seite 36 des wenigstens einen Werkstücks 28 vorsteht
und die distale Fläche 24 am
Kopf 22 des Befestigungselements mit der Fläche 26 an
der ersten Seite 34 des wenigstens einen Werkstücks in Kontakt
gelangt. Das wenigstens eine Werkstück 28 ist zum Zwecke der
Illustration als zwei Werkstücke
gezeigt, die nebeneinander gestapelt sind, obwohl mehrere Werkstücke enthalten
sein können.
Das Anbringungsverfahren umfasst auch das Verschieben des Quetschansatzes 46 in
proximaler Richtung über
den Drehbolzenabschnitt 48 und über den mit Gewinde versehenen
Schaftabschnitt 38 des Befestigungselements 20,
bis er auf die zweite Seite 46 des wenigstens einen Werkstücks 28 folgend
angeordnet ist. Ein Werkzeug (nicht gezeigt) greift in den Drehbolzenabschnitt 48 ein
und zieht das Befestigungselement 20 in distaler Richtung
unter Spannung. Mit unter Spannung stehendem Befestigungselement 20 kann
das Werkzeug den Quetschansatz 46 in proximaler Richtung gegen
die zweite Seite 36 des wenigstens einen Werkstücks 28 schieben
und quetscht den Quetschansatz auf den mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 38 des
Befestigungselements, so dass der Quetschansatz im Wesentlichen
die Gewindegänge 40 am
Befestigungselement ausfüllt.
Bei auf den mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 38 des
Befestigungselements 20 gequetschtem Quetschansatz 46 erhöht das Werkzeug
die Spannung am Drehbolzenabschnitt 48, bis der vorgewählte Spannungsbereich
erreicht wird und das Befestigungselement an der Abbruchnut 50 abbricht,
wodurch der Drehbolzenabschnitt vom restlichen Teil des Befestigungselements
entfernt wird.
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3 zeigt
die Anbringung eines Befestigungselements 20 durch einen
Anziehvorgang. Bei dieser Anbringung ist das Befestigungselement
in dem wenigstens einen Werkstück 28 über ein
Durchgangsloch 32 angebracht, welches eine Spielpassung
mit dem glatten Schaftabschnitt 30 des Befestigungselements
bereitstellt. Dieses Anbringungsverfahren umfasst das Einführen des
Drehbolzenabschnitts 48 des Befestigungselements 20 in
das Loch 32 innerhalb des wenigstens einen Werkstücks 28 von
der ersten Seite 34 des wenigstens einen Werkstücks her. Das Befestigungselement 20 wird
in distaler Richtung bewegt, bis der Drehbolzenabschnitt 48 von
der Fläche
auf der zweiten Seite 36 des wenigstens einen Werkstücks 28 vorsteht
und die distale Fläche 24 am
Kopf 22 des Befestigungselements mit der Fläche 26 auf
der ersten Seite des wenigstens einen Werkstücks in Kontakt gelangt. Das
wenigstens eine Werkstück 28 ist
zum Zwecke der Illustrierung als zwei nebeneinander gestapelte Werkstücke gezeigt,
obwohl mehrere Werkstücke
enthalten sein können.
Die Vorrichtung 41 mit Innengewinde, etwa die Gewindemutter 42 oder
der Gewindeansatz 44, wird in proximaler Richtung über den
Drehbolzenabschnitt 48 verschoben. Ein Werkzeug (nicht
gezeigt) greift in den Drehbolzenabschnitt 48 ein und kann
das Befestigungselement 20 in distaler Richtung unter Spannung
ziehen und verhindern, dass das Befestigungselement 20 sich
dreht, während
die Vorrichtung 41 mit Innengewinde an dem mit Gewinde
versehenen Schaftabschnitt 38 angezogen wird, bis eine
gewünschte
Torsionsbelastung erreicht wird. Mit an dem mit Gewinde versehenen
Schaftabschnitt 38 des Befestigungselements 20 angezogener
Vorrichtung 41 mit Innengewinde erhöht das Werkzeug die Spannung
am Drehbolzenabschnitt 48, bis der vorgewählte Spannungsbereich
erreicht wird und das Befestigungselement an der Abbruchnut abbricht, um
dadurch den Drehbolzenabschnitt von dem übrige Teil des Befestigungselements
zu trennen.
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4 zeigt
eine andere Anbringung eines Befestigungselements 20 durch
einen Anziehvorgang. Bei dieser Anbringung ist das Befestigungselement
jedoch in dem wenigstens einen Werkstück 28 über ein
Durchgangsloch 32 angebracht, das einen Presssitz mit dem
glatten Schaftabschnitt 30 des Befestigungselements bereitstellt.
Das Anbringungsverfahren umfasst das Einführen des Drehbolzenabschnitts 48 des
Befestigungselements 20 in das Loch 32 innerhalb
des wenigstens einen Werkstücks 28 von
der ersten Seite 34 der Reihe von Befestigungselementen
her. Das Befestigungselement 20 wird in distaler Richtung
bewegt, bis der Drehbolzenabschnitt 48 von der Fläche auf
der zweiten Seite 36 des wenigstens einen Werkstücks vorsteht.
Das wenigstens eine Werkstück 28 ist
zum Zwecke der Illustrierung als zwei nebeneinander gestapelte Werkstücke gezeigt,
obwohl mehrere Werkstücke
enthalten sein können.
Ein Werkzeug (nicht gezeigt) greift in den Drehbolzenabschnitt 48 ein
und zieht das Befestigungselement in distaler Richtung, bis der
glatte Schaftabschnitt 30 des Befestigungselements mit dem
Loch 32 innerhalb des wenigstens einen Werkstücks 28 in
Eingriff steht und die distale Fläche 24 am Kopf 22 des
Befestigungselements mit der Fläche 26 auf
der ersten Seite 34 des wenigstens einen Werkstücks in Kontakt
gelangt. Das Werkzeug kann solange fortfahren, einen Zug in distaler
Richtung auf den Drehbolzenabschnitt 48 auszuüben, bis
der vorgewählte
Spannungsbereich erreicht wird und das Befestigungselement 20 an
der Abbruchnut 50 abbricht, wodurch der Drehbolzenabschnitt
von dem übrigen
Teil des Befestigungselements getrennt wird. Bei Ausbildung eines
Presssitzes mit dem wenigstens einen Werkstück 28, ist das Befestigungselement 20 innerhalb
wenigstens des einen Werkstücks durch
Kompressionskräfte
von dem Presssitzloch 32 gehalten, die auf den glatten
Schaftabschnitt 30 ausgeübt werden. In Konfigurationen,
in denen das wenigstens eine Werkstück 28 eine Reihe von
Werkstücken
enthält,
die nebeneinander gestapelt sind, fluchten die Löcher in jedem Werkstück im Wesentlichen.
Wenigstens eines der im Wesentlichen fluchtenden Löcher 32 stellt
einen Presssitz mit dem glatten Schaftabschnitt 30 des
Befestigungselements 20 bereit. Bei auf diese Weise gehaltenem
Befestigungselement 20 kann die Vorrichtung 41 mit
Innengewinde, etwa die Gewindemutter 42 oder der Gewindeansatz 44,
an dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 38 des Befestigungselements
angezogen werden.
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Aus
dem Vorangehenden versteht es sich, dass Aspekte einer Ausführungs form
der vorliegenden Erfindung Befestigungselemente eines einzigen Designs
ermöglichen,
die durch ein Quetschverfahren oder ein Anziehverfahren anzubringen
sind. Durch Verwenden desselben Befestigungselement-Designs sowohl
für Quetschmontierungen
als auch für
Anziehmontierungen können
Hersteller die Menge von Typen von Befestigungselementen, die im
Bestand gehalten werden, verringern und dadurch Inventar- und Herstellungskosten
senken.
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Aus
der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, dass, obwohl besondere
formen Erfindung gezeigt und erläutert
worden sind, verschiedene Modifikationen gemacht werden können, ohne
von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Demzufolge ist nicht beabsichtigt,
dass die Erfindung anders begrenzt wird als durch die angefügten Ansprüche.