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Die vorliegende Erfindung betrifft mehrteilige Befestiger
und insbesondere einen Stauchtyp-Befestiger zum
Zusammenklemmen von Werkstücken unter einer hohen anfänglichen
Vorlast, bevor eine Stauchung eingeleitet wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen
zweiteilige Stauchtyp-Befestiger oder Schloßriegel des Typs, der
in den folgenden Patenten veranschaulicht ist:
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US-Patent 3,915,053, eingetragen am 28. Oktober 1975 für
J. Ruhl,
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US-Patent 2,531,048, eingetragen am 21. November 1950 für
L. Huck, und
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US-Patent 3,057,246, eingetragen am 09. Oktober 1962 für
H.G. Brilmyer.
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Die vorliegende Erfindung ist auch eine Verbesserung des
US-Patentes 4,867,625, eingetragen am 19. September 1989
für Richard D. Dixon, betreffend variable Klemmbefestiger
und Verfahren, beruhend auf der am 29. April 1985
eingereichten US-Stammanmeldung mit der Serien-Nr. 728,055 und
der parallelen PCT-Patentanmeldung mit der Serien-Nr.
PCT/US 90/02290 von Shahriar M. Sadri für
Montage-Stauchbefestiger mit einer variablen und wählbar hohen anfänglichen
Klemm-Vorlast und Verfahren, angemeldet am 26. April
1990. Zusätzlich könnte die vorliegende Erfindung die
Nutenform und das Konzept der EPA-Patentveröffentlichung EP-A
0 179 431 von Richard D. Dixon für hochfeste Befestiger
und Verfahren verwenden, welche am 30. April 1986
veröffentlicht worden ist.
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In einer Form umfaßt der Befestiger der vorliegenden
Erfindung, wie bei dem erwähnten Stand der Technik, einen Zapfen
und eine Hülse, die angepaßt ist, um in Befestigungsnuten
des Zapfens als Reaktion auf eine vorgewählte relative
Axialkraft gestaucht zu werden, welche zwischen dem Zapfen und
der Hülse aufgebracht wird. Bei Konstruktionen des
Schloßriegel-Typs überträgt die Hülse eine axiale Kraft vom
Gesenkamboß des Setzwerkzeugs zur Werkstückoberfläche, mit
der die Hülse in Eingriff steht. Der Zapfen überträgt eine
entgegengesetzte axiale Kraft mittels einer Zugkraft,
welche vom Werkzeug ausgeübt wird, wie bei einem
Zugtyp-Befestiger, oder mittels einer Reaktionskraft auf den Zapfen,
wie bei einem Drucktyp-Befestiger. Die endgültige an den
Werkstücken anliegende Klemmlast kann zuerst durch die
anfängliche Größe der relativen Axialkraft vor Einleitung
des Stauchens der Hülse auf den Zapfen bestimmt werden und
anschließend durch Längung der Hülse als Reaktion auf eine
Stauchung. Die anfängliche auf die Werkstücke ausgeübte
axiale Klemmkraft wird manchmal als "Vorlast" bezeichnet,
während die endgültige Klemmkraft nach der vollständigen
Stauchung als "endgültige Klemmlast" bezeichnet wird. Der
Beginn der Stauchung bei dieser Vorlast wird manchmal als
"erste Umklammerung" bezeichnet. In vielen Anmeldungen wird
angestrebt, ein hohes Maß an Vorlast zu erzielen. In diesen
Fällen sind die relativen Geometrien des Gesenkambosses und
des eingreifenden Endes der Hülse so ausgewählt, daß sie
einen ausreichenden Abstand bezüglich des Zapfens (hold-
off) und einen Widerstand gegenüber der Einleitung einer
Stauchung (stand-off) schaffen, bis der gewünschte
Vorlastwert erreicht ist. Somit zeigt das US-Patent 2,531,049,
erteilt am 21. November 1950 für L.C. Huck, eine Hülse,
die einen zerbrechlichen F1ansch besitzt, um einen
Widerstand
gegenüber der Einleitung einer Stauchung zu
unterstützen. Das zugehörige US-Patent 2,521,048, erteilt am
21. November 1950 für L.C. Huck, zeigt eine Hülse mit einem
vergrößerten Wulst, um diesen Widerstand zu unterstützen.
Eine modifizierte Hülsenform und Wulststruktur ist im US-
Patent 2,804,798, erteilt am 3. September 1957 für
H.G. Brilmyer, gezeigt. Die mit Wulst versehenen Strukturen
ergeben einen Anstieg der Umfangsfestigkeit mittels einer
örtlich begrenzten Zone am vorderen oder äußeren Ende der
Hülse, die eine erhöhte Wanddicke und folglich ein erhöhtes
Volumen des Hülsenmaterials besitzt.
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Eines der Probleme beim Vorsehen eines Wulstes an der
Hülse zur Erhöhung des Widerstandes ist jedoch, daß die Hülse
nun eine ungleichmäßige Materialverteilung über ihre Länge
besitzt. Dieses kann in ungleichmäßiger Füllung der
Zapfenbefestigungsnuten und, vielleicht noch wichtiger, darin
resultieren, daß übermäßiges Hülsenmaterial radial einwärts
in die Zapfenbefestigungsnuten bewegt wird, was in
örtlicher Einschnürung des Zapfens und einem potentiellen
Verlust der Gesamtfestigkeit des Setzbefestigers resultiert.
Dieses Problem wird dort verkompliziert, wo die Hülse in
Befestigungsnuten gestaucht wird, welche wendelförmige
Gewindegänge darstellen. Hier kann es wünschenswert sein, die
Hülse durch Abschrauben vom Zapfen zu entfernen.
Übermässiges Einschnüren könnte die Gewindegänge verformen und
eine derartige Entfernung ernsthaft verhindern, was die
Demontage der verbundenen Teile schwieriger macht.
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Die vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 angegeben,
liefert eine einzigartige Antwort auf das Problem, einen
Stauchbefestiger zu schaffen, der eine hohe Widerstands-
Fähigkeit hat, während er eine allgemein gleichmäßige
Nutenfüllung im Zapfen schafft und örtliche
Zapfenverformung minimiert. Dies wird dadurch erreicht, daß die Hülse
so konstruiert ist, daß sie über den zu stauchenden
Abschnitt allgemein konisch geformt ist; somit ist die Hülse
von einer allgemein gleichförmigen Wanddicke, wobei der
innere und der äußere Durchmesser in einer axialen Richtung
vom inneren Ende zu seinem vergrößerten äußeren Ende
ansteigen. Das Ergebnis ist eine relativ kleine aber
signifikante radiale Lücke, die die innere Oberfläche am äußeren
Ende der Hülse von den Befestigungsnuten trennt; diese
radiale Trennung dient zusammen mit der konischen Form einem
noch zu sehenden Zweck. Gleichzeitig ist das
Materialvolumen, welches zur Verfügung steht, um in die
Befestigungsnuten des Zapfens gestaucht zu werden, über die Stauchfläche
hinweg im allgemeinen dasselbe, da die Wanddicke der Hülse
über ihre stauchbare Länge allgemein gleich gehalten ist.
Somit wird eine gleichmäßigere Füllung erreicht, während
die Zapfeneinschnürung minimiert wird.
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In einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, eine
Zapfen- und Hülsenkombination zu schaffen, in welcher ein
vorbestimmtes Maß an "Überpackung" vorgesehen ist.
Überpakkung taucht dort auf, wo das Volumen des in die
Zapfenbefestigungsnuten zu stauchenden Hülsenmaterials größer ist
als das zur Verfügung stehende Volumen, welches von den
einander gegenüberstehenden Volumina des Hohlraums des
Gesenkambosses und der Zapfenbefestigungsnuten bestimmt wird.
Die Hülsenkonstruktion der vorliegenden Erfindung sorgt für
gleichmäßigere Überpackungs-Bedingungen über die stauchbare
Länge.
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Wie in den Patenten des Standes der Technik zu sehen ist,
ist das äußere Ende der Hülse häufig mit einer angefasten
Oberfläche versehen, die ausgelegt ist, um mit einer
Berührungsfläche am Amboß des Anbringungswerkzeugs in
Eingriff zu geraten. Der Winkel dieser Fase hat eine Wirkung
auf die Größe der Axialkraftkomponente, welche radial
einwärts gerichtet ist, um eine Stauchung zu bewirken. Bei
der vorliegenden Erfindung verläuft das äußere Ende kegelig
zu einem großen Durchmesser und ist von geringerer Dicke
als seine mit Wulst versehenen Gegenstücke; durch Auswahl
des "stand-off"-Winkels der Fase zur Steuerung der radial
einwärts gerichteten Kraftkomponente resultiert dies
zusätzlich zur konischen Konstruktion in einer Hülse, die
gleiche oder höhere "stand-off"-Werte aufweist als die mit
Wulst versehene Hülse. In dieser Hinsicht wird vermutet,
daß die konische Struktur und die sich daraus ergebende
Umfangslücke eine zusätzliche Stauchenergie benötigen,
bevor die "erste Umklammerung" eingeleitet wird. Es wird
angenommen, daß diese Kombination von Faktoren dazu
beiträgt, der radial einwärts gerichteteten Kraftkomponente
zu widerstehen und einen gewünschten hohen "stand-off"
schafft.
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Die Hülse kann mit einem geraden Schaft konstruiert sein,
welcher radial auf die gewünschte konische Form aufgeweitet
wird. Wo keine weitere thermische Behandlung erfolgt, wird
angenommen, daß der Festigkeitsanstieg am äußeren Ende, der
aus der Kaltverformung in diesem radialen Expansionsschritt
resultiert, einen zusätzlichen Widerstand gegenüber radial
einwärts gerichteter Verformung schafft. Somit wird die
gewünschte Größe der Widerstandskraft durch das
Gleichgewicht der Umfangsfestigkeit bestimmt, die aus der konischen
Form und dem vergrößerten mittleren Durchmesser und der
Umfangslücke am äußeren Ende, der Auswahl des Winkels der
"stand-off"-Fase und, wo vorhanden, dem Gradienten der
Härteerhöhung am expandierten Ende der Hülse bestimmt
wird. Wie erwähnt worden ist, wird angenommen, daß die
konische Form und die sich daraus ergebende signifikante
radiale Lücke zwischen der inneren Oberfläche der Hülse und
den Zapfenbefestigungsnuten eine anfängliche radial
einwärts gerichtete Verformung gestattet, welche eine
Engergieabsorption schafft, während dem anfänglichen
Eingriff
in "erste Umklammerung" noch widerstanden wird.
Zusätzlich können die vorstehend erwähnten Vorteile der
gleichmäßigeren Füllung verwirklicht werden.
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Da einer der Vorteile der neuen Hülsenstruktur im Gegensatz
zu einer mit Wulst versehenen Struktur darin liegt,
gleichmäßige und/oder erhöhte Vorlast zu schaffen, während die
Verformung der Zapfennuten minimiert wird, kann sie
vorteilhafterweise auch in Verbindung mit den
Montage-Stauchbefestiger-Typen verwendet werden, wie sie in den zitierten
Anmeldungen von Dixon und S.M. Sadri gezeigt sind.
Diesbezüglich werden die Dixon- und Sadri-Anmeldungen hier
unter Bezugnahme eingeschlossen. Dies trifft insbesondere in
gewissen Anwendungen zu, wie beispielsweise LKW-Rahmen, wo
es wichtig ist, daß die Integrität einer wendelförmigen
Befestigungsnut beibehalten wird, so daß die aufgestauchte
Hülse durch Abschrauben vom mit Gewinde versehenen Zapfen
entfernt werden kann.
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Wie in dem Dixon-Patent '625 erwähnt ist, ist der dort
offenbarte Montagebefestiger eine Verbesserung gegenüber
konventionellen mit Gewinde versehenen Befestigern, die
traditionell in Anwendungen verwendet werden, welche eine
Vormontage erforderlich machen, bevor die Befestiger endgültig
angezogen werden. Somit ist es allgemein bekannt, eine
Struktur zunächst dadurch zu befestigen, daß die
zugehörigen Teile mit den mit Gewinde versehenen Befestigern im
losen Eingriff oder lose aufgeschraubt verbunden werden, um
teilweise festgezogen zu werden. Dies erleichtert die
Einstellung und/oder Ausrichtung der Strukturteile zu einer
endgültigen, gewünschten Orientierung selbst durch
teilweises Lösen der Befestiger, falls dieses erforderlich ist.
Nach einer derartigen Einstellung und/oder Ausrichtung
werden die mit Gewinde versehenen Befestiger mit einem
vorgewahlten endgültigen Drehmoment angezogen. Zweiteilige
Stauchtyp-Befestiger sind nicht mit Reibungs- und anderen
Problemen behaftet, die mit Gewinde versehenen Befestigern
eigen sind, und können somit gleichmäßiger vorhersehbare
Klemmlasten schaffen. Jedoch waren die Stauchtyp-Befestiger
bis zu den in dem Dixon-Patent '625 und der Sadri-Anmeldung
'290 gezeigten Konstruktionen nicht in der Lage, die
anfängliche Vormontage oder das Zusammenspannen zu
schaffen, das von mit Gewinde versehenen Befestigern erzielt
wird, und schaffen eine vollständige Klemmung nur mit einem
zweiten, endgültigen Installationsschritt.
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In dem erwähnten Dixon-Patent '625 und der Sadri-Anmeldung
'290 besitzen die Befestigungsnuten des Zapfens die Form
eines wendelförmigen männlichen Gewindes. Die Hülse ist
mit einem dazu passenden weiblichen Gewinde von einer
derart vorgewählten Ausdehnung versehen, so daß die anfängliche
Vormontage oder Klemmung eingerichtet werden kann. Jedoch
ist das weibliche Hülsengewinde so ausgewählt, daß es von
einer begrenzten umfangsmäßigen Erstreckung und
Scherfestigkeit ist, so daß die Hülse in ihre endgültige,
gewünschte Klemmposition gebracht und auf den Zapfen
mittels eines konventionellen Einrichtungswerkzeugs ges taucht
werden kann. Somit kann für die endgültige Installation ein
konventionelles Zugwerkzeug verwendet werden, um eine
relative Axialkraft zwischen dem Zapfen und der Hülse
aufzubringen. Das weibliche Hülsengewinde ist so ausgewählt, daß
es als Reaktion auf die relative Axialkraft und bei einem
Wert vor Erreichen der Einleitung der Hülsenverformung oder
der Stauchung (erste Umklammerung) in die Befestigungsnuten
des Zapfens abgeschert oder verformt wird, so daß sich die
Hülse frei axial über den Zapfen bewegen kann und daß die
Hülse auf die Einrichtungslasten in derselben Weise
reagieren kann, wie eine Hülse ohne derartige weibliche
Gewindeform. Nun können die Werkstücke mit derselben Wirksamkeit
endgültig zusammengeklemmt werden, wie typische Stauchtyp-
Befestiger.
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In vielen Situationen bei der Gebäudekonstruktion muß die
zu erbauende Struktur zunächst in einer Stellung oder an
einem Ort vormontiert und dann aufgestellt oder an seine
endgültige Stellung oder an den Ort, wo die endgültige
Montage stattfindet, bewegt werden. Bei derartigen Bedingungen
können die Befestiger Separations- oder Handhabungslasten
von erheblicher Größe ausgesetzt sein, da diese
Vormontageeinheiten beträchtlich groß sein können. Bei anderen
Anwendungen ist eine hohe anfängliche Klemmlast durch Verdrehen
erwünscht, wo die Werkstücke vollständig miteinander in
Eingriff stehen. In dieser Situation kann ein wesentlich
begrenztes Gewinde nicht genügend Festigkeit besitzen,
solchen Lasten zu widerstehen. In der Sadri-Anmeldung paßt man
sich an die letzteren Bedingungen durch die Verwendung von
mehreren Hülsengewindegängen oder Gewindegängen höherer
Festigkeit zum Eingriff mit den zugehörigen Zapfengewinde
gängen an, während eine begrenzte Gewindeform verwendet
wird. Mit mehreren Gewindegängen oder einer Gewindeform,
die eine höhere Scherfestigkeit aufweist, kann das
Erreichen der gewünschten endgültigen Klemmlast in der Stauchung
jedoch durch den Widerstand des in Eingriff befindlichen
Gewindes oder der in Eingriff befindlichen Gewindegänge
gegenüber axialer Bewegung der Hülse gehindert sein.
Zusätzlich können die Werkstücke ohne verbleibende Lücke
fest zusammengezogen sein, und folglich ist keine axiale
Bewegung der Hülse mehr möglich, wodurch das gewünschte
Abscheren und die gewünschte Verformung der
Hülsengewindegänge verhindert ist. Um diese Probleme zu überwinden, ist
die Sadri-Hülse mit einem gewölbten Flansch an seinem mit
dem Werkstück in Eingriff befindlichen Ende versehen. Der
Flansch wirkt als Feder oder als Widerstandsteil derart,
daß er einer hohen Separationslast und/oder der Verdrehlast
für eine anfänglich hohe Vormontage-Vorlast widersteht,
aber durch Aufbringung der Axiallast beim Stauchen der
Hülse für die endgültige Festklemmung verbogen oder in sich
zusammenfallen kann. Somit gestattet der gewölbte Flansch
axiale Bewegung des mit Gewinde versehenen Abschnitts der
Hülse derart, daß das in Eingriff befindliche Hülsengewinde
oder die Gewindegänge abgeschert und/oder ausreichend
verformt werden, um im wesentlichen ungehinderte Übertragung
der relativen Axialkraft zwischen dem Zapfen und der Hülse
zu gestatten, um die gewünschte endgültige Klemmlast auf
die Werkstücke aufzubringen.
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Jedoch muß die Hülse, um die erhöhte Anzahl (oder die höhere
Festigkeit) der in Eingriff befindlichen Gewindegänge vor
der Stauchung abscheren oder verformen zu können, in der
Lage sein, eine hohe Widerstandslast zu schaffen. Dieses
wird durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erzielt.
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Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, daß die
Befestiger eine hohe Festigkeit, eine hohe
Leistungscharakteristik sowohl beim Aufklemmen als auch in der Ermüdung
besitzen. Unter diesem letzteren Gesichtspunkt kann es
vorteilhaft sein, die Nutenform und Konzepte der Erfindung der
Anmeldung '340.5 und des Dixon-Patentes '625 zu verwenden.
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So sind in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
die Befestigungsnuten im Zapfen sehr flach und so
konstruiert, daß sie auf einer simulierten Stromlinienform
beruhen. Die Befestigungsnuten sind wendelförmig und bestimmten
eine gewünschte Gewindekonfiguration. Die flachen Nuten und
die simulierte Stromlinienform gewährleisten jedoch eine
resultierende Ermüdungs-Lebensdauer, welche größer ist als
die eines vergleichbaren, mit Gewinde versehenen
Befestigers. Da die vorstehende Konstruktion in den erwähnten
Anmeldungen gezeigt und beschrieben ist und da die
vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Konstruktion beschränkt
ist, sind deren Einzelheiten zum Zwecke der Vereinfachung
weggelassen worden, während diese Schriften unter
Bezugnahme darauf eingeschlossen werden.
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Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen neuen Stauchtyp-Befestiger zu schaffen,
der eine einzigartige Hülsenkonstruktion verwendet, die
hohe "standoff"-Fähigkeiten besitzt und eine allgemein
gleichförmige Füllung der Befestigungsnuten des Zapfens
ermöglicht.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine einzigartige Hülsenkonstruktion für einen Stauchtyp-
Befestiger zu schaffen, der eine hohe "stand-off"-Fähigkeit
besitzt.
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Es ist auch noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Hülse der oben beschriebenen Art zu schaffen,
welche eine hohe "stand-off"-Fähigkeit gewährleistet,
während eine örtliche Einschnürung des Zapfens im Bereich
der Stauchung unterbunden ist.
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Es ist auch noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Hülse der oben beschriebenen Art zu schaffen,
welche eine hohe "stand-off"-Fähigkeit aufweist, während
eine örtliche Einschnürung des Zapfens im Bereich der
Stauchung unterbunden wird, so daß dort, wo die
Befestigungsnuten durch eine wendelförmige Gewindeform gekennzeichnet
sind, die Verformung der Zapfengewindegänge minimiert wird.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen neuen Montagebefestiger der oben beschriebenen Art zu
schaffen, der die einzigartige kegelige oder konische Hülse
verwendet, welche eine hohe "stand-off"-Fähigkeit besitzt.
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Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen neuen Stauchtyp-Befestiger zu schaffen.
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Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung und den anhängenden
Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor;
in diesen zeigt:
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Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Hülse, die
Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aufweist;
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Fig. 2 einen Ausschnitt einer Längsschnittansicht einer
Hülse des Standes der Technik, die eine
Wulstkonstruktion für "stand-off" verwendet;
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Fig. 3 eine Längsansicht eines Befestigers der
vorliegenden Erfindung mit einigen geschnitten und
anderen weggebrochen gezeigten Abschnitten, welcher
einen Zapfen und eine Hülse umfaßt, die der der
Figur 1 ähnlich ist, aber zur Verwendung in
Verbindung mit einem Stauchtyp-Montagebefestiger
ausgelegt ist und in einer Montagebeziehung mit
Werkstücken und mit den über ein auf den
Befestiger aufgebrachtes Drehmoment vormontierten
Werkstücken gezeigt ist, um eine anfängliche
Klemmlast zu schaffen, und mit einem Abschnitt
eines Zugwerkzeugs, das so dargestellt ist, daß
es auf den Befestiger kurz vor dem anfänglichen
Stauchen, d.h. der ersten Umklammerung, der Hülse
in die Befestigungsnuten des Zapfens gezeigt ist;
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Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Befestigers
aus Figur 3 in Richtung der Pfeile 4-4, die den
Befestiger mit der Hülse zeigt, welche
Abflachungen besitzt, um von einem konventionellen
Verdrehwerkzeug (nicht gezeigt) gegriffen zu
werden;
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Fig. 5 eine Längsansicht ähnlich der aus Figur 3, die
den Befestiger zeigt, nachdem er festgesetzt
worden ist;
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Fig. 6 eine Längsansicht eines modifizierten Stauchtyp-
Montagebefestigers, mit einigen im Schnitt
gezeigten und anderen weggebrochen gezeigten
Abschnitten, wobei die Hülse einen
deformierbaren Flansch aufweist, und der Befestiger gezeigt
ist, nachdem er bis zu einer gewünschten Vorlast
verdreht worden ist und wobei der deformierbare
Flansch der Hülse teilweise verformt gezeigt
ist, um die Werkstücke in einer Vormontage zu
halten, und mit einem Abschnitt eines
Zugwerkzeugs, das gezeigt ist, wie es auf den
Befestiger aufgebracht ist, bevor die anfängliche
Stauchung, d.h. die erste Umklammerung, der
Hülse in die Befestigungsnuten des Zapfens
erfolgt; und
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Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der aus Figur 6, welche die
Anordnung von Figur 6 mit dem Befestiger zeigt,
nachdem er mit dem zusammengefallenen Flansch und
der auf den Zapfen ges tauchten Hülse festgesetzt
worden ist, um die gewünschte endgültige
Klemmlast zu schaffen.
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In Figur 1 ist eine rohrförmige Hülse 10 für die
Verwendung mit einem Stauchtyp-Befestiger gezeigt. Wie zu sehen
ist, ist die Hülse 10 angepaßt, um in die
Befestigungsnuten in einem zugehörigen Zapfen gestaucht zu werden,
welcher
Teil der Kombination ist, die den
Stauchtyp-Befestiger bestimmt.
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Die Hülse 10 besitzt einen Schaft 12, der an seinem innerem
Ende in einem vergrößerten, allgemein ringförmigen Flansch
14 endet. Die Hülse 10 besitzt eine Durchgangsbohrung 15,
die durch einen ersten, allgemein geraden Bohrungsabschnitt
16 verringerten Durchmessers bestimmt ist, welcher am
Flanschende gelegen ist und sich teilweise darüberhinaus
erstreckt, und an ihrem gegenüber gelegenen, äußeren Ende
einen im allgemeinen geraden Bohrungsabschnitt 18 mit
vergrößertem Durchmesser. Ein mittlerer Bohrungsabschnitt
20 ist im allgemeinen kegelstumpfförmig geformt und neigt
oder verjüngt sich radial auswärts, da er die
Bohrungsabschnitte 16 und 18 miteinander verbindet. Der Hülsenschaft
12 besitzt über einen Hülsenabschnitt 22, welcher radial
mit dem hervorstehenden Teil des Bohrungsabschnitts 16 mit
verringertem Durchmesser ausgerichtet ist, eine im
allgemeinen gerade äußere Oberfläche mit verringertem
Durchmesser, um eine im allgemeinen gleiche Wanddicke t1 zu
bestimmen. Die äußere Oberfläche verläuft dann über einen
mittleren Abschnitt 24 kegelförmig und ist im allgemeinen
kegelstumpfförmig ausgebildet, um allgemein parallel mit dem
radial geneigten Bohrungsmittelabschnitt 20 zu verlaufen.
Über die Länge des äußeren Oberflächenabschnitts 24 besitzt
der Hülsenschaft 12 eine im allgemeinen gleichförmige
Wanddicke t2, die allgemein gleich ist mit der Wanddicke t1.
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Die äußere Oberfläche des mittleren Abschnitts 24 setzt
sich im allgemeinen in demselben Winkel geneigt über den
größten Teil der Oberfläche eines Endabschnitts 26 fort.
Der Endabschnitt 26 ist von gleicher Ausdehnung wie der
gerade, vergrößerte Bohrungsabschnitt 18. Die äußere Fläche
des Endabschnitts 26 endet in einer "standoff"-Fase 28,
welche in einem Winkel A relativ zur Achse Ax der
Durchgangsbohrung 15 geneigt ist. Der größte Teil einer von
einem Gesenkamboß eines Anbringungswerkzeugs beim Stauchen
der Hülse 10 auf einen zugehörigen Zapfen aufgebrachten
radialen Druckkraft wird zum Teil durch den Winkel (A) der
"stand-off"-Fase 28 bestimmt, welche bei einer vorgegebenen
aufgebrachten, über den Amboß übertragenen Kraft die Last
axial und radial überträgt.
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Die Wanddicke am äußeren Endabschnitt 26 des Hülsenschafts
12 steigt allgemein leicht von der Dicke t1 und t2 zu einer
Maximaldicke t3 am Übergang zur "stand-off"-Fase 28 an. Der
Anstieg der Wanddicke zur Dicke t3 schafft ein zusätzliches
Materialvolumen; diese geringfügige Hinzufügung von
Materialvolumen kompensiert das Material der Hülse, welches beim
Stauchen nach vorne extrudiert wird, und sorgt so für eine
gleichmäßigere Füllung der Zapfenbefestigungsnuten über die
Länge des gestauchten Abschnitts des Hülsenschaftes 12.
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Somit gewährleistet die Hülse 10, wie erwähnt, aufgrund der
radial auswärts geneigten oder konischen Form ihres
Schaftes 12 den gewünschten "stand-off", aber wegen ihrer
allgemein gleichmäßigen Wanddicke zusätzlich eine allgemein
gleichförmige Füllung der Befestigungsnuten des zugehörigen
Zapfens über die gestauchte Fläche, ohne den Zapfen
übermäßig einzuschnüren und folglich mit minimaler
Verformung der Zapfennuten. Die Minimierung der Verformung der
Zapfennuten ist dort von besonderer Bedeutung, wo sie eine
wendelförmige Gewindeform besitzen.
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Ein Vergleich der Struktur der vorliegenden Erfindung mit
einer Hülse, die eine Wulstkonstruktion nach dem Stand der
Technik aufweist, ist der Beurteilung der Figuren 1 und 2
zu entnehmen. In der Beschreibung der Hülse nach Figur 2
werden Abschnitte, die entspechenden Abschnitten der Hülse
10 der Figur 1 ähnlich sind, mit derselben Bezugszahl unter
Anfügung eines Anhängsels "a" bezeichnet.
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In Figur 2 besitzt die Hülse 10a einen Schaft 12a, der an
seinem inneren Ende in einem vergrößerten Flansch 14a
endet. Die Hülse 10a besitzt eine Durchgangsbohrung 15a von
allgemein gleichem Durchmesser. Der Hülsenschaft 12a hat
einen allgemein geraden äußeren Oberflächenabschnitt 22a,
der über seine Länge eine allgemein gleichförmige Wanddicke
t4 bestimmt. Die Wanddicke t4 ist für eine vergleichbare
Befestigungsanwendung allgemein gleich der Wanddicke t1, t2
der Hülse 10 aus Figur 1.
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Die äußere Oberfläche des Schaftabschnitts 12a endet in
einem äußeren Endabschnitt 26a, der einen Wulst 27 mit
vergrößertem Umfang besitzt, welcher eine Wanddicke
bestimmt, die zu einer Maximaldicke t5 ansteigt, welche
wesentlich größer ist als die Wanddicke t4. Die vergrößerte
Wanddicke t5 des Wulstes 27 erstreckt sich im wesentlichen
über die Länge des äußeren Endabschnitts 26a, welcher in
einer Widerstands-Fase 28a endet. Die Fase 28a steigt
radial in einem Winkel B an und dient einem der Fase 28
ähnlichen Zweck.
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So erzielt die Konstruktion des Standes der Technik die
geforderte hohe "stand-off"-Festigkeit durch die Bildung
eines Umfangswulstes am oberen oder äußeren Ende der Hülse.
Diese hohe "stand-off"-Festigkeit ist zumindest zum Teil in
der wesentlichen Zunahme des Hülsenmaterials des Wulstes
27, beispielsweise durch die Dicke t5 definiert, begründet.
Wie schon erwähnt worden ist, bewirkt der Anfaswinkel B die
Größe der radial gerichteten Druckkraft, die aus einer
vorgegebenen, vom Gesenkamboß aufgebrachten axialen Last
resultiert.
Der Anfaswinkel B könnte in einigen Fällen
derselbe sein wie der Anfaswinkel A der Hülse 10 der
vorliegenden Erfindung.
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Mit einer Hülse 10a der Ausgestaltung des Standes der
Technik kann die "stand-off"-Anforderung für eine
Stauchtyp-Befestigungseinrichtung erfüllt werden. Aber die
Volumenzunahme an Material am Wulst 27, die ausgewählt worden ist,
um den gewünschten "stand-off" zu erzielen, kann, wie
bereits erwähnt, eine hohe lokale Einschnürung des
zugehörigen Zapfens in der Stauchzone bewirken.
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Mit der kegelstumpfförmigen Hülse 10 der vorliegenden
Erfindung wird, wie in Figur 1 gezeigt ist, die erforderliche
radiale Druckfestigkeit oder Aufschrumpffestigkeit und/oder
stand-off erreicht, während gleichzeitig ein allgemein
gleichförmiges Volumen über die stauchbare Länge geschaffen
wird. So behält die kegelartige Hülse 10 eine allgemein
konstante Querschnittsfläche über die Stauchlänge des
Hülsenschaftes 12. In gewissem Sinn ist es eine gerade,
rohrförmige Form, die sich an ihren inneren und äußeren
Durchmessern radial nach außen vergrößert.
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Es ist häufig wünschenswert, daß das Volumen des
Hülsenmaterials in der Stauchzone wählbar größer ist, als das
verfügbare Volumen zwischen den Zapfenbefestigungsnuten und
dem Hohlraum des Gesenkambosses. Wo solch eine
Überladungsbedingung gewünscht wird, wird die Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung theoretisch einen allgemein
gleichbleibenden Prozentsatz Überladung über die Stauchlänge des
Hülsenschaftes 12 gewährleisten.
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Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft erläutert mit
einer Hülse 10 für einen Zapfen von 1,5875 cm Durchmesser,
welche allgemein SAE-Grad-8-Eigenschaften (SAE Grade 8)
besitzt, wobei die Hülse 10 allgemein ungefähr die folgenden
Abmessungen aufweist (siehe Fig.1):
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1. Durchmesser des Bohrungsabschnitts 16 = 1,6002 cm
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2. Durchmesser des Bohrungsabschnitts 18 = 1,8542 cm
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3. Maximaler Außendurchmesser D1 des Schaftes 12 =
2,80924 cm
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4. Minimaler Außendurchmesser D2 des Schaftes 12 =
2,0447 cm
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5. t1 = t2 = 0,4445 cm
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6. t3 = 0,47752 cm
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7. L1 = 2,7178 cm
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8. L2 = 1,016 cm
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9. L3 = 0,635 cm
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10. L4 = 0,4064 cm
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11. L5 = 0,7366 cm (Flansch 14)
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12. L6 = 1,9812 cm (Schaft 12)
-
13. L7 = 1,7018 cm (Kegel)
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14. Anfaswinkel A = 25º
-
15. Kegelwinkel C = 7º
-
16. Radiale Lücke E = 0,127 cm
-
17. Radiales Führungsspiel im Bohrungsabschnitt 16 =
0,00635 cm.
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Daher ist das maximale Volumen des Hülsenmaterials, welches
durch die maximale Dicke t3 über eine endliche Länge einer
gleichbleibenden Dicke wiedergegeben ist, ungefähr 8 %
größer als das für die Hülsendicke t1, t2; Die
Dickenzunahme steigt allmählich bis zur Maximaldicke t3 an, welche im
wesentlichen an nur einem Punkt auftritt; daher beträgt die
durchschnittliche Volumenzunahme über die Länge L4 ungefähr
4 %. Da die Länge L4 ungefähr 20 % der gesamten Länge L6
des Hülsenschaftes 12 ausmacht, wird der festgestellte
geringfügige Volumenanstieg allmählich über diese 20 %
verteilt. Wie erwähnt wurde, ist der resultierende leichte
Volumenanstieg vorgesehen, um Material zu kompensieren,
welches während des Stauchens vorwärts extrudiert wird, und
trägt folglich dazu bei, eine gleichmäßige Füllung der
Zapfenbefestigungsnuten am vorderen oder äußeren Endabschnitt
26 der Hülse 10 zu schaffen.
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Man sieht, daß der Innendurchmesser am äußeren Endabschnitt
26 ein wesentlich radiales Spiel bezüglich des
gegenübergelegenen Befestigungsnutenabschnitts eines Zapfens schafft.
So kann das radiale Spiel, wenn sich der kegelförmige
äußere Endabschnitt 26 anfänglich unter Last radial
einwärts verformt, eine elastische Verformung zulassen,
während er vorzeitigen Eingriff mit den Zapfenbefestigungs
nuten verhindert und somit weiter dazu beiträgt, hohe
"stand-off"-Lasten zu schaffen. Bei der Hülse 10, die, wie
erwähnt wurde, zur Verwendung mit einem Zapfen von 1,5875
cm Durchmesser vorgesehen ist, beträgt das radiale Spiel
oder die Lücke E am äußeren Endabschnitt 26 ungefähr 0,127
cm oder ungefähr 8 % des nominalen Durchmessers von 1,5875
cm des zugeordneten Zapfens. Es ist auch zu bemerken, daß
sich die radiale Lücke über die Länge L3 erstreckt, welche
ungefähr ein Drittel (0,333) der Länge L6 des
Hülsenschaftes 12 beträgt. Zur selben Zeit ist das radiale Spiel
bezüglich des Zapfens am Bohrungsabschnitt 16 mit
reduziertem Durchmesser ungefähr 0,00635 cm, wobei der
Bohrungsabschnitt 16 zur Führung der Hülse 10 auf seinen zugehörigen
Zapfen dient. Es ist auch festzustellen, daß die radiale
Lücke E von einer allmählich kegelförmig verlaufenden
Struktur geschaffen wird, welche sich über einen
wesentlichen Abschnitt (L7) der Länge (L6) des Hülsenschaftes 12
erstreckt. Somit wird die Lücke E im allgemeinen ohne eine
abrupte Querschnittsveränderung des Hülsenschaftes 12
geschaffen. Der Kegelwinkel C für den erwähnten Befestiger
betrug, wie angegeben ist, ungefähr 7º.
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Wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, kann eine
modifizierte Form der Hülse 10 der Figur 1 vorteilhafterweise in
einer Kombination als ein Montage-Befestiger verwendet
werden. In der Beschreibung der Ausführungsform der in den
Figuren 3 und 4 gezeigten Montage-Befestiger sind
Komponenten, welche vergleichbaren Komponenten in Figur 1 ähnlich
sind, mit denselben Bezugsziffern unter Hinzufügung des
Buchstabens "b" bezeichnet.
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Betrachtet man nun die Figuren 3 und 4, so ist ein
Befestiger 30 gezeigt, der ein Zapfenteil 32 und eine rohrförmige
Hülse 10b umfasst. Das Zapfenteil 32 besitzt einen
verlängerten Schaft 34, welcher sich durch miteinander
ausgerichtete Öffnungen 36 und 38 in einem Paar von
Werkstücken 40 bzw. 42 hindurcherstreckt, um diese
miteinander zu befestigen. Ein vergrößerter hervorstehender Kopf
44 an einem Ende des Schaftes 34 steht im Eingriff mit
einer Seite des Werkstücks 40. Dem Kopf 44 benachbart hat der
Schaft 34 einen geraden Abschnitt 46, welcher ausgebildet
ist, um innerhalb der miteinander ausgerichteten Bohrungen
oder Öffnungen 36 und 38 mit Spiel passend aufgenommen zu
werden. Im Anschluß an den geraden Abschnitt 46 ist ein
Befestigungsnuten-Abschnitt 48 vorgesehen, welcher von einer
Mehrzahl von Nuten 50 bestimmt ist, welche eine
kontinuierliche, wendelförmige Gewindeform besitzen.
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Eine Sollbruchnut 52 ist zwischen dem
Befestigungsnuten-Abschnitt 48 und einem Greif- oder Zugabschnitt 54 angeordnet
und bestimmt die schwächste Stelle des Schaftes 34. Der
Zugabschnitt 54 enthält eine Mehrzahl ringförmiger Zugnuten
56, welche bezüglich des geraden Schaftabschnitts 46 und
des Befestigungsnuten-Abschnitts 48 einen verringerten
Durchmesser aufweisen. Die Zugnuten 54 sind ausgelegt, um
von einem Werkzeug 58 gegriffen zu werden, welches
betätigbar ist, um den Befestiger 30 aufzusetzen. Das Werkzeug 58
kann im allgemeinen in einer dem Fachmann bekannten
Weise konstruiert sein und ist aus Vereinfachungsgründen
folglich nur teilweise gezeigt. Kurz gesagt, hat das
Werkzeug 58 eine Mehrzahl von Klauen 60, die ausgestaltet sind,
um das Zapfenteil 32 in Zugnuten 56 zu ergreifen. Die
Klauen 60 sind in einer rohrförmigen Hülsenanordnung 62
angeordnet, die in einem Amboßgehäuse 64 gleitbar abgestützt
ist, welches an einem Ende in einem Stauchamboß 66 endet,
welcher einen Eingangs- oder Mundabschnitt 68 besitzt.
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Wie gezeigt ist, besitzt die rohrförmige Hülse 10b einen
vergrößerten Flansch 14b. Beide, der Zapfenkopf 44 und der
Hülsenflansch 14b, können mit Schraubabflachungen oder
Ungleichmäßigkeiten versehen sein, die das Greifen eines
Schraubenschlüssels oder anderer geeigneter Werkzeuge zur
Aufbringung eines relativen Drehmomentes zwischen dem
Zapfenteil 32 und der Hülse 10b erleichtern. Betrachtet man
nun die Figur 4, so kann der Flansch 14b mit einer Mehrzahl
von Abflachungen 70 versehen sein, um das Angreifen eines
konventionellen Werkzeugs oder Schraubenschlüssels (nicht
gezeigt) zu erleichtern.
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Der Bohrungsabschnitt 16b der Hülse 10b mit geringem
Durchmesser hat einen Durchmesser, der bezüglich des Abschnitts
des Zapfenschaftes 34, welcher sich über das Werkstück 42
hinaus erstreckt, Spiel aufweist; ein begrenztes weibliches
Gewinde 72 ist am Flanschende des Bohrungsabschnitts 16b
ausgebildet und geeignet, mit den wendelförmigen
Befestigungsnuten oder Gewinden 50 des Zapfens 32 komplementär im
Gewindeeingriff zu stehen. Die Gestalt der Hülsengewinde 72
ist im wesentlichen die gleiche wie die Gestalt der
Zapfengewinde 50 zur Schaffung eines guten paarweisen Eingriffs.
Somit schafft in diesem Fall der letztere Schraubeingriff
eine Führungsbewegung zur Lokalisierung der Hülse 10b auf
dem Zapfen 32.
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Im Betrieb können die Werkstücke 40 und 42 zuerst mittels
des Gewindeeingriffs zwischen dem Hülsengewinde 72 und den
gewindeartigen Befestigungsnuten 50 zusammengefügt werden.
Der Zugabschnitt 54 besitzt einen maximalen Durchmesser,
welcher geringer ist als der Innendurchmesser des
Hülsengewindes 72, so daß die Hülse 10b auf den Zapfen 32 bewegt
und das Hülsengewinde 72 leicht auf den mit Gewinde
versehenen Befestigungsnuten-Abschnitt 48 aufgebracht werden
kann. Die Anzahl der Gewindegänge 72 der Hülse 10b ist so
ausgewählt, daß die Hülse 10b verdreht werden kann, um eine
gewünschte Vormontage, eine Anfangsklemmkraft zwischen den
Werkstücken 40 und 42 zu schaffen und/oder um erwarteten
Trennungs- oder Handhabungskräften zwischen den Werkstücken
40 und 42 zu widerstehen.
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Mit dieser Struktur kann der Befestiger 30 nach dem
Verdreh- und Vormontagevorgang nun endgültig durch die
Aufbringung einer relativen Axialkraft angebracht werden.
Nachdem die Vormontage beendet ist, wird das Anbringungs
werkzeug 58 auf den Befestiger 30 aufgebracht, wie in Figur
3 gezeigt ist, und eine relative Axialkraft wird zwischen
dem Zapfen 32 und der Hülse 10b über die Klauenanordnung 60
aufgebracht, die den Zugnutenabschnitt 54 und die
Stauchfläche des Mundabschnitts 68 des Gesenkambosses 66
greift, welcher mit der "stand-off"-Fase 28b am äußeren
Ende der Hülse 10b im Eingriff steht. Sobald die relative
Axialkraft ansteigt, werden die begrenzten
Hülsengewindegänge 72 ausreichend abgeschert oder verformt, um dem
Hülsenschaft 12b eine weitere axiale Relativbewegung
bezüglich des Zapfens 32 zu gestatten. In diesem Stadium
hat die Stauchung oder Deformation des Materials der Hülse
10b in die Zapfenbefestigungsnuten 50 jedoch noch nicht
begonnen und folglich können der Zapfen 32 und die Hülse
10b nun als typischer Stauchbefestiger reagieren; so werden
nun die Werkstücke 40 und 42 mit einer vorgewählten Last
durch die vom Anbringungswerkzeug 58 zwischen dem Zapfen 32
und der Hülse 10b aufgebrachte relative Axialkraft
aufeinander zu gezogen, wobei die Axialkraft die gleiche ist,
wie wenn die Hülse 10b nicht mit dem Zapfen 32 im
Gewindeeingriff stünde, und das Stauchen der Hülse 10b in den
wendelförmigen Befestigungsnuten-Abschnitt 48 beginnt, sobald
die Axialkraft ansteigt. Nach der Vollendung der Stauchung
und während die Axialkraft fortlaufend ansteigt, wird eine
Größe erhalten, bei welcher der Zapfen 32 an der
Sollbruchnut 52 bricht und so den Stauchvorgang beendet (siehe Figur
5). Nachfolgend wird bei weiterer Betätigung des Werkzeugs
58 ein Hülsenauswurfteil 74 vorwärts gedrängt, um die
gestauchte Hülse 10b vom Amboß 66 abzuwerfen, was die
Installation vervollständigt.
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Auf diese Weise werden die Werkstücke 40 und 42 miteinander
unter einer endgültigen Klemmkraft befestigt, die im
wesentlichen genauso ist, als ob die anfängliche Vormontage
mittels der verschraubten Montageverbindung nicht
aufgetreten wäre.
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Wie erwähnt, schafft der äußere Abschnitt 26b mit
vergrößertem Durchmesser an der kegeligen Hülse 10b einen
"standoff"-Widerstand gegenüber anfänglicher Stauchung, das
heißt gegenüber erster Umklammerung. In dieser Hinsicht ist
das Zusammenwirken zwischen der Stauchfläche des
Mundabschnitts 68 des Ambosses 66 und dem Winkel der "stand-
off"-Fase 28b derart, daß die Schaffung eines vorgewählten
"stand-off" unterstützt wird, wodurch das Einsetzen der
Stauchung der Hülse 10b in die Befestigungsnuten 50 nicht
beginnen wird, bis die untere Größe der relativen
Axialkraft erreicht worden ist, welche ausreichend ist, um jede
von einem Vormontage-Drehmoment herrührende Vorlast zu
überwinden und die begrenzten Hülsengewindegänge 72
abzuscheren oder wesentlich zu verformen.
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Wie vorstehend angegeben wurde, kann in gewissen
Gebäudekonstruktions-Anwendungen ein begrenztes Gewinde
wünschenswert sein, das mehr oder festere Gewinde besitzt als die im
wesentlichen begrenzte Gewindeform, wie sie in der
Ausführung der Figuren 3 bis 5 gezeigt ist. Unter diesen
Umständen kann die in der Sadri-Anmeldung gezeigte
Konstruktion mit gewölbtem Flansch vorteilhafterweise in
Verbindung mit der konischen oder kegeligen Hülsenkonstruktion
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dies ist in
der Ausführungsform der Figuren 6 und 7 gezeigt, wo
Komponenten, die entsprechenden Komponenten in der Vorrichtung
der Figuren 3 bis 5 ähnlich sind, dieselbe Bezugsziffer
unter Hinzufügung des Buchstabens "c" erhalten haben.
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Betrachtet man nun die Figuren 6 und 7, so ist ein
Befestiger 30c gezeigt, der ein Zapfenteil 32c und eine
rohrförmige Hülse 10c umfaßt. Das Zapfenteil 32c ist identisch
zum Zapfenteil 32 der Figuren 3 bis 5, und folglich wird
diese Beschreibung nicht wiederholt, es ist so zu
verstehen, daß die ähnlich numerierten Elemente dieselben sind
wie vorher beschrieben.
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Auf gleiche Weise ist, mit Ausnahme der Konstruktion des
Flansches 14c und der Verwendung von Gewinden 72c, die mehr
Gewindegänge umfassen als die Gewinde 72, die rohrförmige
Hülse 10c dieselbe wie die Hülse 10b, und folglich wird die
Beschreibung der identischen, ähnlich numerierten Elemente
nicht wiederholt. Betrachtet man nun die Figuren 6 und 7,
so ist der Flansch 14c um einen vorgewählten axialen
Abstand X vom radial und axial äußeren Ende zum radial und
axial inneren Ende konkav einwärts gewölbt. Der Abstand X
wird, wenn der Flansch 14c in entspanntem Zustand ist, so
gewählt, daß er nicht geringer ist, als ungefähr die Hälfte
des Abstandes Y, welcher die Steigung der Zapfen- und
Hülsengewinde 50c bzw. 72c angibt. Der entspannte Abstand X
ist vorzugsweise größer als 0,222 Y aus noch zu sehenden
Zwecken.
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Im Betrieb können die Werkstücke 40c und 42c zunächst
mittels des Schraubeingriffs zwischen dem Hülsengewinde 72c
und den mit Gewinde versehenen Befestigungsnuten 50c
verbunden werden. Wieder hat der Zugabschnitt 54c einen
maximalen Durchmesser, der geringer ist als der
Innendurchmesser des Hülsengewindes 72c, so daß die Hülse 10c auf den
Zapfen 32c bewegt werden kann und das Hülsengewinde 72c
leicht auf den mit Gewinde versehenen
Befestigungsnutenabschnitt 48c aufgebracht werden kann. Die Anzahl der
Gewindegänge 72c der Hülse 10c ist, während sie allgemein
begrenzt ist, so ausgewählt, daß sie von ausreichender
Festigkeit ist, um es der Hülse 10c zu ermöglichen, verdreht
zu werden, um eine gewünschte hohe anfängliche Vormontage-
Klemmkraft zwischen den Werkstücken 40c und 42c zu schaffen
und/oder entgegenwirkenden Trenn- oder Handhabungskräften
zwischen den Werkstücken 40c und 42c zu widerstehen, welche
in der Größe relativ hoch sind. Diese Anordnung der
Erfindung gestattet durch die Verdrehung einer anfänglichen
Klemmkraft von einer nominalen Klemmlast zu einer Klemmlast
zu variieren, die eine Größe besitzt, bei welcher der
vergrößerte Flansch 14c verformt werden kann, um den
Abstand X auf einen Abstand zu reduzieren, der nicht geringer
ist als ungefähr 0,222 Y. Auf diese Weise können die
Werkstücke 40c und 42c wählbar zusammengeklemmt oder mehr
oder weniger relativ zueinander angeordnet werden. So wird
auch eine zusätzliche Verformung des Flansches 14c von
zumindest ungefähr 0,222 Y für den folgenden Stauchvorgang
noch zur Verfügung gehalten. Dies wird seinerseits dem
Hülsenschaft 12c gestatten, sich in Axialrichtung um eine
Strecke von zumindest ungefähr 0,222 Y während des
Stauchschrittes aber vor Beginn der Stauchung oder anfänglicher
Verformung der Hülse 10c in den Befestigungsnutenabschnitt
48c zu bewegen; somit wird der Hülsenschaft 12c, indem er
sich zumindest um die Entfernung 0,222 Y bewegt, die in
Eingriff befindlichen Gewindegänge überlaufen, wobei die
gewünschte endgültige Klemmlast erzielt werden kann, da die
relative Axialkraft beim Stauchvorgang zwischen dem Zapfen
32c und der Hülse 10c aufgebracht wird.
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Die Größe des aufgebrachten Drehmomentes und folglich der
anfänglichen Verformung des Flansches 14c kann durch einen
geeigneten Drehmomentschlüssel gesteuert werden. Zu diesem
Zweck können geeignete Schraubschlüsselangriffsflächen auf
dem Zapfenkopf 44c und/oder dem Hülsenflansch 14c
vorgesehen sein. Die maximale Größe des auf den Befestiger 30c
aufgebrachten Drehmomentes ist derart begrenzt, daß die
anfängliche Verformung des Flansches 14c noch einen
Vorbefestigungs- oder Vorklemm-Abstand läßt, welcher nicht
geringer ist als ungefähr die Hälfte der Gewindesteigung Y,
während gleichzeitig die Integrität der Hülsengewindegänge
72c beibehalten wird.
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Mit dieser Struktur kann der Befestiger 30c nun nach dem
Verdrehvorgang durch die Anwendung einer relativen
Axialkraft endgültig festgesetzt werden. Nachdem die Vormontage
vervollständigt worden ist, wird das Installationswerkzeug
58c am Befestiger 30c angebracht, wie in Fig. 6 gezeigt
ist, und eine relative Axialkraft wird zwischen dem Zapfen
32c und der Hülse 10c über die Klauen 60c, die den
Zugnutenabschnitt 54c greifen, und den Gesenkamboß 66c
aufgebracht, der mit dem äußeren Ende der Hülse 10c im
Eingriff ist. Da die relative Axialkraft ansteigt, werden die
Hülsengewindegänge 72c abgeschert oder ausreichend
verformt, um es dem Hülsenschaft 12c zu gestatten, sich
relativ zum Zapfen 32c weiter axial zu bewegen und den Flansch
14c zusammenfallen zu lassen. Wo die Werkstücke 40c und 42c
durch Verdrehung des Befestigers 30 aneinander vorgeklemmt
gewesen sind und wo keine Lücke zwischen ihnen besteht,
wird der Flansch 14c zusammenbrechen, da die erwähnte
axiale Bewegung des Hülsenschaftes 12c auftritt und das
gewünschte Abscheren und/oder Verformen der
Hülsengewindegänge 72c gestattet. In diesem Zustand hat die Stauchung
oder Verformung des Materials der Hülse 10c in die
Zapfenbefestigungsnuten 50c jedoch noch nicht begonnen und der
Zapfen 32c und die Hülse 10c können nun folglich wie eine
typische Stauchbefestigung reagieren; somit werden die
Werkstücke 40c und 42c nun mit einer vorgewählten Last
durch die vom Installationswerkzeug 58c zwischen dem Zapfen
32c und der Hülse 10c aufgebrachte relative Axialkraft
aufeinander zu gezogen, welche dieselbe ist, als wenn die
Hülse 10c nicht im Gewindeeingriff mit dem Zapfen 32c
gewesen wäre, und das Stauchen der Hülse 10c in den
wendelförmigen Befestigungsnutenabschnitt 48c beginnt, da die
Axialkraft ansteigt. Nach der Vervollständigung der
Stauchung und weil die Axialkraft weiterhin ansteigt, wird eine
Grösse erreicht, bei welcher der Zapfen 32c in der
Sollbruchnut 52c bricht und den Stauchvorgang komplettiert
(siehe Fig. 7). Danach wird das Hülsenausstoßteil 74c durch
weitere Betätigung des Werkzeugs 58c nach vorne gedrängt,
um die gestauchte Hülse 10c vom Amboß 66c auszuwerfen, um
die Installation zu komplettieren. Somit sind die
Werkstücke 40c und 42c unter einer endgültigen Klemmlast
miteinander befestigt, die im wesentlichen dieselbe ist,
als wenn die anfängliche Vormontage mittels der mit Gewinde
versehenen Einrichtverbindung nicht aufgetreten wäre. Es
ist festzustellen, daß sich der Bohrungsabschnitt 16c mit
verringertem Durchmesser vergrößert, da der Flansch 14c
zusammenfällt, wie bei 75 in Fig. 7 gezeigt ist, wodurch ein
Loslösen der Gewindegänge 72c weiter unterstützt wird.
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Auf ähnliche Weise wie in Verbindung mit der
Ausführungsform der Figuren 3 bis 5 erwähnt worden ist, schafft der
äußere Abschnitt 26c mit vergrößertem Durchmesser der
kegeligen Hülse 10c "standoff"-Widerstand gegenüber
anfänglichem Stauchen, d.h. erster Umklammerung. In dieser Hinsicht
ist, wie besprochen, die Zusammenwirkung zwischen dem
Mundabschnitt 68c des Ambosses 66c und dem Winkel der "stand-
off"-Fase 28c derart, daß die Schaffung eines vorgewählten
"stand-offs" unterstützt wird, wodurch die Einleitung des
Stauchens der Hülse 10c in die Befestigungsnuten 50c nicht
beginnt, bevor die untere Größe der relativen Axialkraft
erreicht ist, welche ausreichend ist, um jegliche
Vorspannung durch das Vormontage-Drehmoment zu überwinden, und die
umfassenderen aber immer noch begrenzten Hülsengewindegänge
72c abzuscheren oder ausreichend zu verformen. So muß die
mimimale "stand-off"-Belastbarkeit der Hülse 10c im
allgemeinen gleich der Kombination oder Summe der Lasten sein,
die benötigt werden, um jegliche axiale Vorspannung auf den
Befestiger 30 zu überwinden, die axiale Last, welche
benötigt wird, um die umfangreicheren aber begrenzten
Hülsengewindegänge 72c abzuscheren oder zu verformen, und
die Last, die erforderlich ist, um den gewölbten
Hülsenflansch 14c zusammenzudrücken.
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Wie in den Dixon-Anmeldungen und in den Ausführungsformen
der Figuren 3 bis 5 und Figuren 6 und 7 erwähnt ist, kann
der Zapfen 32, 32c mit flachen wendelförmigen Nuten mit
einer allgemein stromlinienförmigen Form versehen sein,
wodurch eine hohe Festigkeitskonstruktion erzielt werden
kann, die eine wünschenswert hohe Klemmlast besitzt,
während gleichzeitig die Integrität der Gewindeform des
Befestigungsnutenabschnitts des Zapfens beibehalten wird,
wodurch Drehmoment für ein zusätzliches Aufklemmen oder eine
Hülsenentfernung aufgebracht werden kann. Mit der
erwähnten flachen Nutenstruktur wurde das Volumen des Schaftes
12b, 12c der Hülse 10b, 10c ausgewählt, um allgemein eine
Überpackung ("overpacking") zu schaffen, d.h. ein
Materialvolumen,
um wesentlich mehr Hülsenmaterial-Volumen zum
Füllen der Zapfennuten 50, 50c zur Verfügung zu stellen,
als innerhalb der Stauchhülle zur Verfügung steht, welche
durch den Hohlraum des Gesenkambosses 66, 66c und die
gegenübergelegenen Befestigungsnuten 50, 50c des Zapfens 32,
32c bestimmt ist. In dieser Konstruktion hat es sich als
wünschenswert gezeigt, ein Volumen an Hülsenmaterial zu
schaffen, welches einen Überschuß von zumindest etwa 14%
bis ungefähr 16% besitzt. Üblicherweise können die
Befestiger 30, 30c aus Materialien konstruiert sein, welche im
allgemeinen die Festigkeitscharakteristiken eines Grad-
5-Schraubenbefestigers haben.
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Um die Festigkeit des Befestigers 30, 32 zu steigern, kann
die Breite der Zapfennuten 50, 50c und benachbarten
Zapfenschultern und der entsprechenden Nuten und Schultern der
gestauchten Hülse 10b in der Weite relativ zu
entsprechenden Scherfestigkeiten des Materials des Zapfens 30, 32c und
der Hülse 10b, 10c derart im Verhältnis sein, daß sowohl
die von den Zapfennuten 50, 50c des Zapfens 32, 32c
gebildeten Schultern als auch die von den eingreifenden Nuten
der gestauchten Hülse 10b, 10c gebildeten Schultern, bei
oder oberhalb der vorgewählten minimalen Spannungslast auf
zugeordneten Werkstücken 40, 40c und 42, 42c in
anfänglichem oder simultanem Scherversagen sind. Vorzugsweise sieht
die Konstruktion für die von den Nuten der Hülse 10b, 10c
bestimmten Schultern vor, daß sie vor den von den
Zapfenbefestigungsnuten 50, 50c bestimmten Schultern versagen, d.h.
die Schultern der Zapfenbefestigungsnuten 50, 50c würden
bei einer Scherung versagen, die ungefähr 110% der
Spannungslast ausmacht, bei welcher die Schultern der Hülse
10b, 10c versagen würden. Durch die erwähnte
Proportionierung der Nuten kann die Eingriffslänge von Zapfen und
Hülsen für eine vorgegebene Spannungslast minimiert werden.
Natürlich kann durch das Vorsehen einer ausreichenden
Hülsenlänge die obengenannte Scherfestigkeitsbeziehung
beibehalten werden, während diametral gegenüber dem
Zapfenbefestigungsnutenabschnitt 48, 48c für einen Dehnungsfehler
gesorgt wird.
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Ein weiterer Vorteil der Anwendung der erwähnten angepaßten
Festigkeit ist der, daß die Scherfestigkeit der
Hülsengewindegänge 72, 72c maximiert werden kann, wodurch die
vorbefestigte Klemmung durch Verdrehen eine relativ hohe Größe
einnehmen kann, und/oder was es dem Befestiger 30, 30c
gestattet, in seiner vorbefestigten Klemmstellung den
notwendigen Lasten zu widerstehen, um die Struktur während des
Einrichtvorganges zusammenzuhalten. Dies wird durch die
Tatsache erreicht, daß die Breite der Hülsengewindegänge
72, 72c im wesentlichen die gleiche ist wie die Breite der
Nut der Zapfengewindegänge 50, 50c.
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Bei angebrachtem Befestiger 30, 30c besitzt die gestauchte
Hülse 10b, 10c ein komplementäres weibliches Gewinde in
ihrer Durchgangsbohrung. Dieses gestattet nun dem Befestiger
30, 30c durch Abdrehen der Hülse 10b, 10c mittels eines
geeigneten, auf die Schraubschlüsselangriffsflächen auf dem
Zapfenkopf 44, 44c und/oder dem Hülsenflansch 14b, 14c
angebrachten Werkzeuges entfernt zu werden.
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Die Befestiger 32, 32c, die vorstehend gezeigt und
beschrieben worden sind, sind als Befestiger des Zugtyps
gezeigt, welche ausgelegt sind, um schließlich mittels eines
konventionellen Zugtyp-Werkzeugs 58, 58c installiert zu
werden. Die Eigenschaften der Erfindung sind jedoch auch
auf einen Drucktyp-Befestiger anwendbar, der ausgelegt ist,
um letztendlich von einem Drucktyp-Werkzeug installiert
zu werden, und/oder auf einen Zugtyp-Befestiger anwendbar,
welcher einen Zapfen besitzt, der kein abreißbares
Zapfenende aufweist, und/oder auf einen Zugtyp-Blindbefestiger
anwendbar, der eine stauchbare Hülse verwendet.
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Somit schafft die vorliegende Erfindung, wenn sie mit einem
Zapfen in einer Kombination als ein Vormontage-Befestiger
verwendet wird, einen einzigartigen Befestiger, der eine
Variation der Klemmlast auf die verbundenden Werkstücke
gestattet, während noch eine hohe endgültige Klemmkraft über
eine stauchbare Verbindung zwischen dem Zapfen und der
Hülse gestattet wird.
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Die einzigartige Konstruktion der vorliegenden Erfindung
kann in Befestigerkombinationen verwendet werden, die
anders sind als bei Einrichtbefestigern, d.h. Blindbefestiger
mit Zapfen, die nicht mit Gewinde versehene Zapfennuten
haben. Es soll auch erwähnt werden, daß gewisse
Zapfenbefestigungsnuten-Konstruktionen Nuten und Gipfel haben können,
die nicht gleichförmig sind; jedoch sorgt die Hülse der
vorliegenden Erfindung selbst mit dieser Art
Nutenkonstruktion für eine gleichförmigere Füllung als die mit
Wulst versehene Konstruktion des Standes der Technik.