DE69923973T2

DE69923973T2 - Schraubverbindungselement mit einer klemmlast

Info

Publication number: DE69923973T2
Application number: DE69923973T
Authority: DE
Inventors: C. Donald BUSBY; J. Walter Smith
Original assignee: Huck International Inc
Current assignee: Huck International Inc
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: ATE290171T1; US6095733A; ES2238833T3; EP1092098A1; BR9911698A; JP2002519598A; WO2000000749A1; IL140128A; EP1092098A4; IL140128A0; DE69923973D1; EP1092098B1

Description

ZUSAMMENFASSUNG HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungssystem einschließlich eines Befestigungselements mit Gewinde mit einem bestimmbaren und sichtbar anzeigbaren Klemmlastmerkmal und zusätzlich einem Anti-Lockerungs- oder dauerhaften drehmoment-ähnlichen Sperrmerkmal.
Mit Gewinde versehene Befestigungsanordnungen werden für viele Anwendungen für Konstruktionen in der Luft- und Raumfahrt und in der Industrie verwendet. Solche Anordnungen umfassen Gewindebolzen und Mutterteile mit einer passenden Gewindeform.
Beim Aneinanderbefestigen von Werkstücken mit Gewindebefestigungselementen, wie z. B. einer Mutter und einem Bolzen, ist es wünschenswert, dass die Größe der endgültig erreichten Klemmlast eine gewünschte Größe aufweist, die einfach zu verifizieren ist. Wenn die Klemmlast zu gering ist, könnte eine Lockerung der Verbindung auftreten. Wenn die Klemmlast überhöht ist, könnte dies zu einer Beschädigung des Werkstücks bzw. zu Beschädigung oder überhöhter Belastung des Befestigungselements führen. Häufig wird die Größe der Klemmlast im Wesentlichen einzig durch Messen des Drehmoments bestimmt, welches zwischen Mutter und Bolzen wirkt. Wenn das Drehmoment eine bestimmte Größe erreicht, wird erwartet, dass eine bestimmte Größe der Klemmlast erzielt wurde. Leider ist dies nicht einheitlich voraussagbar, da dem einwirkenden Drehmoment ein Widerstand entgegengebracht wird durch die inhärente Reibung zwischen den sich in Eingriff befindenden Gewinden und anderen Oberflächen, die relativ zu einander gedreht werden. Die Größe der Reibung kann stark variieren in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, zu denen die Passung zwischen den ineinander greifenden Gewinden gehört, die Schmierung, falls vorhanden, zwischen den sich in Eingriff befindenden Oberflächen, Temperatur, Installationsumgebung und dergleichen.
US 3890876 offenbart ein zweiteiliges Befestigungssystem, welches ein nachgiebiges Element enthält. Das nachgiebige Element ist dafür vorgesehen, dem Bolzenkopf zugeordnet zu werden und sich plastisch zu verformen bei Anwendung einer vorgegebenen Kraft auf den Bolzen und die Mutternanordnung, die den Bolzen einschließt. Das nachgiebige Element besteht aus einem kalt gehärteten Kunstsstoffindikator, welcher so ausgelegt ist, dass er bei einer Kraft gleich oder geringfügig unter einer vorgegebenen Bolzenkraft nachgibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gewindebefestigungssystem angegeben zur Befestigung einer Vielzahl von Werkstücken aneinander, wobei das System umfasst:

– einen Bolzen und eine Mutternanordnung, wobei der Bolzen einen verlängerten Schaft aufweist, welcher ausgebildet ist zur Anordnung in ausgerichteten Öffnungen in Werkstücken, die aneinander befestigt werden sollen, mit diesem Schaft, welcher einen Gewindeabschnitt an seinem äußeren Ende aufweist,
– wobei die Mutternanordnung ein Mutterteil und ein Sperrbasisteil enthält,
– wobei die Mutternanordnung eine mit Gewinde versehene Durchgangsbohrung aufweist, die ausgebildet ist, um mit dem Gewinde des Gewindeabschnitts des Bolzenschafts in Eingriff zu treten,
– wobei das Sperrbasisteil einen äußeren Lastring mit einer Nabe mit verringertem Durchmesser aufweist, welche sich axial vom äußeren Ende des Lastrings erstreckt,
– wobei das Sperrbasisteil eine Durchgangsbohrung aufweist, die sich durch den Lastring und die Nabe erstreckt und die ausgebildet ist zur Aufnahme des Bolzenschafts in einer beabstandeten Beziehung,
– wobei das Sperrbasisteil operativ mit dem Mutterteil verbunden ist,
– wobei das Mutterteil ausgebildet ist, auf den Gewindeabschnitt des Bolzenschafts geschraubt zu werden, wobei der Lastring mit einer gegenüberliegenden Oberfläche des angrenzenden Werkstücks in Eingriff tritt und wobei die resultierende axiale Klemmlast im Wesentlichen durch Säulenbelastung der Nabe auf die Werkstücke vom Mutterteil auf den Lastring einwirkt,
– wobei die Nabe so ausgebildet ist, dass sie bei einer vorgegebenen Größe der axialen Last, die von dem Drehmoment herrührt, welches zwischen dem Mutterteil und dem Bolzen angelegt wird, kollabiert,
– wobei die Nabe so konstruiert ist, dass bei ihrem Kollabieren Material der Nabe radial nach innen gerichtet wird in einen kompressiven Eingriff mit dem Gewinde des Gewindeabschnitts, wodurch der Bolzen und die Mutternanordnung unter einer dauerhaften drehmoment-ähnlichen Sperrung ohne wesentliche Verzerrung des Materials des Mutterteils radial in Eingriff mit dem Gewinde des Gewindeabschnitts des Bolzens gegeneinander gesperrt werden.

Die Gewindebefestigungskonstruktion der vorliegenden Erfindung bietet eine einzigartige Möglichkeit zur vorhersehbaren Bereitstellung einer ausgewählten erwünschten Größe einer endgül tigen Klemmlast der zu verbindenden Werkstücke. Gleichzeitig liefert die Befestigungskonstruktion ein Mittel zur einfachen Verifizierung der Erzielung der gewünschten Größe der endgültigen Klemmlast. Zusätzlich weist das Befestigungselement eine einzigartige Konstruktion auf zur Bereitstellung eines Anti-Lockerungs- oder dauerhaften drehmoment-ähnlichen Sperrmerkmals zwischen der Mutter und dem Bolzen, ohne das Erzielen und die Vorhersagbarkeit der gewünschten Größe der endgültigen Klemmlast zu beeinträchtigen.
Bei Anwendungen, die Vibration oder wiederholten Lastschwankungen ausgesetzt sind, ist bekannt, dass Gewindebefestigungsanordnungen ihre Drehmomentsicherung verlieren und sich lockern. Um einen solchen Vorgang zu verhindern, wurden Gewindebefestigungsanordnungen modifiziert, um ein dauerhaftes Drehmomentmerkmal bereitzustellen, um einer Lockerung und einem Verlust der Verklammerung des verbundenen Werkstücks oder Gegenstands zu widerstehen. Ein dauerhaftes Drehmomentmerkmal wurde häufig dadurch erzielt, dass eine der zueinander passenden Gewindeformen mit einem verformten Abschnitt ausgestattet wurde, so dass beim Ineinandergreifen des verformten Gewindeabschnitts und des unverformten Gewindeabschnitts das Mutterteil und der Bolzen zusätzlich zusammengehalten werden unter einem dauerhaften Drehmoment durch eine Gewindestörung, welche einem Verlust des Drehmoments widersteht und daher einer Lockerung durch Vibration widersteht.
Bei Standard-, unverformten Gewindeformen läuft das Mutterteil bei niedrigen Drehmomentwerten frei auf dem Bolzen bis zum Verschrauben des Werkstücks und einer anfänglichen Klemm- oder Vorlast auf die Werkstücke. Danach widersteht der relativ zur Größe des einwirkenden Drehmoments erzielten endgültigen Klemmlast hauptsächlich die inhärente Reibung zwischen den in Eingriff stehenden Abschnitten, wie beispielsweise die Gewinde der unter Belastung stehenden rotierenden Teile. Dies ist nicht der Fall bei Gewindebefestigungselementen, die eine verformte Gewindeform aufweisen, um eine dauerhafte Drehmoment-Funktion bereitzustellen. Sobald sich hier der verformte Gewindeabschnitt mit dem Gegengewinde in Eingriff befindet, läuft das Mutterteil nicht mehr frei und die Klemmlast der zu befestigenden Werkstücke wird relativ zur Größe des einwirkenden Drehmoments reduziert. Obgleich die Verformung der Gewindeform häufig am äußeren oder "nachlaufenden" Ende der Mutter angeordnet wird, beschränkt dies dennoch die Fähigkeit des Mutterteils, frei auf den Bolzen zu laufen, sowie die Größe der anfänglichen Vorlast und der endgültigen Klemmlast im Verhältnis zum angewandten Drehmoment. Zusätzlich kann die zueinander passende Verschraubung der verformten und unverformten Gewindegänge im Griffbereich etwas griffempfindlich sein, d. h. da der Griffbereich die Variation der Gesamtdicke der Werkstücke ist, von einem maximalen Griff oder maximaler Gesamtdicke zu einem minimalen Griff oder einer minimalen Gesamtdicke, und mit einem Befestigungselement einer einfachen Größe aneinander zu befesti gen. Somit kann bei solchen Systemen das Verhältnis zwischen der Größe des einwirkenden Drehmoments und der Größe der endgültigen Klemmlast auf das Werkstück gefährdet sein.
Die nachfolgend beschriebenen und dargestellten bevorzugten Ausführungsformen einer Muttern- und Bolzenanordnung sorgen nicht nur für eine zuverlässig vorhersagbare und verifizierbare Größe der endgültigen Klemmlast, sondern stellen auch ein Anti-Lockerungs- oder dauerhaftes drehmoment-ähnliches Selbstverriegelungsmerkmal zur Verfügung. Somit weist das Befestigungselement eine Mutternanordnung auf, die ein Gewindemutterteil mit einer separaten, nicht mit Gewinde versehenen Sperrbasis einschließt, welche hieran befestigt oder anderweitig operativ damit verbunden ist. Die Sperrbasis weist einen Lastringabschnitt auf mit einer sich axial erstreckenden, kollabierfähigen Nabe, durch welche sie operativ mit dem Mutterteil verbunden ist und durch welche die Klemmlast einwirkt. So wie er mit dem Mutterteil verbunden ist, ist der Lastringabschnitt vom Mutterteil beabstandet durch eine vorgegebene axiale Lücke, wie durch die Länge der Nabe vorgegeben. Wie man sehen wird, ist die Nabe im Allgemeinen röhrenförmig konstruiert. Die Mutternanordnung läuft im Wesentlichen frei auf einem dazugehörigen Bolzen und erlaubt ein Zusammenklemmen der Werkstücke bis zu einer ersten Drehmomentgröße. Da die Sperrbasis nicht mit Gewinde versehen ist, findet in dieser Hinsicht die Verschraubung zwischen dem Mutterteil und dem Bolzen statt. Die erste Drehmomentgröße sorgt für eine gewünschte Größe einer anfänglichen Klemmlast oder Vorlast auf die Werkstücke, wobei die Klemmlast durch Säulenbelastung über das Mutterteil auf die Nabe einwirkt. Nachdem diese erste Drehmomentgröße durch eine Stufe des im Wesentlichen frei Laufens erzielt wurde, nehmen die Axialkraft und die Säulenlast, die auf die Nabe einwirken, als Reaktion auf das erhöhte Drehmoment zu. Bei einer zweiten Drehmomentgröße wird die Axialkraft bis zu einer Größe gesteigert, bei der die Nabe kollabiert und durch Druck verformt wird, wodurch sich das Mutterteil auf den Lastringabschnitt der Sperrbasis zu bewegt. Die Größe der Axialkraft, bei welcher die Nabe kollabiert, wird von der bekannten Stärke der Nabe bestimmt und resultiert daher in einer bestimmbaren Größe der Klemmlast. Das Drehmoment und daher die Klemmlast wird fortlaufend erhöht, wodurch die Nabe radial in das Gewinde des dazu passenden Bolzen deformiert wird mit einer hohen radialen Druckkraft. Das Drehmoment wird weiter erhöht, bis eine dritte Drehmomentgröße erzielt wird, bei welcher die Lücke zwischen dem Mutterteil und dem Ringabschnitt im Wesentlichen geschlossen wird, und bei welchem Punkt die Montage abgeschlossen ist. Das Ergebnis ist eine befestigte Verbindung, bei welcher die Werkstücke unter einer vorgewählten Größe der endgültigen Klemmlast zusammengehalten werden. Diese endgültige Größe der Klemmlast wird bestätigt durch das Schließen der Lücke, das eintritt, nachdem die Nabe bei einer vorhersagbaren relativen Axiallast kollabiert, welche zwischen der Mutternanordnung und dem Bolzen angelegt wird. Diese relative Axiallast ist im Wesentlichen die Klemmlast. Gleichzeitig werden das Gewinde des Mutter teils und das neu geformte Gewinde der Sperrbasis, die mit dem Bolzen des montierten Befestigungselements in Eingriff stehen, zusammengehalten unter einer hohen radialen Drucklast, die zu einer Anti-Lockerungs-, hohen dauerhaften drehmomentähnlichen Sperrstruktur führt, die einem Entfernen widersteht und damit zu einem gewünschten Widerstand gegen Lockerung durch Vibration oder andere zyklische Belastungen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass es im Gegensatz zu herkömmlichen dauerhaften Drehmomentstrukturen hier keine Gewindeverformung gibt, die das Freilaufen der Mutter und das Erzielen einer ersten bestimmbaren Klemmlastgröße verhindert. Das Anti-Lockerungs- oder dauerhafte drehmomentähnliche Sperrmerkmal tritt auf bei Kollabieren der Nabe in einen kompressiven Eingriff mit dem Bolzengewinde, nachdem die erste Größe der Klemmlast erzielt wurde. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass ein zusätzliches Drehmoment angelegt werden könnte nach dem Schließen der Lücke, um die Klemmlast nach dem Schließen der Lücke weiter zu erhöhen. In diesem Fall wäre die Bestimmung der Größe der endgültigen Klemmlast leichter vorhersehbar durch Messen des Ausmaßes der relativen Drehung, die zwischen der Mutternanordnung und dem Bolzen ausgeführt wird. Beim Befestigungselement der vorliegenden Erfindung ist die Verbindung zwischen dem Mutterteil und der Sperrbasis eine solche, dass eine Drehung der Sperrbasis durch das Mutterteil bei der Montage im Wesentlichen ausgeschlossen ist.
Wie zu sehen sein wird, ist dieses Konzept völlig verschieden von bisherigen Gewindebefestigungselementen, die mit einer Sicherungsmutter versehen sind, deren Hals durch einen zerbrechlichen Abschnitt mit einer Unterlegscheibe verbunden ist, wobei der Hals so ausgebildet ist, dass er sich in die Bohrung der Unterlegscheibe bewegt, um eine Sperrung zu schaffen. Vergleiche in diesem Zusammenhang US-Patent Nr. 2380944 von Pummill für "SELF-LOCKING NUT OR BOLT" (selbstverriegelnden Bolzen) und US Patent Nr. 2520259 von Pummill für "SELF-LOCKING NUT AND WASHER" (selbstverriegelnder Bolzen und Unterlegscheibe). Vergleiche auch US-Patent Nr. 1464591 von Weichold, Jr. für "LOCK NUT" (Sicherungsmutter).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Mutternanordnung daher ein Mutterteil und eine separate Sperrbasis, wobei die Klemmlast bestimmt wird durch eine verformbare oder kollabierfähige zylindrische Nabe auf der Sperrbasis, und wobei die radiale Drucklast, die auf das Gewinde des Bolzens einwirkt, auftritt nachdem die Nabe kollabierend verformt wurde bei Erzielen einer bestimmbaren Größe der Klemmlast.
Die einzigartige Mutternanordnung der vorliegenden Erfindung kann bei den verschiedenartigsten Gewindeformen verwendet werden, einschließlich allgemeiner Standardgewindeformen, die auf bestehenden Bolzen verfügbar sind.
Die Freilauffähigkeit, die bestimmbare Klemmlast und die resultierende Anti-Lockerungs- oder dauerhafte drehmomentähnliche Sperrung, die für die einzigartige Mutternanordnung charakteristisch sind, sind für viele Anwendungen in der Industrie und der Raumfahrt wünschenswert und sind im Wesentlichen einheitlich einsatzbereit im Griffbereich des zugehörigen Befestigungselements.
Eine Aufgabe der bevorzugten Ausführungsbeispiele besteht daher darin, ein einzigartiges Gewindebefestigungselement anzugeben zum Aneinanderbefestigen von Werkstücken mit einer endgültigen Klemmlast, die bestimmbar und sichtbar zu verifizieren ist.
Eine weitere Aufgabe der bevorzugten Ausführungsbeispiele besteht darin, ein einzigartiges Gewindebefestigungselement anzugeben, welches bei Montage ein erwünschtes Anti-Lockerungs- oder dauerhaftes drehmomentähnliches Sperrmerkmal aufweist.
Eine weitere Aufgabe der bevorzugten Ausführungsbeispiele besteht darin, eine einzigartige Gewindebefestigungselementanordnung zum Aneinanderbefestigen von Werkstücken anzugeben, welche einen Gewindebolzen und eine frei laufende Mutternanordnung umfasst, welche so ausgebildet ist, dass sie eine vorgewählte Größe einer anfänglichen Vorlast auf die Werkstücke aufbringt, ohne zusätzliche Störung oder Reibungslasten zwischen den in Eingriff tretenden Gewinden, und um anschließend ein Anti-Lockerungs- oder dauerhaftes drehmomentähnliches Sperrmerkmal bereitzustellen bei Erzielen einer endgültigen, bestimmbaren Klemmlast.
Noch eine weitere Aufgabe der bevorzugten Ausführungsbeispiele besteht darin, eine einzigartige Gewindebefestigungselementanordnung zum Aneinanderbefestigen von Werkstücken anzugeben, welche einen Gewindebolzen und eine freilaufende Mutternanordnung umfasst, welche so ausgebildet ist, dass sie eine vorgewählte Größe einer anfänglichen Vorlast auf die Werkstücke aufbringt, ohne zusätzliche Störung oder Reibungslasten zwischen den in Eingriff tretenden Gewinden, und um anschließend eine endgültige Klemmlast auf die Werkstücke aufzubringen, welche bestimmbar und sichtbar zu verifizieren ist, und ebenfalls um ein Anti-Lockerungs- oder dauerhaftes drehmomentähnliches Sperrmerkmal bereitzustellen bei Erzielen einer endgültigen, bestimmbaren Klemmlast.
Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, ersichtlich werden, wobei
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 eine geschnittene Seitenansicht einer Form einer Mutternanordnung ist, welche Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält und ein Mutterteil und eine Sperrbasis umfasst, welche vor dem Zusammenbau gezeigt werden;
1A eine Ansicht des Endes der Sperrbasis der Mutternanordnung von 1 ist, die allgemein in Richtung des Pfeils 1A dargestellt wurde;
1B eine Ansicht des Endes des Mutterteils der Mutternanordnung von 1 ist, die allgemein in Richtung des Pfeils B dargestellt wurde, wobei die Außenoberfläche des Lastringabschnitts der Sperrbasis überlagernd und mit einer unterbrochenen Linie gezeigt ist;
2 eine Seitenansicht der Mutternanordnung von 1 ist, die das Mutterteil und die Sperrbasis aneinander befestigt in einem montierten Verhältnis zeigt;
2A eine Teildarstellung der Seitenansicht eines modifizierten Abschnitts der Mutternanordnung von 2 ist, die innerhalb des Kreises 2A gezeigt wird und eine alternative Struktur zum Zusammenhalten des Mutterteils und der Sperrbasis in einem montierten Verhältnis darstellt;
3 eine Seitenansicht ist, bei welcher die Mutternanordnung im Schnitt gezeigt wird, die die Mutternanordnung von 2 in einem Montageverhältnis darstellt, wobei ein Bolzen und Werkstücke aneinander zu befestigen sind, nach einer anfänglichen Vorlast auf die Werkstücke durch die Befestigungselementanordnung, wobei die Werkstücke einen maximalen Griffzustand darstellen;
3A eine Ansicht des Endes des Bolzens von 3 in verkleinertem Maßstab ist, in einem vormontierten Zustand bezüglich der Mutternanordnung und dargestellt in Richtung des Pfeils 3A in 3;
4 eine Seitenansicht ähnlich 3 ist, welche die Befestigungselementanordnung darstellt, einschließlich der Mutternanordnung und des Bolzens in endgültig montiertem Zustand für die Werkstücke mit maximalem Griff für diese Befestigungselementanordnung;
5 eine Teilansicht einer Schnittdarstellung des in Kreis 5 in 4 gezeigten Abschnitts der Befestigungselementanordnung in vergrößertem Maßstab ist; und
6 eine Teilansicht einer Schnittdarstellung in vergrößertem Maßstab ist, welche die Gewindeformation des Bolzenteils im Kreis 6 von 4 für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Wenn man nun 1 der Zeichnungen betrachtet, wird eine Mutternanordnung 10 gezeigt in vormontiertem Zustand, welche ein Mutterteil 12 und ein Sperrbasisteil 14 umfasst. Das Mutterteil 12 umfasst einen mit Gewinde versehenen Körperabschnitt 16 an seinem äußeren Ende und einen Retentionsabschnitt 18 an seinem inneren Ende. Der mit Gewinde versehene Körperabschnitt 16 weist eine mit Gewinde versehende Durchgangsbohrung 20 auf, welche in Kommunikation steht mit einer vergrößerten Senkung 22 im Retentionsabschnitt 18. Das Mutterteil 12 besitzt eine sechseckig geformte Außenoberfläche 24 zur Erleichterung des Eingriffs durch einen Steckschlüssel einer be kannten oder Standardkonstruktion, wodurch ein Drehmoment an die Mutternanordnung 10 (siehe 1B) angelegt werden kann. Das Sperrbasisteil 14 ist ringförmig angeordnet und weist einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt mit einer glatten Durchgangsbohrung 26 mit einem vorgewählten Durchmesser D3 auf. Die Bohrung 26 endet an ihrem inneren Ende in einer vergrößerten abgeschrägten Senkung 28.
Wenn man nun 1 betrachtet, weist die Senkung 22 des Retentionsabschnitts 18 eine radiale Wand 19 auf, die sich von ihrem vorderen zu ihrem hinteren Ende hin radial nach innen verjüngt, um einen Retentionsring 30 mit einer umgekehrten Verjüngung festzulegen. Der Retentionsring 30 ist radial nach außen beabstandet von der mit Gewinde versehenen Bohrung 20 des mit Gewinde versehenen Körperabschnitts 16, um eine im Allgemeinen plane Eingriffswand 32 am inneren Ende der Senkung 22 festzulegen. Die umgekehrte Verjüngung der radialen Wand 19 des Retentionsrings 30 kann gebildet werden, indem zunächst die Senkung 22 mit einer im Allgemeinen axial geraden radialen Wand versehen wird, gezeigt in einer unterbrochenen Linie als 19' in 1, wonach das Material radial nach innen bewegt wird durch Stanzen eines ringförmigen, V-förmigen Schlitzes 34 in die axial innen liegende Oberfläche 36 des Mutterteils 12. Alternativ könnte die umgekehrte Verjüngung der radialen Wand 19 durch Zerspanen geformt werden.
Das Sperrbasisteil 14 besitzt einen Lastringabschnitt 38 mit vergrößerten Durchmesser und mit einer Nabe 40 mit verringertem Durchmesser, welche sich axial von seiner axial vorderen Oberfläche 42 erstreckt. Im vormontierten Zustand, wie in 1 gezeigt, weist die Nabe 40, die im Allgemeinen röhrenförmig konstruiert ist, eine radiale Außenoberfläche mit einem im Allgemeinen einheitlichen Durchmesser D1 auf, die mit der Vorderoberfläche 42 des Lastringsabschnitts 38 verbunden ist durch einen ausgerundeten Radius 44, welcher zunimmt bis zu einem maximalen Durchmesser D1a an der Oberfläche 42. Die verjüngte oder gerundete Ausrundung 44 ist dazu vorgesehen, Belastungskonzentrationen an der Verbindungsstelle der Nabe 40 mit dem Lastringabschnitt 38 zu verringern und ebenfalls jeglicher Scherbelastung an dieser Verbindungsstelle sowie einem Einbeulen der Säule zu widerstehen.
Das Sperrbasisteil 14 ist dazu ausgelegt, an das Mutterteil 12 montiert zu werden, indem zunächst die Nabe 40 in der Senkung 22 platziert wird, wobei das äußere Ende der Nabe 40 in die Eingriffwand 32 eingreift. Die axiale Länge L1 der Nabe 40 ist größer als die Tiefe L2 der Senkung 22, so dass in diesem vormontierten Zustand die vordere Oberfläche 42 des Sperrbasisteils 14 von der Innenoberfläche 36 des Mutterteils 12 beabstandet ist. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform war der Mindestdurchmesser D2 am rückwärtigen Ende des Retentionsrings 30 größer als der Durchmesser D1 der Nabe 40, um die Nabe 40 in der Senkung 22 mit einer geringfügig beabstandeten Passung aufzunehmen. Als Nächstes werden das Mutterteil 12 und das Sperrbasisteil 14 teilweise zusammengepresst, wobei die Nabe 40 durch Säulenbelastung radial nach außen verformt wird in den ringförmigen Hohlraum der Senkung 22 des Retentionsrings 30. Das Sperrbasisteil 14 wird dann am Mutterteil 12 gehalten durch den Eingriff des verformten Abschnitts der Nabe 40 in die umgekehrte Verjüngung der radialen Wand 19. In diesem montierten Zustand der Mutternanordnung 10, wie in 2 gezeigt, sind die Oberflächen 36 und 42 immer noch mit einem vorgewählten axialen Abstand "d" beabstandet, um eine zusätzliche, endgültige Verformung der Nabe 40 zu gestatten zur Bildung einer Sperre mit einem zugehörigen Bolzen auf eine zu beschreibende Art und Weise. Der Abstand "d" sorgt für eine Lücke, die aufgrund der Verformung der Nabe 40 bei der Vormontage geringfügig kleiner sein wird als die Differenz L1–L2. In dieser Hinsicht ist der maximale Durchmesser D1a der Ausrundung 44 der Nabe 40 kleiner als der minimale Durchmesser D2 des Retentionsrings 30, so dass bei der Stufe der endgültigen Verformung die Oberflächen 36 und 42 in Eingriff gebracht werden können ohne einen wesentlichen oder nachteiligen Eingriff zwischen der Ausrundung 44 und dem radial inneren Ende des Retentionsrings 30.
Eine alternative Struktur zur Montage des Mutterteils 12 und des Sperrbasisteils 14 ist in 2A gezeigt. Beim Ausführungsbeispiel von 2A wurden Elemente, die gleichen Elementen in 2 ähnlich sind, mit den gleichen Ziffern bezeichnet und zusätzlich mit dem nachgefügten Buchstaben "a" versehen. In 2A wird daher das äußere Ende der Nabe 40a durch Druck verformt, um den ringförmigen Hohlraum der Senkung 22a teilweise zu füllen, um hierdurch das Mutterteil 12a und das Sperrbasisteil 14a in einem montierten Zustand zu halten.
In dieser Hinsicht erfolgt durch die Montage des Sperrbasisteils 14 am Mutterteil 12 wie in 2 und 2A gezeigt, mit der anfänglichen Verformung der Nabe 40, 40a in die Senkung 22, 22a, und wie vorstehend beschrieben, die Befestigung des Sperrbasisteils 14, 14a am Mutterteil 12, 12a mit geringem zusätzlichen resultierenden Eingriff durch Reibung bei der relativen Drehung zwischen dem Mutterteil 12, 12a und dem Sperrbasisteil 14, 14a während der Montage. Es gibt daher im Wesentlichen keine Drehung des Sperrbasisteils 14 durch das Mutterteil 12 während der Montage.
Während der Retentionsring 30 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein geschlossener Kreis ist, könnte er selbstverständlich auch so konstruiert sein, dass er eine Vielzahl von peripher beabstandeten Segmenten aufweist, welche durch eine Vielzahl von peripher angebrachten V-förmigen Schlitzen gebildet werden. Im Falle der Verwendung eines solchen in Segmente aufgeteilten Retentionsrings könnte dieser so ausgebildet sein, dass er zusammen mit der Nabe 40 eine Presspassung bildet durch die elastische Bewegung der Retentionsringsegmente, wodurch das Sperrbasisteil 14 am Mutterteil 12 gehalten werden könnte ohne Deformation des äußeren Endes der Nabe 40. Die Presspassung wäre jedoch eine solche, die nur zu einem Nominalwert an zusätzlicher Reibung bei der relativen Drehung zwischen dem Mutterteil 12 und dem Sperrbasisteil 14 führt. Bei dieser Art der Monta ge ohne Verformung der Nabe 40 wird der Abstand "d" der Lücke im Wesentlichen die Differenz L1–L2 sein. In dieser Hinsicht ist erkennbar, dass es auch andere Mittel geben kann zur Befestigung der Nabe 40 am Mutterteil 12. Auch das Sperrbasisteil 14 könnte operativ verbunden sein mit dem Mutterteil 12, ohne kraftschlüssig oder sogar durch Reibung daran befestigt zu sein.
Wenn man nun 3 betrachtet, wird die Mutternanordnung 10 gezeigt im montierten Verhältnis mit einem Bolzen 46, um eine Befestigungselementanordnung 48 festzulegen, wobei die Befestigungselementanordnung 48 gezeigt wird beim Verfahren des Aneinanderbefestigens der Werkstücke 50 und 52. Der Bolzen 46 hat einen verlängerten Schaft 54 mit einem vergrößerten, vorstehenden Kopf 56 an einem Ende und einem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 58 am gegenüberliegenden Ende. Ein glatter Schaftabschnitt 59 verbindet den Gewindeabschnitt 58 mit dem Bolzenkopf 56. Der Schaft 54 des Bolzens 46 ist so ausgelegt, dass er sich durch ausgerichtete Öffnungen oder Bohrungen 60 und 62 in den Werkstücken 50 bzw. 52 erstreckt. Der mit Gewinde versehene Schaftabschnitt 58 besitzt eine im Wesentlichen einheitliche Gewindeform, die ausgelegt ist, um in das dazu passende Gewinde der mit Gewinde versehenen Bohrung 20 des Mutterteils 12 einzugreifen. Bei der Montage der Befestigungselementanordnung 48 kann die Mutternanordnung 10 anfänglich manuell am Bolzen 46 angebracht werden, um das Mutterteil 12 auf den Gewindeabschnitt 58 des Bolzenschafts 54 zu schrauben. In dieser Hinsicht befindet sich der Durchmesser D3 der Durchgangsbohrung 26 des Sperrbasisteils 14 in beabstandetem Verhältnis zum Gewindeabschnitt 58 des Bolzenschafts 54, wobei die abgeschrägte Senkung 28 die anfängliche Montage der Mutternanordnung 10 auf den Bolzenschaft 54 erleichtert.
Als Nächstes, und wie in 3 gezeigt, kann die Mutternanordnung 10 durch Gewinde am Gewindeabschnitt 58 befestigt werden, indem ein Drehmoment angelegt wird über die sechseckig geformte Oberfläche 24 des Mutterteils 12 durch ein geeignetes Drehmoment- oder Drehwerkzeug (nicht abgebildet), wobei die Innenoberfläche 61 des Lastringabschnitts 38 in die Außenoberfläche 63 des Werkstücks 50 eingreift, um die Werkstücke 50 und 52 zusammenzuklemmen unter einer vorgewählten Größe einer anfänglichen Vorlast oder Klemmlast. Die Vorlast oder Klemmlast wird durch Säulenbelastung der Nabe 40 angelegt. Es ist jedoch zu beachten, dass sich an dieser Stelle die Nabe 40 in beabstandeter Beziehung zum Gewinde des Gewindeabschnitts 58 des Bolzens 46 befindet und nicht wesentlich weiter verformt wurde und die Lücke "d" zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 36 und 42 im Wesentlichen noch aufrechterhalten wird. Somit läuft bis zu diesem Punkt die Mutternanordnung 10 im Wesentlichen frei auf dem Gewindeabschnitt 58 des Bolzenschafts 54.
Als Nächstes wird ein zusätzliches Drehmoment angelegt durch ein Drehmoment- oder Drehwerkzeug bis eine zweite Drehmomentgröße erzielt wird, zu welchem Zeitpunkt die röhren förmige Nabe 40 axial zusammengedrückt wird und kollabiert und sich radial nach innen verformt, um im Wesentlichen das Volumen zu füllen, das von der Senkung 22 und dem gegenüberliegenden Abschnitt des Gewindebolzenschaftabschnitts 58 festgelegt wird. Dies sorgt für einen bestimmbaren Pegel einer anfänglichen Klemmlast auf die Werkstücke 50 und 52. Während dies geschieht, wird zusätzlich etwas vom Material der Nabe 40 in kompressiven Eingriff mit dem Gewinde des Gewindebolzenschaftabschnitts 58 bewegt. Gleichzeitig bewegt sich das Mutterteil 12 jetzt axial auf den Lastringabschnitt 38 zu, bis sich die Innenoberfläche 36 der Mutterteils 12 im Wesentlichen im Eingriff befindet mit der Vorderoberfläche 42 des Lastringabschnitts 38. Es wird darauf hingewiesen, dass das Volumen des Hohlraums, der durch die Senkung 22 festgelegt wird, kleiner ist als das Volumen des Materials der Nabe 40, wodurch etwas vom Material der Nabe 40, welches zusätzlich deformiert wird, radial nach innen bewegt wird in Eingriff mit dem Gewinde des Gewindebolzenschaftabschnitts 58, um zumindest teilweise den gegenüberliegenden Gewindegrund zu füllen und ein zusätzliches, beschränktes Gewinde festzulegen, das sich in Eingriff mit dem Gewindebolzen befindet. Siehe 4 und 5. Gleichzeitig kann die Säulenlast auf die Nabe 40 auch dazu führen, dass etwas vom angrenzenden Material der Bohrung 26 sich ebenfalls in kompressiven Eingriff mit dem Bolzengewinde bewegt. An dieser Stelle wird eine gewünschte Größe der Klemmlast oder Vorlast auf die Werkstücke 50 und 52 erzielt durch das Anlegen dieser zweiten vorgewählten Drehmomentgröße. Gleichzeitig werden die Mutternanordnung 10 und der Bolzen 46 drehbar zusammengehalten durch den kompressiven Eingriff des Materials der Nabe 40 und zusätzlich von der Bohrung 26 in das Gewinde des Gewindebolzenabschnitts 58 des Bolzens 46. Falls gewünscht, kann die Drehmomentgröße nun erhöht werden bis zu einer endgültigen Größe, um eine endgültige Größe der Verklammerung der Werkstücke 50 und 52 bereitzustellen, oder alternativ könnte ein vorbestimmtes, gewünschtes Ausmaß einer relativen Drehung zwischen dem Mutterteil 12 und dem Bolzen 46 angewendet werden, um eine besser vorhersagbare endgültige Größe der Klemmlast auf die Werkstücke 50 und 52 bereitzustellen. Bei der hier gezeigten und beschriebenen Konstruktion des Mutterteils 12 und des Sperrbasisteils 14 gibt es im Wesentlichen keine Drehung des Sperrbasisteils 14 durch das Mutterteil 12 während der Montage.
Zur Bildung einer kraftschlüssigeren Verbindung oder Sperre zwischen dem Bolzen 46 und der Mutternanordnung 10 kann der mit Gewinde versehene Schaftabschnitt 58 des Bolzens 46 in einigen Fällen mit einem sich axial erstreckenden Schlitz oder einer Nut 65 versehen sein, welche(r) ausgebildet ist, um etwas von dem deformierten Material der Nabe 40 und der Bohrung 26 aufzunehmen. Die Länge der Nut 65 kann allgemein beschränkt sein auf den Bereich der Deformation des Materials der Nabe 40 in das Gewinde des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitts 58. Bei einer Ausführungsform ist die radiale Tiefe der Sperrnut 65 geringfügig kleiner als die Tiefe der Gewinde scheitel, so dass sie nicht in den Gewindegrundabschnitt eingreift. Selbstverständlich umfasst der Ausdruck "dauerhafte drehmoment-ähnliche Sperrung" alle bisher bekannten Anti-Lockerungsmerkmale, einschließlich des kompressiven Eingriffs des verformten Materials des Sperrbasisteils 14 in das Gewinde des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitts 58 allein oder auch in die Sperrnut 65.
Bei der vorstehenden Konstruktion bildet die wesentliche Schließung der Lücke durch den bekannten Eingriff der gegenüberliegenden Oberflächen 36 und 42, die im allgemeinen bei der endgültigen Montage stattfindet, ein einfaches Mittel zur visuellen Inspektion und Überprüfung, dass die Nabe 40 bei einer bestimmbaren Säulenlast kollabiert ist und dass daher zumindest eine erwünschte Klemmlast-Mindestgröße auf die Werkstücke 50 und 52 erzielt wurde. Dies bietet auch Gewissheit, dass der Eingriff zwischen der verformten Nabe 40 und den in Eingriff stehenden Gewinden des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitts 58 und/oder der Sperrnut 65 vollständig ist und maximiert wird, um ein erwünschtes dauerhaftes Drehmoment und/oder eine Sperre zu bilden, um einer Lockerung zu widerstehen. Selbstverständlich könnten jedoch auch zusätzliche Mittel vorgesehen werden, um die Überprüfung des Lückenschlusses zu vergrößern, wie z. B. Überstände oder eine übertragbare Beschichtung auf der Mutterteil-Innenoberfläche 36, um eine sichtbare Eingriffsmarkierung auf der vorderen Lastringoberfläche 42 bereitzustellen.
Das Sperrbasisteil 14 kann aus einem etwas weicheren Material hergestellt werden als das des Mutterteils 12 und des Bolzens 46. Hierdurch kann sich die Nabe 40 in die Form des Gewindes auf dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 58 des Bolzens 46 verformen, während die Nabe 40 zusammengedrückt wird. Gleichzeitig bleibt das in Eingriff stehende Gewinde des Schaftabschnitts 58 des Bolzens 46 im Wesentlichen unverformt. Alternativ könnte die Nabe 40 eine geringere Härte aufweisen als die des Lastringabschnitts 38, des Mutterteils 12 und des Bolzens 46.
Wenn man nun 3A betrachtet, kann zum einfacheren Anlegen des Drehmoments zwischen dem Mutterteil 12 und dem Bolzen 46, und um zu verhindern, dass sich der Bolzens in den Werkstückbohrungen 60 und 62 dreht, das äußere Ende des Bolzenschafts 54 mit einer sechseckigen Fassung oder Bohrung 64 einer Standardgröße oder -form versehen werden oder mit einer anderen unregelmäßig geformten Bohrung, die einen ähnlich geformten Stab am Montagewerkzeug (nicht gezeigt) aufnehmen kann. Der Werkzeugstab ist so gegen Drehung befestigt, dass nur der sechseckig geformte Fassungsabschnitt des Werkszeugs, welches mit der sechseckig geformten Oberfläche 24 des Mutterteils 12 in Eingriff tritt, gedreht wird, wodurch verhindert wird, dass sich das Mutterteil 12 und der Bolzen 46 in den Werkstückbohrungen 60, 62 zusammen drehen. Ein solches Drehen könnte zu einem unerwünschten Fressen der Werkstückbohrungen wie beispielsweise der Bohrungen 60, 62 führen. Die Details eines solchen Werkzeugs liegen innerhalb des Bereiches eines Fach manns und sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung und wurden daher zum Zweck der Vereinfachung weggelassen. Eine Form eines solchen Montagewerkzeugs kann ein Schlagschrauber vom hydraulischen oder Druckluft-Typ sein. Solche Schlagschrauber bringen das Drehmoment durch eine Serie von Schlagimpulsen auf, wobei der Druck und/oder das Drehmoment zwischen den Impulsen zumindest teilweise reduziert wird.
Zusätzlich kann die Oberfläche 67 auf der Unterseite des Bolzenkopfs 56 mit einer Vielzahl von erhöhten Drehschutzstreifen 69 versehen werden, welche in der Nähe des radial äußeren Endes der Oberfläche 67 gebildet sind. Die erhöhten Streifen 69 werden, wenn sie mit der gegenüberliegenden Außenoberfläche 71 des Werkstücks 52 in Eingriff gebracht wurden, einer Drehung des Bolzens 46 relativ zu den Werkstücken 50, 52 widerstehen. Dieser Drehwiderstand unterstützt die Drehschutz-Verbindung zwischen der sechseckigen Werkzeugstange und der sechseckigen Fassungsbohrung 64 und reduziert dadurch die Last, welche auf die Werkzeugstange aufgebracht wird, gestattet dadurch eine Minimierung ihrer Größe zusammen mit der Größe der sechseckigen Bohrung 64 und erhöht auch die Lebensdauer der sechseckigen Stange.
Das Anti-Lockerungs- oder das hohe, dauerhafte drehmoment-ähnliche Sperrmerkmal bringt im Wesentlichen eine geringe oder keine dauerhafte Verformung der Gewinde des Bolzens 46 und des Mutterteils 12. Daher kann, wenn gewünscht, die Befestigungselementanordnung 48 nach der Montage durch Auseinanderschrauben getrennt und von den Werkstücken 50 und 52 entfernt werden.
Es ist wünschenswert, dass die Befestigungselementanordnung 48 verwendet wird, um Werkstücke, wie die Werkstücke 50 und 52, in einem angemessenen Griffbereich zu befestigen. Der Griffbereich einer Befestigungselementanordnung wie der Befestigungselementanordnung 48 ist, wie bereits bekannt, festgelegt als die Differenz zwischen der maximalen und minimalen Gesamtdicke von Werkstücken, wie der Werkstücke 50 und 52, welche die gleiche Befestigungselementanordnung aneinander befestigen kann. In 3 und 4 wird die Befestigungselementanordnung 48 beim Befestigen der Werkstücke 50 und 52 gezeigt, welche sich nah an der maximalen Dicke oder dem maximalen Griff für diese Befestigungselementanordnung 48 befinden. In dieser Hinsicht ist zu sehen, dass der glatte Schaftabschnitt 59 des Bolzens 46 eine ausreichende Länge aufweist, um sich vom Bolzenkopf 56 über die verbleibende volle Länge der Gesamtdicke der Werkstücke 50 und 52 zu erstrecken. Bei gewissen Anwendungen kann die Länge des Gewindeabschnitts 58 minimiert werden, um für einen vollständigen Eingriff zu sorgen mit im Wesentlichen allen Gewindegängen des mit Gewinde versehenen Körperabschnitts 16 des Mutterteils 12 bei der anfänglichen Verklammerung der Werkstücke 50 und 52, wie in 3 gezeigt, und für einen vollständigen Eingriff bei der endgültigen Verklammerung wie in 4 gezeigt. Gleichzeitig kann die Länge des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitts 58 so gewählt werden, dass im Wesentlichen nichts von dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 58 innerhalb der Werkstückbohrung 60 platziert wird.
Beim gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann die Form des Gewindes des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitts 58 des Bolzens 46 vom flachen Typ sein, wie gezeigt und beschrieben in US-Patent Nr. 5090852, erteilt am 25. Februar 1992 an Richard D. Dixon für "High Strength Fastener and Method" (Hochleistungsbefestiger und Verfahren). Dementsprechend hätten die Gewindegänge des mit Gewinde versehenen Schaftabschnitts 58 Grundabschnitte mit einer simuliert stromlinienförmigen oder elliptischen Form wie im Patent '852 offenbart, und in dieser Hinsicht wird die Offenbarung dieses Patents durch diesen Verweis hierin integriert. Das Mutterteil, wie das Mutterteil 12, hätte ein Gegengewinde mit einer ähnlichen Kontur.
In dieser Hinsicht wird die Gewindeform auf dem Schaftabschnitt 58 des Bolzens 46 in 6 gezeigt und hat einen Gewindegrund 66 mit einem Gewindegrundabschnitt 68 mit einer Kontur eines Ellipsenabschnitts, welcher eine Länge L4 aufweist und verbunden ist mit getrennten Gewindescheiteln 70 über führende und nachlaufende Flanken 72 bzw. 74. Die Flanken 72 und 74 sind abgewinkelt mit Winkeln Aa bzw. Ab, die in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform im Wesentlichen gleich waren. Selbstverständlich könnten jedoch auch andere Gewindeformen einschließlich Standardgewindeformen verwendet werden.
Bei erfindungsgemäßen Ausführungsform wurde die Befestigungselementanordnung 48 für ein nominales 5/8 Zoll (1,588 cm) Befestigungselement konstruiert wie folgt:
Wie bereits festgestellt, gibt es im Wesentlichen keine Drehung des Sperrbasisteils 14 durch das Mutterteil 12 während der Montage. Es wird daher als wünschenswert erachtet, dass die Drehung des Sperrbasisteils 14 durch das Mutterteil 12 verhindert wird und dass daher die Reibung zwischen dem Mutterteil 12 und dem Sperrbasisteil 14 minimiert wird, wenn diese mit einer Last beaufschlagt werden während der relativen Drehung beim Montagevorgang. Hierfür ist es hilfreich, für einen hohen Grad an Lubrizität zu sorgen zwischen den eingreifenden Abschnitten des Mutterteils 12 und des Sperrbasisteils 14 und auch hinsichtlich des Eingriffs durch das Gewinde zwischen dem Mutterteil 12 und dem mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 58 des Bolzens 46.
Zur Verringerung des Reibungswiderstands zwischen dem Mutterteil 12 und dem Sperrbasisteil 14 unter Belastung während der Montage und ebenso zur Minimierung der Montage- Drehmomentlasten und daher zur Unterstützung der gleichbleibenden, einwandfreien Montage und Funktion der Befestigungselementanordnung 48 werden das Mutterteil 12 und das Sperrbasisteil 14 daher mit einer elektrokorrosionsbeständigen Zinkschicht verzinkt.
Als nächstes wird ein wachsartiges Schmiermittel ebenfalls auf das Mutterteil 12 und das Sperrbasisteil 14 aufgebracht. Das wachsartige Schmiermittel kann eines von einem bekannten Typ sein wie eine wasserlösliche Wachsemulsion, welche ein Gemisch aus mikrokristallinem Polyethylenwachs und/oder natürlichen oder synthetischen Wachsen enthält.
Gleichzeitig kann es bei manchen Anwendungen wünschenswert sein, dass die Drehung zwischen dem Sperrbasisteil 14 weiter blockiert wird, indem auch ein Widerstand bereitgestellt wird gegen die Drehung zwischen dem Sperrbasisteil 14 und der in Eingriff stehenden Oberfläche 63 des Werkstücks 50 blockiert wird. Daher können die Schmierschichten, die auf der eingreifenden Oberfläche 61 des Sperrbasisteils 14 aufgebracht wurden, entfernt werden, und/oder irgendeine Art einer aufgerauten Oberflächenstruktur zur Verhinderung von Drehung wie durch Aufrauen durch Reibung, Rändeln oder dergleichen könnte auf der eingreifenden Oberfläche 61 des Sperrbasisteils 14 vorgesehen werden.
Wie bereits erwähnt, kann das Befestigungselement durch ein Drehmoment- oder Drehwerkzeug montiert werden wie einen hydraulischen oder Druckluft-Schlagschrauber. Alternativ kann das Befestigungselement durch ein Werkzeug vom Typ eines Drehschraubers montiert werden, welches kontinuierlich ein Drehmoment anlegt, dessen Größe allmählich ansteigt, bis die Montage des Befestigungselements abgeschlossen ist. Bei einem solchen Werkzeug ist die sechseckige Stange, die in die sechseckige Fassung 64 des Bolzens 46 eingreift, nicht feststehend, sondern wird betätigt, um ein Gegendrehmoment auf den Bolzen 46 anzulegen und ihn in die entgegengesetzte Richtung vom sechseckig geformten Fassungsabschnitt des Werkszeugs zu drehen, welches in die sechseckig geformte Oberfläche 24 des Mutterteils 12 eingreift. Solche Drehschrauber bürden dem Bediener nicht die Kraft der periodischen Schläge auf, wie dies bei vergleichbaren Schlagschraubern auftritt. In diesem Fall wird jedoch das Montagedrehmoment kontinuierlich angelegt zwischen der sechseckigen Werkzeugstange in der sechseckigen Fassung 64 und dem Fassungsabschnitt des Werkzeugs auf der sechseckigen Oberfläche 24 des Mutterteils 12, wohingegen beim Werkzeug vom Schlagtyp der Bolzen 46 einigen Widerstand bietet, wenn der Bolzenkopf 56 in die Werkstückoberfläche 71 eingreift. In dieser Hinsicht können die Drehschutzstreifen 69 unter dem Bolzenkopf 56 entfernt werden. Somit erreichen die Kräfte, die auf die sechseckige Fassung 64 im Bolzen 46 und die sechseckige Werkzeugstange aufgebracht werden, wesentlich höhere Größenordnungen als jene, die periodisch vom Schrauber vom Schlagtyp aufgebracht werden. Um derartigen Lasten zu widerstehen, ist die sechseckige Werkzeugstange des Drehschraubers etwas größer als jene des Schlagwerkzeugs. Dies erfordert auch eine größere sechseckige Fassung 64. Beispielsweise wurde für das 5/8 Zoll (1,588 cm)-Befestigungselement, welches in der Tabelle erwähnt wurde, die Distanz L7 über die Ebenen der sechseckigen Fassungsbohrung 64 von 5/16 Zoll (0,794 cm) auf 3/8 Zoll (0,953 cm) erhöht. Dies führt natürlich zu einer dünneren radialen Wand, welche die sechseckige Fassungsbohrung 64 umgibt. Um der radialen Wand ausreichende Stärke zu verleihen, wird es als erwünscht erachtet, die Härte dieses Abschnitts des Bolzenschaftabschnitts 58 oder alternativ die Härte des Bolzens 46 selbst zu erhöhen. In dieser Hinsicht wird eine erhöhte Härte von zumindest ca. RC 40 als ausreichend betrachtet. Selbstverständlich müsste auch die sechseckige Stange eine geeignete Härte und Stärke aufweisen, um die Lasten beim Fixieren des Befestigungselements aufzunehmen.
Während es offensichtlich ist, dass die offenbarten bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung gut berechnet sind, um die vorstehend genannten Aufgaben zu erfüllen, wird man verstehen, dass die Erfindung modifiziert, abgewandelt und verändert werden kann, ohne den ordnungsgemäßen Rahmen oder die angemessene Bedeutung der Erfindung zu verlassen.

Claims

Gewindebefestigungssystem (48) zum Befestigung einer Mehrzahl von Werkstücken (50, 52) aneinander, wobei das System (48) umfasst: einen Bolzen (46) und eine Mutternanordnung (10), wobei der Bolzen (46) einen verlängerten Schaft (54) aufweist, der ausgebildet ist, in ausgerichteten Öffnungen (60, 62) in miteinander zu verbindenden Werkstücken (50, 52) angeordnet zu werden, wobei der Schaft (54) einen Gewindeabschnitt (58) an seinem äußeren Ende aufweist, worin die Mutternanordnung (10) ein Mutterteil (12) und ein Sperrbasisteil (14) umfasst, worin das Mutterteil (12) eine Gewindedurchgangsbohrung (20) aufweist, die ausgebildet ist, das Gewinde des Gewindeabschnitts des Bolzenschafts (54) verschraubend aufzunehmen, worin das Sperrbasisteil (14) einen äußeren Lastring (38) mit einer Nabe (40) mit reduziertem Durchmesser aufweist, die sich axial von dem äußeren Ende des Lastrings (38) erstreckt, worin das Sperrbasisteil (14) eine Durchgangsbohrung (26) aufweist, die sich durch den Lastring (38) und die Nabe (40) erstreckt und ausgebildet ist, den Bolzenschaft (54) in einer beabstandeten Beziehung aufzunehmen, worin das Sperrbasisteil (14) operativ mit dem Mutterteil (12) verbunden ist, worin das Mutterteil (12) ausgebildet ist, auf den Gewindeabschnitt (58) des Bolzenschaftes (54) geschraubt zu werden, wobei der Lastring (38) mit einer gegenüberliegenden Oberfläche (63) des benachbarten Werkstücks (50) in Eingriff tritt, und wobei die resultierende axiale Verklammerungslast, die auf die Werkstücke (50, 52) von dem Mutterteil (12) auf den Lastring (38) im Wesentlichen durch Säulenbelastung der Nabe (40) einwirkt, worin die Nabe (40) ausgebildet ist, bei einer vorgegebenen Größe der axialen Last, die von dem Drehmoment herrührt, welches zwischen dem Mutterteil (12) und dem Bolzen (46) angelegt wird, zu kollabieren, wobei die Nabe (40) so konstruiert ist, dass bei ihrem Kollabieren Material der Nabe (40) radial nach innen in einen kompressiven Eingriff mit dem Gewinde des Gewindeabschnitts (58) gerichtet wird, wobei der Bolzen (46) und die Mutternanordnung (10) unter einer dauerhaften drehmoment-ähnlichen Sperrung ohne wesentliche Verzerrung des Materials des Mutterteils (12) radial in Eingriff mit dem Gewinde des Gewindeabschnitts (58) des Bolzens (46) gegeneinander gesperrt werden.
Gewindebefestigungssystem (48) nach Anspruch 1, worin das Mutterteil (12) eine sich radial erstreckende axiale innere Oberfläche aufweist und der Lastring eine sich radial erstreckende axiale Stirnseite in Gegenüberstellung mit der axialen Innenseite besitzt und wobei die gegenüberliegenden inneren und stirnseitigen Oberflächen voneinander mit einem vorgegebenen axialen Abstand durch die Nabe (40) voneinander getrennt sind, um eine Lücke zu ergeben, wobei das Mutterteil (12) in Antwort auf eine zweite Größe der axialen Last auf die Nabe (40) sich beim Kollabieren der Nabe (40) axial in Richtung auf den Lastring (38) bewegt, um die gegenüberliegenden inneren und stirnseitigen Oberflächen im Wesentlichen in Eingriff miteinander zu bringen, um die Lücke im Wesentlichen zu schließen und dadurch eine verifizierbare Anzeige der Größe der Verklammerungslast auf die Werkstücke zu ergeben, wobei das Mutterteil (12) derart konstruiert ist, dass das Schließen der Lücke im Wesentlichen unabhängig von irgendeiner Verzerrung des Mutterteils (12) erfolgt.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Mutterteil (12) an seinem inneren Ende eine vergrößerte Gegenbohrung aufweist, worin das Sperrbasisteil (14) mit dem Mutterteil (12) verbunden ist, wobei die Nabe (40) in der Gegenbohrung angeordnet ist, worin die resultierende axiale Verklammerungslast auf die Werkstücke von dem Mutterteil (12) auf den Lastring im Wesentlichen durch Säulenbelastung der Nabe (40) ausgeübt wird als Ergebnis der relativen axialen Kraft, die zwischen dem Bolzen (46) und dem Mutterteil (12) durch das Drehmoment ausgeübt wird, das zwischen dem Mutterteil (12) und dem Bolzen (46) ausgeübt wird.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß Anspruch 3, worin die Gegenbohrung (22) in dem Mutterteil (12) eine radiale Stützwand aufweist, die sich axial einwärts und radial nach außen sich verjüngend erstreckt, worin die Nabe (40) mit ihrem axialen äußeren Ende in der Gegenbohrung (22) angeordnet ist, wobei ein vergrößerter Abschnitt eine Wechselwirkung mit der radialen Wand ermöglicht, wobei das Mutterteil (12) und die Sperrbasis (14) als eine Einheit zusammengehalten werden.
Gewindebefestigungssystem (48) nach Anspruch 3 und 4, worin die Stützwand durch eine axiale Vertiefung in dem Mutterteil (12), die die Stützwand im Wesentlichen umgibt, gebildet wird.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bolzenschaft (54) eine unregelmäßig geformte Ausnehmung an seinem äußeren Ende aufweist, die ausgebildet ist, einen passenden Stab von einem Installationswerkzeug aufzunehmen, wodurch die Rotation des Bolzens (46) mit und in der gleichen Richtung wie das Mutterteil (12) während der Installation verhindert wird.
Gewindebefestigungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bolzen (46) einen vergrößerten Kopf (56) aufweist, der ausgebildet ist, mit der die gegenüberliegenden Oberflächen eines der Werkstücke (52) in Eingriff zu treten, wobei der Bolzenkopf (56) eine unregelmäßige Oberfläche (69) auf der die gegenüberliegende Oberfläche in Eingriff nehmenden Seite aufweist, um der Rotation des Bolzens (46) in der ausgerichteten Bolzenöffnungen zu widerstehen.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Sperrbasisteil (14) operativ mit dem Mutterteil (12) verbunden ist, wodurch die Rotation des Sperrbasisteils (14) durch das Mutterteil (12) während der Installation grundsätzlich ausgeschlossen ist.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß Anspruch 8, worin das Lastringteil (38) eine Eingriffsoberfläche (61) aufweist, die ausgebildet ist, mit der gegenüberliegenden Oberfläche auf dem äußeren Werkstück (50) bei Installation in Eingriff zu treten, wobei die Eingriffsoberfläche aufgeraut ist, um eine Rotation des Sperrbasisteils (14) durch Eingriff der Eingriffsoberfläche an der gegenüberliegenden Oberfläche des äußeren Werkstücks zu verhindern.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, worin das Sperrbasisteil (14) und das Mutterteil (12) ihre gegenseitig eingreifenden Oberflächen geschmiert haben, um die Rotation des Verriegelungsteils (14) durch das Mutterteil (12) zu verhindern.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Durchgangsbohrung des Sperrbasisteils (14) sich durch den Lastring und die Nabe (40) mit einem im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser erstreckt, wodurch die Nabe (40) durch das benachbarte axial sich erstreckende Material des Lastrings (38) im Wesentlichen axial gestützt wird.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Lastring (38) eine sich radial erstreckende axiale Stirnseite (42) aufweist, worin die Nabe (40) eine sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende radial äußere Oberfläche von im Wesentlichen gleichmäßigen Durchmesser aufweist, worin die radial äußere Oberfläche der Nabe (40) mit der Stirnseite des Lastrings (38) durch eine Kehle mit sich vergrößerndem Durchmesser verbunden ist, um für eine zunehmende Wandstärke der Nabe (40) an ihrer Verbindung mit dem Lastring (38) zu sorgen, um Verformungen aufgrund der Säulenbelastung der Nabe (40) zu widerstehen.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Bolzenschaft (54) des Bolzens (46) einen sich axial erstreckenden Schlitz (65) aufweist, der ausgebildet ist, um Material der Nabe (40) aufzunehmen, das sich radial einwärts in pressenden Eingriff mit dem Gewinde des Gewindeabschnitts bewegt, um das Mutterteil (12) und den Bolzen (46) weiter gegeneinander zu sperren.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzenschaft (54) eine unregelmäßig geformte Ausnehmung an seinem äußeren Ende aufweist, die ausgebildet ist, einen passenden Stab von einem Installationswerkzeug aufzunehmen, wodurch die Rotation des Bolzens (46) mit und in der gleichen Richtung wie das Mutterteil (12) während der Installation verhindert wird und wobei gleichzeitig ein Drehmoment auf den Bolzen (46) angelegt werden kann in einer Richtung, die derjenigen, die dem Mutterteil (12) beigebracht wird, entgegengesetzt ist, wobei die Ausnehmung mit einer relativ großen Größe bereitgestellt wird, um einen entsprechend geformten passenden Stab aufzunehmen, wodurch die Größe des Drehmoments, die zwischen dem Bolzen (46) und dem Mutterteil (12) wirkt, maximiert werden kann, wobei wenigstens das äußere Ende des Bolzenschafts (54) von einer erhöhten Härte ist, so dass die Ausnehmung dem durch den passenden Stab einwirkenden Drehmoment widerstehen kann.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheitel des axial äußeren Endes des Gewindeabschnitts des Bolzenschafts (54) an seinem axial äußeren Ende einen geringfügig reduzierten Durchmesser haben und im Bereich der Ausnehmung, wodurch der anfängliche Eingriff des Mutterteils (12) an dem Gewindeabschnitt des Bolzenschafts (54) erleichtert wird.
Gewindebefestigungssystem (48) nach Anspruch 6, wobei die Ausnehmung (64) mit einer relativ großen Abmessung bereitgestellt wird, um einen ähnlich bemessenen passenden Stab aufzunehmen, wodurch die Größe des Drehmoments, das zwischen dem Bolzen (46) und dem Mutterteil (12) wirkt, maximiert werden kann, wobei wenigstens das äußere Ende des Bolzenschafts (54) eine erhöhte Härte besitzt, damit die Ausnehmung dem angelegten Drehmoment durch den passenden Stab widerstehen kann.
Gewindebefestigungssystem (48) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Mutterteil (12) und das Sperrbasisteil (14) Verbindungsmittel einschließen, um das Mutterteil (12) und das Sperrbasisteil (14) vor der Installation operativ gegeneinander zu sichern, während es dem Mutterteil (12) erlaubt, sich relativ zum Sperrbasisteil (14) zu drehen.