DE3223647C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung ist auf das gesamte Gebiet U-bolzenförmiger Spannschrauben gerichtet, die z.B. im Auspuffsystem und an anderen Stellen von Auto­ mobilen und Transportwagen verwendet werden, die von eingebauten Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Rohrschellen dieser Art finden auch z.B. im Baugewerbe und in der Bauindustrie zum Befestigen hängender Röhren und Rohre und beim Aufbau röhrenartiger Türme und Antennen Verwendung.

Der bekannte Stand der Technik, der diese Rohrschellen unmittelbar betrifft, hat überwiegend seinen Ursprung in einem Grundaufbau, der einen U-förmigen, an seinen Enden mit Gewinden versehenen Bolzen aufweist, der ein im allgemeinen halbkreisförmiges Krümmungsteil enthält, das ein Paar paralleler Schenkel integral verbindet, auf denen in axial verschiebbarer Anordnung ein Sattelkörper aus Blech angebracht ist, der röhrenförmige Teilstücke enthält, die die Schenkel des U-Bolzens aufnehmen und umgeben und die durch einen zentralen Stegabschnitt miteinander verbunden sind. der sich transversal zwischen den röhrenförmigen Gehäuseteilstücken erstreckt und mit diesen eine Einheit bildet. Der Sattel hat eine das Arbeitsstück festhaltende Außenkante, die gekrümmt ist und den gleichen Radius hat wie die Krümmung des U-Bolzens. Muttern sind auf die mit Gewinde versehenen freien Endabschnitte der Schenkel des U-Bolzens aufgeschraubt. Die Muttern sind danach gegen die benachbarten Enden der röhrenförmigen Gehäuseteilstücke festgedreht, um den Sattel und den Bolzen zur strammen Einspannung eines Paares teleskopartig ineinander greifender zylindrischer Röhren zusammenzuziehen, die zwischen dem Krümmungsteil des U-Bolzens und der gekrümmten Kante des Sattelteiles angeordnet sind. Wenn nötig, werden Sicherungsscheiben zwischen die Muttern und die Enden der röhrenförmigen Gehäuseteile eingefügt. In anderen Fällen wird ein Hängebock einer Art, wie sie in der anhängigen Anmeldung von John E. Heckethorn, U.S. Serial No, 1 88 262, die am 17.9.1980 hinterlegt wurde, erläutert ist, zwischen der oberen Stirn­ fläche des Sattels und den Stirnflächen der Muttern eingefügt. Auf diese Weise kann die ganze Einheit vom Hängebock getragen werden, der am Rahmen eines Fahrzeugs befestigt ist.

Typische Beispiele für bekannte Anordnungen dieser allgemeinen Art sind in den US-Patenten 27 19 345 (Riker), 31 37 053 (Osborne et al.), 39 55 250 (Heckethorn), 37 20 182 (Downing) und 42 65 005 (Heckethorn) dargestellt. Weitere Beispiele kürzlicher Patente für U-Bolzen- Spannschrauben sind die US-Patente 40 56 869 (Eisman) und 41 82 122 (Wagner). Bei den meisten der bekannten Vorrichtungen sind die Sättel aus ursprünglich ebenen länglichen Platten hergestellt, die aus relativ dünnem Stahlblech gewonnen sind. Die Platten werden ausgeschnitten, ausgestanzt, gebogen oder anderweitig geformt, um einen zentralen Steg zu schaffen, der ein Paar röhrenförmiger Abschnitte verbindet, die auf den Schenkeln eines zugeordneten U-Bolzens axial verschiebbar angeordnet sind. Nach einigen der Patente, z.B. denjenigen von Eisman und Wagner, wird der Sattelsteg aus nur einer einzigen Materialplatte gebildet, die in geeigneter Weise umgebogen ist, um eine zusätzliche Stärke zu erzeugen. Nach anderen, beispielsweise denjenigen von Heckethorn (39 55 250) und Riker (27 19 345) wird der Steg aus einem Paar von im wesent­ lichen identischen Platten gebildet, die in paralleler Lage miteinander verbunden sind. Nach weiteren Patenten, z.B. demjenigen von Downing, wird der Steg aus einem einzigen Stück oder mehreren Stücken Blech gefaltet, um seitlich im Abstand voneinander angeordnete Profile zu erzeugen.

In modernen Anwendungen, beispielsweise in der Automobilindustrie, ist es notwendig, daß die an der jeweiligen Röhre anliegende Außenkante des Sattels eine ausreichende Klemmkraft auf die teleskopisch angeordneten Röhrenabschnitte ausübt, an denen sie befestigt ist, um darin eine halbkreisförmige Sicke einzukerben. Diese Sicke verhindert die axiale Trennung der Röhrenelemente. Die ausgeübte Klemmkraft ist eine Funktion des Drehmomentniveaus, mit dem die Sicherheitsmuttern am Ende angezogen werden, wenn sie während der Montage auf die mit Gewinde versehenen Schenkel des U-Bolzens aufgeschraubt werden. Es scheint wesentlich, daß im Sattelelement irgend eine Längsverstärkung vorhanden ist, da Versuche gezeigt haben, daß in bekannten Spannschrauben, z.B. denjenigen nach Riker, deren Sattelstege keine solchen Längsverstärkung haben, die Sättel beginnen, sich seitlich zu verdrehen und sich zu überschlagen, wenn sie durch Drehmomentniveaus angezogen werden. die sich 27 Nm (20 ft/lbs) nähern. Natürlich widerstehen Rohrschellensattel mit Längsver­ stärkung, beispielsweise diejenigen nach Downing et al., der Verdrehung und dem Überschlag bei viel höheren Drehmomenten, z.B. bei 41 Nm (30 ft/lbs) mit Erfolg. In den letzten Jahren wurden sogar noch steifere Rohrschellen entwickelt, wie sich aus den US-PS 39 55 250 und 42 65 005 (Heckethorn) ergibt.

In den letzten Jahren ging die Tendenz dahin, Rohrschellen dieser Art zu schaffen, die hohe Drehmomentwerte aushalten und trotzdem wirtschaftlich in Bezug auf die Herstellung und das Gewicht sind. Da häufig vier oder mehr Rohrschellen in einem einzigen Fahrzeug verwendet werden, kann die Ersparnis, die selbst durch eine geringe Reduzierung im Aufwand und im Gewicht erzielt wird, beträchtlich sein.

Die vorliegende Erfindung ist dabei darauf gerichtet, einen Sattelkörper für solche hoch beanspruchten Rohrschellen zu schaffen, durch den die Rohrschelle eine auf dem Umfang möglichst gleichmäßig verteilte Druck­ kraft entlang einer kreisringförmigen Berührungslinie gewährleistet. Gleichzeitig soll ein stabiler verbindender Spannkörper mit einer ebenenen Unterlage möglich sein.

Der hierzu nächstgelegene Stand der Technik ergibt sich aus der US-PS 42 29 863. Gemäß dieser Entgegenhaltung weist der Sattelkörper einen tropfenförmigen Querschnitt auf. Wenn nun dieser tropfenförmige Quer­ schnitt des Sattelkörpers mit einer hohen Spannkraft beaufschlagt wird, neigt der Sattelkörper dazu, sich ringförmig zu verformen. Dadurch werden die beiden Flächen, die auf die Röhren drücken, auseinanderbewegt, und die Stabilität der ganzen Rohrschelle leidet.

Demgegenüber wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs der vorliegenden Erfindung ein Sattelkörper für Rohrschellen geschaffen, der auch bei sehr hohen Belastungen, also sehr hohen Anzugsdrehmomente der Spannschraube stabil bleibt, und sich nicht verformt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Spannschraube, die auf miteinander verbundenen Teilstücken einer Rohrleitung angebracht ist;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Teile der Spannschraube, die auf mit­ einander verbundenen Teilstücken einer Rohrleitung angebracht ist, mit einer Mutter, die auf ein freies Ende des U-Bolzens aufgeschraubt ist:

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt längs der Linien 3-3 der Vorrichtung gemäß Fig. 2 unter Weglassung der Röhrenabschnitte;

Fig. 4 eine Ansicht einer Sattelsteganordnung von oben;

Fig. 5 bis 17 die aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen, wobei Fig. 5 eine Platte nach der ersten Formgebung zeigt, bei der die Innenseite der Bolzenöffnung und die Verstärkungsrippe herge­ stellt werden;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linien 6-6 der Vorrichtung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linien 7-7 der Vorrichtung gemäß Fig. 5;

Fig. 8 eine Ansicht der Platte gemäß Fig. 5 nach einer Kerbung;

Fig. 9 die Platte gemäß Fig. 5 nach dem Schritt der Radiusbildung;

Fig. 10 einen nachfolgenden Schritt des Nachpressens der Kanten der Radien, um relativ konische oder abgeschrägte Kanten zu erzeugen;

Fig. 11 die Platte gemäß Fig. 10 mit äußeren umgebogenen Kanten;

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linien 12-12 der Vorrichtung gemäß Fig. 11;

Fig. 13 einen folgenden Schritt der Erzeugung einer ersten 90°-Biegung längs der Mittellinie der Platte;

Fig. 14 die Vervollständigung der Biegung, wobei eine zusätzliche 90°- Biegung erzeugt wird;

Fig. 15 einen vergrößerten Schnitt längs der Linien 15-15 der Vorrichtung gemäß Fig. 14;

Fig. 16 den letzten Schritt der Sattelbildung, wobei die Kante auf der rechten Seite gemäß Fig. 14 nachgerichtet ist, um sie fluchtend mit den Muttersitzflächen abzuflachen;

Fig. 17 einen vergrößerten Schnitt längs der Linien 17-17 der Vorrichtung gemäß Fig. 16.

Die hier offenbarte zusammengesetzte Vorrichtung besteht aus nur vier Teilen, die die U-förmige Spannschraube bilden, die allgemein in den Zeichnungen unter 10 dargestellt ist. Die Einzelteile sind ein normaler U-Bolzen 11, der neue Sattelkörper 12 und zwei Muttern 13, die mit flanschartigen Beilagscheibenabschnitten zu Einheiten vereinigt sein können. Die Muttern 13 sind auf die mit Gewinde versehenen freien Enden 15 des U-Bolzens 11 aufgeschraubt. Die freien Enden 15 gehen im wesent­ lichen parallel zueinander vom Krümmungsteil 16 des U-Bolzens aus.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, ist der Sattelkörper 12 axial verschiebbar auf den Schenkeln des U-Bolzens zwischen den Muttern 13 und dem Krümmungsteil 16 angeordnet. In eingebautem Zustand wird eine Kupplung aus teleskopisch ineinander angeordneten Röhrenabschnitten 17 und 18, von denen einer der Ausgang eines Fahrzeugauspufftopfs sein kann, zwischen dem Sattelkörper 12 und dem Krümmungsteil 16 des U-Bolzens zusammengepreßt, wenn der Sattelkörper 12 gegen das Krümmungsteil 16 unter der Kraft der Muttern 13 bewegt wird, während diese längs der Schenkel durch Beaufschlagung mit einem Drehmoment verschoben werden. Damit wird eine gleichmäßige Einkerbung längs der teleskopisch an­ geordneten Röhrenabschnitte erreicht, um ein nahezu vollkommen bogen­ förmiges Krümmungsteil zu gewährleisten. In gleicher Weise muß bei der Herstellung des Sattels sorgfältig vorgegangen werden, damit der bogenförmige Rand demjenigen des Krümmungsteils entspricht.

In manchen Anwendungsfällen kann die U-bolzenförmige Spannschraube 10 auch als Aufhängeelement für einen Teil des Auspuffsystems dienen. Dann ragen die Enden 15 des U-Bolzens 11 durch Löcher eines Flansches 19 einer hornförmigen Hängeeinrichtung 20, die einen herkömmlichen Aufbau hat und die stoßsicher am Unterboden eines Fahrzeugs befestigt sein kann. Das Horn ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung, es ist jedoch in Fig. 1 dargestellt. Die Einrichtung kann auch ohne Horn benutzt werden und die Fig. 2 zeigt die Anordnung in dieser Weise.

Der Sattelkörper 12 der vorliegenden Erfindung kann aus irgend einem annehmbaren Werkstoff hergestellt sein. Er besteht vorzugsweise aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und hoher Zähigkeit. Von der Anmelderin wurde auch festgestellt, daß die Herstellung des Sattelkörpers unter Ausnutzung eines Folgeschnitts zahlreiche Vorteile hat einen Sattelkörper ergibt, der genaue Toleranzen hat. Weiterhin ergibt sich daraus eine besonders wirtschaftliche Fertigung.

Ausdrücklich wird auf das Blatt 2 der Zeichnung und insbesondere auf die Fig. 5 bis 17 der Zeichnung aufmerksam gemacht. Das Ausschneiden und Formen des Sattels kann in acht Schritten oder Stufen durchgeführt werden, wobei ein Folgeschnitt benutzt wird, obwohl die genaue Anzahl der Stufen in Bezug auf die Erfindung nicht kritisch ist. Ein Stahlband, aus dem der Sattelkörper hergestellt wird, wird in aufeinanderfolgende rechteckige Segmente geschnitten. Jedes Segment wird dann Stanz- und Formschritten unterworfen, die in dem Folgeschnitt enthalten sind. Der erste Schritt, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, stellt die erste Form dar. Hierbei werden sowohl die Innenseiten des Bolzengehäuses H als auch die zentrale Verstärkungsrippe gebildet. Die ausgeschnittene Metallplatte ist unter B dargestellt, während die Verstärkungsrippe mit 21 bezeichnet ist. Es ist zu erkennen, daß hierbei zwei abgesenkte, rechteckige Gebiete 22 und 23 ausgebildet werden, wobei weiterhin Seitenflansche 24 und 25 vorgesehen werden. Aus der Fig. 6 ist zu entnehmen, daß die Seitenwände, die von den abgesenkten Gebieten 22 und 23 emporragen, zu der Ver­ stärkungsrippe 21 und den Seitenflanschen 24 und 25 eine steile Neigung haben.

Der nächste Schritt in der Herstellung des Sattels beinhaltet das Einkerben der ersten Form, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Die Einkerbungen, die mit 26 bezeichnet sind, erstrecken sich von den Kanten der Seitenflansche bis zu der Verstärkungsrippe 21. Die T-Form der Einkerbungen, wobei die Ränder des quer verlaufenden Abschnitts bogenför­ mig ausgebildet sind, ist insbesondere für die richtige Gestalt der Mutternsitzflächen wichtig. Dies wird nachfolgend noch deutlicher ersichtlich.

Danach werden die Ränder auf jeder Seite der Metallplatte hergestellt, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Damit wird ein geeigneter, an diejenige Röhrenverbindungsstelle angepaßter Rand geschaffen, für die der Rand vorgesehen ist. Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß sich die Ränder 27 und 28 durch die schrägen Seitenwände der Gebiete 22 und 23 und in die Seitenflansche 24 und 25 erstrecken, die natürlich die Bolzengehäuse H ergeben werden.

Anschließend werden die Ränder 27 und 28 auf einer Seite nachgepreßt, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 10 dargestellt ist. Hierdurch werden abgeschrägte Kantenabschnitte 29 erzeugt, an denen die Kanten dünner werden, um das Eindringen in die Röhre zu verbessern, was sich am besten aus der Ansicht der zusammengebauten Vorrichtung gemäß Fig. 3 erkennen läßt. Wenn der Sattelkörper zum Schluß zusammengefaltet ist, ergeben die sich verjüngenden Kantenabschnitte einen relativ scharfen Eindringradius, der mit dem inneren Radius des U-Bolzens zur Erzeugung der notwendigen Einkerbung in der Röhre zusammenwirkt.

Wie sich am besten aus den Fig. 11 und 12 ersehen läßt, beinhaltet der nächste Schritt das Umbiegen der äußeren Ränder der Seitenflansche 24 und 25, um die notwendige Halbbehälterstruktur für das Bolzengehäuse zu erzeugen. Es wird auf die umgebogenen Ränder 30, 31, 32 und 33 hin­ gewiesen.

Die erste 90°-Umbiegung der gesamten Metallplatte ist im nachfolgenden Schritt anschaulich in Fig. 13 dargestellt. Hierbei wird die Metallplatte längs des Rands der dreieckigen Verstärkungsrippe 21 nach oben gebogen, wie in Fig. 11 links der Teilungslinie 12-12 gezeigt ist, um einen 90°- Knick zu erzeugen. Darauf folgt die in Fig. 14 gezeigte, zweite 90°- Umbiegung, womit die Platte um volle 180° gebogen wird, so daß die beiden Hälften direkten Kontakt haben und hierbei die Grundform des fertigen Sattelkörpers bilden. Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die umgebogenen Ränder 30 und 31 zusammenpassen, wie am besten aus der Ansicht der zusammengebauten Anordnung gemäß Fig. 4 zu ersehen ist. Auch die Ränder 32 und 33 sind in voller linienförmiger Berührung. Der zentrale Stegabschnitt des Sattelkörpers, der unter W dargestellt ist, ist ebenfalls in direktem Kontakt und mit den sich verjüngenden Kan­ tenabschnitten 29 verbunden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die Verstärkungsrippe 21 in dieser Phase der Fertigung mit ihrer länglichen Kante von der Ebene der Mutternsitze leicht nach außen ragt, die durch 35 und 36 bezeichnet sind. Tatsächlich nimmt die Verstärkungsrippe 21 an diesem Punkt eine leicht gekrümmte Querschnittstruktur, wie in Fig. 15 dargestellt, ein, was ein Nachrichten erforderlich macht, das durch Aufnehmen der gesamten Baugruppe und durch Schläge auf die Verstärkungsrippe unter Verwendung eines nockenbetätigten Stempels erreicht wird. Durch das Nachschlagen der Verstärkungsrippe 21 nimmt diese dann die endgültige Struktur gemäß Fig. 17 an, wobei die Stirnseite der Verstärkungsrippe mit den Mutternsitzen 35 und 36 fluchtet und die Querschnittstruktur, wie in Fig. 17 gezeigt, dreieckig ist.

Es dürfte augenfällig sein, daß andere Arbeitsgänge innerhalb des Schnitts in das Teil irgendwelche notwendigen Wörter oder Teilnummern einstempeln und die Kanten des Streifens entgraten können.

Die Betätigung der Spannschraubenanordnung ist für Fachleute augenschein­ lich. Wenn der Sattelkörper 12 auf den freien Enden 15 des U-Bolzens montiert ist, wobei eine teleskopische Verbindung zweier Röhrenabschnitte 17 und 18 zwischen der halbkreisförmigen Ausnehmung des Bodenrands des Sattelstegs und dem Krümmungsteil 16 des U-Bolzens angeordnet ist, wird die Spannschraube durch Drehen der Muttern 13 angezogen, um den U-Bolzen axial in Bezug auf das Sattelelement vorzubewegen. Hierbei wird die Verbindung zusammengedrückt und eine kreisförmige sickenartige Einkerbung erzeugt, wobei ein flüssigkeitsdichter Verschluß über die vollen 360° der Verbindungsstelle geschaffen wird. Natürlich ist das notwendige Drehmo­ ment, um die Muttern anzuziehen, damit die Spannschraube eine völlig lecksichere Einkerbung in die Verbindung einprägt, um so höher, je größer die gesamte Stärke der teleskopischen Verbindung ist.

Die neue Spannschraube ist besonders bei der Verwendung in Verbindung mit Hängeböcken der Art wirksam, wie sie unter 20 in Fig. 1 gezeigt sind. Das neue Sattelelement stellt eine weite, flache Oberfläche für den Hängebock zur Verfügung, der sich dagegen abstützen kann. Diese Kombination kann die Anforderungen der niedrigen Konturen erfüllen, da die Steghöhe bis zu 9,58 mm (3/8′′) klein sein kann.

Spannschraubensättel, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Darlegung hergestellt sind, widerstehen sehr hohen Drehmomenten, sind nicht leicht anfällig für Verwindungen und haben darüber hinaus ein hohes Ausmaß an Gasdichtheit bewirkt und verhindern Lecks.

Eine Kraft, die auf die obere Stirnseite der dreieckigen Verstärkungs­ rippe 21 ausgeübt wird, ruft Kraftvektoren hervor, die nach innen, entlang den Seiten des Dreiecks wirken und damit den Sattel enger zusammendrücken.

Claims (4)

1. Sattelkörper für eine U-bolzenförmige Spannschraube, wobei der Sattelkörper aus einer einzigen gefalteten Metallplatte gebildet ist und ein Paar von im Abstand voneinander angeordneter, paralleler Aufnahmegehäuse sowie einen verbindenden Stegabschnitt, der einen gekrümmten niedrigeren Rand zwischen den Aufnahme­ gehäusen aufweist und eine integrierte rohrförmige Verstärkungsrippe enthält, die sich vom einen Aufnahme­ gehäuse zum anderen erstreckt und einen Teil der oberen Stirnseite des Sattelkörpers bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Verstärkungsrippe (21) einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei die obere Seite des Dreiecks mit den Enden der Aufnahmegehäuse (H) fluchtet, so daß eine flache, kontinuierliche obere Sattelstirnseite vorhanden ist.

2. Sattelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Verstärkungsrippe (21) kleiner als die Breite der Aufnahmegehäuse (H) ist.

3. Sattelkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (B) mit einem Folgeschnittwerkzeug hergestellt ist und längs Linien, die die Kanten der Stirnseite des Verstärkungsabschnitts bilden, gefaltet wird.

4. Sattelkörper nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (27, 28) abgeschrägt ist.