DE68907341T2 - Befestigungssystem und befestigung zum versand von behältern und sonstigem. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungssystem, das Spannelemente aufweist, die einen Bolzen und eine Hülse umfassen, zum Herstellen von Transportbehältern u.ä.
• Transportbehälter besitzen häufig eine Konstruktion aus einer Außenschicht aus einem harten Metall und einer oder mehreren Innenschichten aus weicheren Materialien, wie beispielsweise Sperrholz, Faserstoffplatten etc. Zum Befestigen der Schichten können Spannelemente eines Typs verwendet werden, der in der US-PS 35 15 419 von C.W. Baugh (Erteilungstag 2. Juni 1970) allgemein beschrieben ist.
• Ein solches Befestigungselement bzw. Spannelement umfaßt einen Bolzen und eine Hülse und wird angebracht, indem eine Axialkraft zwischen dem Bolzen und der Hülse aufgebracht wird, wobei nach Beendigung der Installation der überschüssige Schaft des Bolzens abgetrennt wird. Bei einem derartigen Befestigungselement ist es wünschenswert, daß der mit der Innenfläche in Eingriff tretende Bestandteil einen relativ großen Kopf besitzt, um für eine gute Lastverteilung zu sorgen und ein Brechen der Fläche zu verhindern. Es ist ferner wünschenswert, daß das angesetzte Befestigungselement ein relativ niedriges Profil und somit eine glatte Oberfläche auf der Innenseite besitzt, um das Innenlastaufnahmevolumen zu maximieren und ein Aufreißen des Behälterinhalts an den vorstehenden Befestigungselementen zu verhindern. Es ist darüber hinaus wünschenswert, daß das Befestigungselement für eine wasserdichte Befestigung sorgt und ein Abtrennen bzw. eine Entfernung des Befestigungselementes verhindert. Auch ist es wünschenswert, daß das Befestigungselement einen Kopf mit großer Lagerfläche und niedrigem Profil besitzt, um mit der Außenfläche des Behälters in Eingriff zu treten, hohe Klemmlasten aufzunehmen und Vibrationen Widerstand zu leisten. Ferner ist es wichtig, daß Installationslasten und Schockbeanspruchungen durch ein Brechen des Bolzens minimal gehalten werden, um beim Lösen der Integrität der Verbindung Bolzenrückpralleffekte zu vermeiden.
• Bei einigen Konstruktionen, wie beispielsweise der aus dem vorstehend erwähnten Baugh-Patent, wird eine Kombination aus einer mechanischen Verriegelung und einer Reibungsverriegelung benutzt, um den Bolzen und die Hülse zusammenzuhalten. Allgemein gesagt, stellt dies eine funktionell zufriedenstellende Konstruktion dar. Die Konstruktion ist jedoch etwas komplex und somit teuer, d.h. sie erfordert eine verlängerte Hülse, eine sorgfältig ausgebildete konvexe Unterseite des Bolzenkopfes und eine Bolzenkonstruktion mit mehreren Sektionen. Sie ist besonders griffempfindlich, da keine Anpassung an große Dickenschwankungen der über das Befestigungselement miteinander zu befestigenden Werkstücke möglich ist. Des weiteren ergänzt die Reibungsverriegelung zwischen der Hülse und dem mit geraden Keilen versehenen Bolzenabschnitt lediglich die mechanische Verriegelung, die durch Herausdrehen der Enden der Hülse erreicht wird, um die Bohrung an der Außenseite des Werkstückes zu überlappen. Schließlich sind die Bolzenbruchlasten ziemlich hoch, da viel Metall bewegt wird, d.h. die Hülse an der Stelle der Reibungsverriegelung expandiert und zur Ausbildung der mechanischen Verriegelung am Ende ausgebaucht wird. Eine hohe Bolzenbruchlast selbst ist nicht besonders unerwünscht. Dies führt jedoch zu einem hohen Bolzenrückprall oder einer hohen Reaktionskraft, wenn das Befestigungselement in die endgültige Klemmlage gebracht wird, und der zur Verfügung stehende Spannabschnitt des Bolzens wird durch eine reine Zugbeanspruchung weggezogen. Diese Rückprall- oder Reaktionskraft kann zu unerwünschten niedrigeren endgültigen Klemmbeanspruchungen des Befestigungselementes relativ zu den Werkstücken führen.
• Als Verbesserung gegenüber der vorstehend beschriebenen Baugh-Konstruktion entwickelte die Inhaberin des vorliegenden Patentes das in den Figuren 7 und 8 gezeigte Befestigungselement des Standes der Technik, das in der internatioalen Patentanmeldung PCT/US 86/00275, die unter der internationalen Veröffentlichungsnummer WO-A-8604965 am 28. August 1986 veröffentlicht und später fallengelassen wurde, genauer beschrieben ist. Dieses Befestigungselement besitzt einen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Bolzenabschnitt für die Reibungsverriegelung und eine im Inneren ausgebildete mechanische Verriegelung am hinteren Ende der Keile, die durch eine radial verlaufende ringförmige Verriegelungsschulter am Bolzen gebildet wird, welche mit dem Vorderende der Hülse in Eingriff treten und dieses in eine Verriegelungstasche verformen kann. Das Befestigungselement hat die Vorteile der Anpassung an einen größeren Griffbereich und von geringeren Kosten infolge einer geringeren Hülsenlänge. Wie bei dem Baugh-Patent sind jedoch die Bolzenbruchlasten ziemlich hoch. Daher sind die Bolzenrückprallkräfte weiterhin ein signifikantes Problem. Trotz der Theorie, daß sich der Bolzen bei der Installation geringfügig dreht, wenn die Hülse die schraubenförmigen Keile überwindet, tritt dies in der Praxis nicht auf, zumindest nicht mit einem gewissen Zuverlässigkeitsgrad. Dies ist auf diverse Gründe zurückzuführen, von denen nicht der geringste darin besteht, daß bei den für das Befestigungselement entwickelten Installationswerkzeugen (i) der Griffdruck der Werkzeuge hoch ist, um eine Drehung des Bolzens zu ermöglichen, und (ii) die Reibung zwischen dem Hülsenkopf und dem Werkzeug zu hoch ist, um eine Drehung der Hülse zu ermöglichen. Schließlich ist dieses spezielle Befestigungselement so ausgebildet, daß die Hülse, wie bei dem Baugh-Patent, durch den Keilabschnitt des Bolzens radial in einen Preßsitz mit der Bohrung aufgeweitet wird. Dies erfordert ein Hülsenmaterial, das relativ hart ist, obwohl es weicher als der Stift sein muß, was wiederum dazu führt, daß das Hülsenmaterial ein Einfließen in die schraubenförmigen Nuten des Keilabschnittes des Bolzens verhindert. In einigen Fällen war das Hülsenmaterial radial abgeschert, da sich der Bolzen und die Hülse nicht relativ zueinander drehen konnten, wie vorstehend erläutert.
• Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges und verbessertes Befestigungssystem zu schaffen, das ein Spannelement zum Befestigen von strukturellen Einheiten des beschriebenen Typs aufweist, und/oder ein Befestigungselement, das eine spezielle Verriegelung zwischen Bolzen und Hülse besitzt, und/oder ein Befestigungselement, das keine Preßpassung mit der Werkstückbohrung erfordert und somit in der Lage ist, sich an größere Schwankungen des Werkstückbohrungsdurchmessers anzupassen, und/oder ein Befestigungselement, das über die Installationssequenz, insbesondere zum Zeitpunkt des Bruchs des Bolzens, mit geringeren Spannkräften beaufschlagt werden kann, und/oder ein Befestigungselement, das einen erhöhten Widerstand gegenüber einem Herausdrücken des Bolzens und gegenüber dem Verlust von Klemmkräften über eine verlängerte Betriebsdauer besitzt, und/oder ein Spannelement vom Blind-Typ oder nicht vom Blind-Typ, das besonders gute Eigenschaften, einschließlich der vorstehend genannten Eigenschaften, aufweist.
• Erfindungsgemäß wird ein Befestigungselement mit den Merkmalen der beigefügten Patentansprüche zur Verfügung gestellt.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Spannelement einen Bolzen und eine Hülse. Sowohl der Bolzen als auch die Hülse besitzen radial erweiterte Köpfe, um erforderliche Klemmlasten ohne Beschädigung der festgeklemmten Werkstücke aufzubringen. Der Bolzen umfaßt an seinem Ende unmittelbar benachbart zum Bruchhals einen mit schraubenförmigen Keilen versehenen Abschnitt. Der Keilabschnitt besitzt eine ausreichende Länge, um eine Anpassung an einen stark schwankenden Griffbereich und eine zuverlässige Verriegelung mit dem Inneren der Hülse zu ermöglichen.
• Das Hülsenmaterial ist relativ zum Keilabschnitt des Bolzens weich, um (i) zu ermöglichen, daß das Hülsenmaterial in die schraubenförmigen Nuten innerhalb des Keilabschnittes des Bolzens fließen und diese im wesentlichen ausfüllen kann, und (ii) im wesentlichen eine radiale Ausweitung der Hülse in einen Preßsitz mit der Bohrung der Werkstücke auszuschalten.
• Der Keilabschnitt des Bolzens selbst ist auf diverse Weise besonders ausgebildet. Als erstes besitzt jeder Keil einen relativ großen Helixwinkel. Als zweites sind die Höhe eines jeden Keiles und die Keilgeometrie derart, daß das Hülsenmaterial gezwungen wird, in die Keilnuten zu fließen, jedoch keine radiale Expansion der Hülse in einem signifikanten Ausmaß und mit Sicherheit kein Preßsitz mit der Bohrung der aneinandergeklemmten Werkstücke verursacht wird. Vorzugsweise besitzt die Keilgeometrie einen pyramidenförmigen Querschnitt am Vorderende, wobei der anfangs spitz ausgebildete Kamm des Keiles danach flach wird und sich über seine Länge allmählich erweitert.
• Als Befestigungssystem kann sich die Hülse relativ zum Bolzen drehen, da sie der Helix der Bolzenkeile mit minimalem Reibwiderstand und einer hieraus resultierenden signifikant reduzierten Installationslast, von der der größte Anteil eine reine Zugbelastung ist, bis zum nahen Moment des endgültigen Festklemmens folgt. Zum Zeitpunkt des endgültigen Festklemmens stoppt der Reibeingriff zwischen der Unterseite des Hülsenkopfes und dem Werkstück jegliche Relativdrehung zwischen dem Bolzen und der Hülse, so daß eine signifikant erhöhte Torsionsbelastung erzeugt wird, die dazu beiträgt, den Bolzen am Bruchhals zu zerbrechen. Diese Torsionsunterstützung erniedrigt in signifikanter Weise die Zugbelastung, die sonst erforderlich wäre, um den Bolzen am Bruchhals zu zerbrechen, und reduziert somit in signifikanter Weise die Bolzenrückprallkräfte.
• Ein spezieller Installationswerkzeugamboß wird vorgesehen, der um die am Bolzen ziehenden Klemmbacken frei drehbar ist. Hierdurch kann sich die Hülse während der Installation entlang den Bolzenkeilen drehen.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet ein Befestigungselement nicht vom Blind-Typ mit einer Bolzen- und Hülsenkombination Verwendung.
• Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Befestigungselement als Blindelement ausgebildet sein, das einen verlängerten Hülsenvorsprung über das Werkstück hinaus aufweist, um mit einem Bolzenkopf mit reduziertem Durchmesser in Eingriff zu treten, der, wenn er in Eingriff mit dem Hülsenende gezogen wird, ein radiales Ausbauchen desselben über den Bohrungsdurchmesser hinaus bewirkt. Sonst sind die Merkmale der Ausführungsform der Erfindung mit dem Blindbefestigungselement und des Verfahrens zum Installieren desselben im wesentlichen die gleichen wie bei der bevorzugten Ausführungsform vom Nicht-Blind-Typ.
• Jede Ausführungsform des Befestigungselementes bietet unter anderem eine Anpassung an einen erhöhten Griffbereich, ist leicht zu installieren, bringt reduzierte Installationslasten und Rückkprallkräfte mit sich und sorgt für eine wünschenswerte Verriegelung in erster Linie auf Reibungsbasis, so daß größere Klemmkräfte und Rückhaltekräfte aufrechterhalten werden.
• Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den folgenden Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
• Figur 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Befestigungselementes der vorliegenden Erfindung vom Nicht-Blind-Typ vor dessen Installation in einer strukturellen Einheit, die aneinander befestigt werden soll;
• Figur 2 eine Ansicht ähnlich Figur 1 des Befestigungselementes, nachdem dieses installiert worden ist, wobei der minimale Griffzustand in durchgezogenen Linien und der maximale Griffzustand strichpunktiert dargestellt sind;
• Figur 3 eine vergrößerte Teilansicht des Keilabschnittes des Bolzens, der zwischen den Linien 5-5 und 4-4 in Figur 1 liegt, wobei eine repräsentative Zahl von einzelnen Rillen oder Keilen dargestellt ist;
• die Figuren 4 und 5 vergrößerte Schnittansichten des Befestigungselementes der Figur 1 entlang den Linien 4-4 und 5-5 in Figur 1;
• die Figuren 6 und 7 Ansichten ähnlich den Figuren 1 und 2, wobei jedoch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselementes vom Blind-Typ gezeigt ist; und
• die Figuren 8 und 9 Ansichten ähnlich den Figuren 1 und 2 eines Befestigungselementes des Standes der Technik.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• In Figur 1 ist ein Befestigungselement 10 im mit einer Vielzahl von Werkstücken 12 und 14 montierten Zustand gezeigt. Für einen typischen Transportbehälter o.ä. kann das Werkstück 12 ein Metallarm, Streifen, Rahmen etc. sein, der an der Außenseite des Behälters angeordnet ist und aus Metallblech, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, besteht. Das Gehäuse oder die Wände des Behälters können aus Elementen, wie beispielsweise dem Werkstück 14, bestehen, das aus Sperrholz, Faserplattenmaterial etc. oder anderen Materialien besteht, die einen relativ weichen Kern besitzen und unter hohen örtlichen Lasten brechen können. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform besteht das Werkstück 14 aus mit Fiberglas verstärktem Sperrholz und besitzt einen Sperrholzkern und mit Fiberglas verstärkte Kunststoffschichten 16 und 18, wobei die Schicht 18 die Innenseite des Behälters bildet. Die Kunststoffschichten 16 und 18 sind undurchlässig gegenüber Wasser, so daß eine wasserdichte Konstruktion vorgesehen wird. Es versteht sich, daß die vorstehend beschriebenen Materialien für den Transportbehälter nur beispielsweise genannt wurden und daß die vorliegende Erfindung auch für andere Anwendungsfälle und andere Materialien geeignet ist.
• Das Befestigungselement 10 besitzt einen Bolzen 20 und eine Hülse 22. Die Hülse 22 weist einen vergrößerten Kopf 24 und einen allgemein geraden Schaft 26 auf, der mit Spiel in mindestens einige der ausgerichteten Bohrungen 28 und 30 durch die Werkstücke 12 und 14 eingepaßt werden kann. Der Hülsenkopf 24 ist auf seiner Innenfläche 32 normalerweise einwärts gebogen oder konkav, um zur Ecke der Bohrung 30 des inneren Werkstückes 14 einen Abstand herzustellen. Gleichzeitig verteilt diese konkave Konstruktion die Installationsbelastungen und endgültigen Klemmlasten radial nach außen, um eine übermäßige örtliche Verformung oder ein Brechen der Innenwand 14, 18 zu verhindern. Der Hülsenschaft 26 besitzt einen allgemein gleichmäßigen Außendurchmesser und eine Durchgangsbohrung 34 mit allgemein gleichmäßigem Durchmesser.
• Der Bolzen 20 weist einen vergrößerten Kopf 36 und einen vergrößerten Schaft 38 auf. Der Bolzenkopf 36 ist eine Flachrund-Konstruktion, deren Außendurchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser der Bohrungen 28, 30. Der große Kopf 36 besitzt ein niedriges Profil, so daß eine allgemein glatte Oberfläche an der Außenseite des Metallblechwerkstückes 12 zur Verfügung gestellt wird. Der Bolzenschaft 38 weist einen Gesamtdurchmesser auf, der geringer ist als der der Werkstückbohrungen 28, 30, und besitzt einen geraden glatten ersten Schaftabschnitt 40 mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der der Werkstückbohrungen 28, 30 benachbart zum Kopf 36. Der erste Schaftabschnitt 40 endet an einer ringförmigen Schulter, die durch einen geraden glatten zweiten Schaftabschnitt 42 mit verringertem Durchmesser gebildet wird, dem ein Keilabschnitt 44 folgt. Der Keilabschnitt 44 besitzt Rücken 46 und Nuten 48, die schraubenförmig ausgebildet sind, und zwar unter einem Winkel von etwa 30 bis 60º zur Achse des Bolzens 20. Ein Helixwinkel von etwa 45º wird bevorzugt und stellt einen Kompromiß dar zwischen (i) geringeren erforderlichen Installationsbelastungen - somit einer niedrigeren Leistung und billigen Installationswerkzeugen - bei niedrigeren Helixwinkeln und (ii) einer größeren Haltekraft oder einem größeren Bolzenausdrückvermögen bei höheren Helixwinkeln. Der Keilabschnitt 44 wird durch ein Walzverfahren hergestellt, so daß daher der Außendurchmesser oder die Höhe des Keiles größer ist als die des zweiten Schaftabschnittes 42, während der kleinere Durchmesser der Keilnuten 48 geringer ist als der des zweiten Schaftabschnittes 42. Der größere Durchmesser der Keile 46 ist von vorne nach hinten konstant und geringfügig größer als der Durchmesser der Hülsenbohrung 34, jedoch nicht ausreichend groß, um irgendeine signifikante Ausweitung der Hülse während der Installation zu bewirken, wenn der Bolzen und die Hülse zusammengezogen werden. Mehr zu dieser Sache wird nachfolgend erläutert. Jeder Keil 46 umfaßt vorzugsweise einen Kamm mit kontinuierlich veränderlicher Breite, die mit einer scharfen Spitze am Vorderende beginnt und sich danach als flacher und allmählich verbreiternder Kamm 47 fortsetzt. Um eine solche Keilform bei einem typischen Walzvorgang herzustellen, muß der kleinere Durchmesser der Keilnuten allmählich ansteigen, wenn die Breite des Kammes 47 zunimmt. Bei dem nachfolgend wiedergegebenen Beispiel mit einem Bolzen mit einem Nenndurchmesser von 9,52 mm reicht dieser Anstieg im kleineren Durchmesser von 0,127 mm bis 0,254 mm.
• Anders ausgedrückt, diese spezielle Keilgeometrie ergibt sich, wenn man (i) einen Keil ausbildet, der eine identische Pyramidenform im Querschnitt über seine Länge auf einem sich verjüngenden Bolzenschaftabschnitt mit größerem Durchmesser am hinteren Ende (in Richtung auf den Bolzenkopf) ausbildet, (ii) den Bolzen auf die Stirnfläche eines Schleifrades richtet, wobei die Bolzenachse und die Stirnflächenachse des Schleifrades parallel sind, und (iii) die Oberseite eines jeden Keiles vom vorderen spitzen Ende nach hinten abschleift, um einen einzigen Hauptkeildurchmesser für den gesamten Keilabschnitt vorzusehen, der dem des Keiles am Vorderende entspricht, wie dies anfangs geformt war. Offensichtlich wird diese gleiche Keilkonfiguration einfacher im Walzwerkzeug selbst hergestellt.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt jeder Keil 46 die gleiche Querschnittsform über seine Länge und ist daher pyramidenförmig ausgebildet. Bei einer derartigen Ausführungsform bleiben sowohl der kleinere als auchder größere Keildurchmesser über die Länge des Keilabschnittes 44 gleich.
• Dem Keilabschnitt 44 folgt ein allgemein gerader Schaftabschnitt 50, der vor dem Walzen der Keile einfach Teil des zweiten Schaftabschnittes war. Somit besitzt der gerade Abschnitt 50 normalerweise den gleichen Durchmesser wie der zweite Schaftabschnitt 42 und ist so dimensioniert, daß in bezug auf die Hülsenbohrung 34 Spiel oder ein geringer Preßsitz vorgesehen wird. Dieser Abschnitt führt die Hülse 26 auf den Bolzen 20. Eine ringförmige Bruchnut 52 mit reduziertem Durchmesser ist zwischen dem geraden Bolzenschaftabschnitt 50 und einem Abziehabschnitt 54 vorgesehen, der eine Vielzahl von ringförmigen Abziehnuten 56 aufweist.
• Um eine wasserdicht befestigte Verbindung vorzusehen, wird eine Dichtungsscheibe 60, die einen Außendurchmesser aufweist, der sich dem des Bolzenkopfes annähert, über dem ersten Bolzenschaftabschnitt 40 angeordnet. Die Scheibe 60 besteht aus einem allgemein elastischen Material, das nachgiebig verformbar ist, d.h. einem elastischen Polyamidmaterial, wie beispielsweise Nylon. Der Durchmesser der Bohrung für die Dichtungsscheibe ist dem des Bolzenschaftabschnittes 38 angenähert, kann jedoch aufgrund der elastischen Ausbildung der Scheibe ohne weiteres über den Keilabschnitt 44 hinaus ausgedehnt werden, um eine Halterung am Bolzen 20 zu erreichen.
• Wie vorstehend erläutert, sind das Härteverhältnis zwischen dem Bolzen und der Hülse und der Grad an Preßsitz zwischen dem Innendurchmesser der Hülse und dem Außendurchmesser des Bolzenkeiles so dimensioniert, daß während der Montage das Hülsenmaterial nicht eingeschnitten wird und keine radiale Aufweitung der Hülse stattfindet. Das Hülsenmaterial fließt vielmehr in die Keilnuten hinein.
• Das optimale Härteverhältnis zwischen dem Bolzen und der Hülse beträgt etwa 1,9/1. Ein Verhältnisbereich von 1,7/1 bis 2,1/1 wird als akzeptabel angesehen. Ein Verhältnis von mehr als 2,1 wird nicht empfohlen, da hieraus eine andauernde Bolzenarretierung resultieren kann.
• Das normalerweise für diese Art von Befestigungselement ausgewählte Material ist Kohlenstoffstahl oder niedrig legierter Stahl für den Bolzen, beispielsweise SAE 1022 mit geringen Anteilen von Bor für den Bolzen und SAE 1010 für die Hülse.
• Was die Konstruktionsspezifikationen des Befestigungselementes anbetrifft, so besitzt ein übliches Befestigungselement einen Nenndurchmesser von 9,52 mm. Die minimale Werkstückdicke für dieses Befestigungselement beträgt 19,05 mm. Der Griffbereich beträgt 3,175 mm, so daß die maximale Werkstückdicke 22,22 mm beträgt. Die Länge des Keilabschnittes 44 beträgt 10,16 mm. Bei einem minimalen Griff tritt die Hülse 22 mit dem gesamten Keilabschnitt 44 in Eingriff, während bei einem maximalen Griff 6,98 mm des Keilabschnittes in Eingriff treten, was etwa 2/3 entspricht. Der Hülsenbohrungsdurchmesser 26 beträgt 7,112 mm, was dem Flankendurchmesser der Keile 46 entspricht. Bei diesem Beispiel eines Befestigungselementes mit einem Nenndurchmesser von 9,52 mm beträgt die Bolzenhärte 390, wie über den Vickers-Diamantpyramidentest (hiernach "Vickers" bezeichnet) gemessen. Die Härte der Hülse beträgt 195 Vickers. Bei den Materialien für die Hülse und den Bolzen handelt es sich um die vorstehend erwähnten Materialien.
• Das Befestigungselement 10 wird angebracht, indem eine relative Axialkraft zwischen dem Bolzen und der Hülse 22 über ein Ziehwerkzeug 70 (teilweise gezeigt) aufgebracht wird. Bei dem Ziehwerkzeug kann es sich um ein bekanntes Werkzeug handeln, so daß auf die Beschreibung von Details desselben verzichtet wird, mit der nachfolgenden Ausnahme.
• Da es für die Erfindung erforderlich ist, daß sich die Hülse unter dem Einfluß der Bolzenkeile 46 während der Installation dreht, ist der Werkzeugamboß 72, der während der Installation mit dem Hülsenkopf in Eingriff tritt, so konstruiert, daß er relativ zu dem Spannfutter 74 und den Spannklauen 76, die mit den Ziehnuten 56 in Eingriff treten, frei drehbar ist und das Befestigungselement in der nachfolgend beschriebenen Weise in Klemmeingriff zieht. Die Ausbildung des Werkzeuges 70 bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
• Um das Befestigungselement 10 zu installieren, setzt die Bedienungsperson zuerst den Bolzen 20 in die Werkstückbohrungen 28, 30 ein. Dann bewegt sich die Bedienungsperson zur Innenseite des Behälters oder zur gegenüberliegenden Seite der Werkstücke 12, 14 und ordnet die Hülse 22 über dem vorstehenden Abschnitt des Bolzenschaftes 38 an.
• Als nächstes wird das Werkzeug 70 an das Befestigungselement 10 gesetzt und von der Bedienungsperson betätigt. Das Werkzeug 70 besitzt ein Amboßelement 72 mit einer Eingriffsfläche 78, die konkav ausgebildet und an die konvexe Außenfläche des Hülsenkopfes 24 angepaßt ist. Eine Spanneinheit 74, 76 ist gleitend im Amboßelement 72 gelagert und besitzt eine Vielzahl von Spannklauen 76, die die Abziehnuten 56 des Abziehabschnittes 54 ergreifen können. Eine im Anboßelement 72 angeordnete Bohrung 80 mit reduziertem Durchmesser ist nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Abziehabschnittes 54, so daß sie den Abziehabschnitt 54 in die von den Spannklauen 76 gebildete Öffnung führt. Bei Betätigung des Werkzeuges wird die Spanneinheit axial nach hinten oder von der Eingriffsfläche 78 des Amboßelementes weg bewegt, so daß eine relative Axialkraft zwischen dem Bolzen 20 und der Hülse 22 aufgebracht wird. Diese Axialkraft bewegt den Bolzenkopf 36 in Richtung auf das entsprechende Ende des Hülsenschaftes 26. Wenn dies auftritt, tritt der Keilabschnitt 44 mit dem Hülsenende in Eingriff und bewegt das Material des Bohrungsabschnittes 34 radial in die Keilnuten 48. Das Hülsenmaterial wird durch die Keile über die gesamte Keillänge, über die sich die Hülse bewegt hat, kontinuierlich verdrängt, so daß das Ausmaß der Nutenfüllung durch das Hülsenmaterial kontinuierlich ansteigt. Hierdurch wird eine äußerst wirksame Verriegelung zwischen dem Bolzen und den Keilnuten erreicht. Diese Verriegelung wird durch den relativ hohen Helixwinkel eines jeden Keiles und die Tatsache, daß sich das Hülsenmaterial in engem Kontakt mit der gesamten Länge des von der Hülse aufgenommenen Keilabschnittes befindet, weiter verbessert. Da das Hülsenmaterial relativ zum Material des Bolzens weich ist, wie vorstehend erläutert, bewegt sich das überschüssige Hülsenmaterial relativ frei durch die Keilnuten 48 und füllt diese aus. Eine Erweiterung der Hülse in Preßsitz mit den Werkstückbohrungen 28, 30 findet nicht statt. Da des weiteren (i) die Hülse sich relativ zum Amboß drehen kann, wie vorstehend beschrieben, und (ii) die Hülse nicht in Preßsitz mit der Werkstückbohrung gedrückt wird, dreht sich die Hülse in Richtung der Keile in Reaktion auf den Helixwinkel der Keile und das von den Keilen verdrängte Hülsenmaterial fließt in die Nuten.
• Die Installationsbelastung über diesen Vorgang bis zum endgültigen Festklemmen bleibt normalerweise konstant und ist unabhängig von dem festgelegten Griffbereich.
• Zu irgendeinem Zeitpunkt tritt die konkave Fläche 32 des Hülsenkopfes 24 mit der Innenfläche des Werkstückes 14 einschließlich der Kunststoffschicht 18 in Eingriff, und die Axialbewegung der Hülse 22 wird gestoppt. Dann wird sofort eine Torsionskraft auf den Bolzen erzeugt, da der Bolzen dazu neigt, sich eine geringe Strecke zu bewegen, während die Hülsendrehung durch die Reibung zwischen dem Hülsenkopf und dem Werkstück 14 gestoppt ist. Diese Torsion wird durch die schraubenförmigen Keile erzeugt, die in den Keilnuten gegen das Hülsenmaterial reagieren. Eine solche Torsionslast bewirkt in Verbindung mit der Zugkraft, daß der Bolzenschaft 38 an der Bruchnut 52 abgetrennt und die Installation beendet wird, wie in Figur 2 gezeigt. Die auf den Bolzen während der Installation durch Wirkung der Hülse, die sich entlang den Bolzenkeilen dreht, einwirkende Torsionskraft beträgt schätzungsweise etwa 15 bis 20 % der Gesamtinstallationskraft. Zum Zeitpunkt der endgültigen Klemmung, wenn der Bolzen abgebrochen werden soll, steigt diese Torsions- oder Reaktionskraft auf etwa 40 % an und verursacht auf diese Weise die plötzliche Impulskraft in dem Moment, wenn der Bolzen abgebrochen werden soll. Hierdurch verursacht sie einen Bruch des Bolzens bei einer Zugbeanspruchung, die wesentlich geringer ist als sie sonst erforderlich wäre, wenn sich die Hülse nicht frei um den Bolzen drehen würde.
• In Figur 2 ist das Befestigungselement im Installationszustand in Werkstücken maximaler Dicke mit strichpunktierten Linien und minimaler Dicke mit durchgezogenen Linien dargestellt. Es versteht sich, daß das an der Bruchnut 52 ausgebildete stumme Ende des Bolzens immer von der Hülsenbohrung aufgenommen wird, so daß es nicht über die Ebene des Hülsenkopfes vorsteht.
• Da eine extrem wirksame Reibungsverriegelung den Bolzen 20 und die Hülse 22 zusammenhält, wird einem Rückprall des Bolzens bei einem Brechen an der Bruchnut 52 entgegengewirkt. Da des weiteren die Zugbeanspruchung zum Zusammenziehen des Befestigungselementes in Klemmeingriff durch die durch die Hülse induzierte Torsionsbeanspruchung unterstützt wird, wird die Installationsbeanspruchung bei irgendeiner vorgegebenen endgültigen Klemmbeanspruchung zum Aneinanderhalten der Werkstücke 12, 14 auf ein Minimum gebracht.
• Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Befestigungselementes mit einem Nenndurchmesser von 9,52 mm betragen die Installationsbeanspruchung und die Bolzenbruchbeanspruchung 1636,3 kg und 2045,4 kg. Die Ausdrück- oder Abziehkraft, die erforderlich ist, um das Befestigungselement bei minimaler und maximaler Dicke zu trennen, liegt in einem Bereich von 1045,45 kg und 909 kg für die bevorzugte Konstruktion mit veränderlicher Kammbreite und 772,7 kg sowie 590,9 kg für die erwähnte Konstruktion mit nicht veränderlichem Kamin (1 kg = 9,81 N).
• Eine weitere Ausführungsform eines Befestigungselementes für Transportbehälter u.ä., die als Blindbefestigungselement bekannt ist, ist in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Sie umfaßt viele Merkmale, die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechen. In Figur 6 ist ein Blindbefestigungselement 110 im montierten Zustand mit einer Vielzahl von Werkstücken 112 und 114 dargestellt, die den Werkstücken 12 und 14 entsprechen können und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben werden.
• Das Befestigungselement 110 umfaßt einen Bolzen 120 und eine Hülse 122. Die Hülse 122 besitzt einen vergrößerten Kopf 124 und einen allgemein geraden Schaft 126, der mit Spiel in ausgerichtete Öffnungen 128 und 130 durch Werkstücke 112 und 114 eingepaßt werden kann. Der Hülsenkopf 122 ist normalerweise aus vorstehend beschriebenen Gründen nach innen gebogen oder auf seiner Innenfläche 132 konkav ausgebildet.
• Der Hülsenschaft 126 besitzt einen allgemein gleichförmigen Außendurchmesser und eine Durchgangsbohrung mit einem vorderen Bohrungsabschnitt 134 und einem hinteren Gegenbohrungsabschnitt 134' mit vergrößertem Durchmesser. Eine Schulter 135 wird von der Verbindungsstelle zwischen dem vorderen Bohrungsabschnitt 134 und dem hinteren Bohrungsabschnitt 134' gebildet.
• Der Bolzen 120 besitzt einen vergrößerten Kopf 136 und einen länglichen Schaft 138. Bei dem Bolzenkopf 136 handelt es sich um eine flache Konstruktion, wobei der Außendurchmesser des Kopfes normalerweise dem Außendurchmesser des Hülsenschaftes 126 entspricht oder geringfügig kleiner als dieser ist. Der Bolzenschaft 138 besitzt einen geraden glatten Schaftabschnitt 140 benachbart zum Kopf 136 und endet in einem Keilabschnitt 144. In allen anderen Merkmalen entspricht das Befestigungselement dem vorher beschriebenen Element.
• Das Befestigungselement 110 wird durch Aufbringung einer relativen Axialkraft zwischen dem Bolzen 120 und der Hülse 130 über ein Ziehwerkzeug 170 (teilweise gezeigt) montiert, und zwar wie bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten und vorher beschriebenen Ausführungsform.
• Wenn sich während der Installation der Bolzen 120 bewegt, tritt der Bolzenkopf 136 mit dem Ende des Hülsenschaftes 126 in Eingriff und versucht, sich in den Gegenbohrungsabschnitt 134' zu bewegen. Die Eingriffsfläche 137 des Bolzenkopfes 136 ist in Querrichtung relativ gerade und schert einen Materialring 139 (Figur 7) vom Ende des Hülsenschaftes 126 ab, wenn sie sich in die Gegenbohrung 134' bewegt. Der Ring 139 unterstützt die Bildung eines vergrößerten Tulpenkopfes 141 und die Schaffung einer guten, relativ großen Lagerfläche für den Tulpenkopf 141 gegen das äußere Werkstück 112.
• Wenn die Ausbildung des Tulpenkopfes 141 beendet ist, wird eine weitere Axialbewegung des Bolzens 120 sowohl durch den Bolzenkopf 136 in seiner endgültigen Hülsenkopfformposition an einem Ende als auch durch den Hülsenkopf am anderen Ende verhindert. Wie bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform tritt im Moment der endgültigen Klemmung sofort eine Torsionskraft auf, die zusammen mit der am Bolzen ziehenden Zugkraft den Bolzenschaft 126 an der Bruchnut 152 abtrennt, wodurch die Installation beendet ist, wie in Figur 7 gezeigt. Die Installationskräfte, Konstruktionskriterien für das Ausmaß des Preßsitzes und der Axialkontakt zwischen dem Keilabschnitt des Bolzens und der Hülse sowie die Materialhärte des Bolzens und der Hülse entsprechen im wesentlichen denen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, bei der es sich nicht um ein "blindes" Befestigungselement handelt.

Claims (9)

1. Befestigungselement (10) zum Befestigen von Werkstücken, die zueinander ausgerichtete Öffnungen besitzen,

wobei das Befestigungselement (10) eine rohrförmige Hülse (22) und einen länglichen Bolzen (20) aufweist, die Hülse (22) einen vergrößerten Hülsenkopf (24) und einen länglichen Hülsenschaft (26) besitzt,

der Hülsenschaft (26) eine Durchgangsbohrung (34) und einen Endabschnitt am Ende des Hülsenschaftes (26) gegenüber dem Hülsenkopf (24) aufweist,

der Bolzen (20) einen vergrößerten Bolzenkopf (36) und einen Bolzenschaft (38) besitzt,

der Bolzenschaft (38) einen Keilabschnitt (44) umfaßt, der in der Nähe des Bolzenkopfes (36) angeordnet ist und eine Vielzahl von schraubenförmig angeordneten Keilen aufweist, die durch eine Vielzahl von schraubenförmigen Rippen (46) und dazwischen liegenden Nuten (48) gebildet sind, wobei die Keilrippen (46) einen größeren Durchmesser besitzen, der größer ist als der der Durchgangsbohrung (34) des Hülsenschaftes, und die dazwischen liegenden Nuten (48) einen kleineren Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der des Bolzenschaftes (38), eine Bruchnut (52) benachbart zum Keilabschnitt (44) mit einem geringeren Durchmesser als dem des Bolzenschaftes (38), und einen am Ende des Bolzenschaftes (38) gegenüber dem Bolzenkopf (36) angeordneten Abziehabschnitt (54), der von einem Werkzeug ergriffen werden kann, um eine relative Axialkraft zwischen (20) und der Hülse (22) zur Anbringung des Befestigungselementes (10) aufzubringen, dadurch gekennzeichnet, daß

der Keilabschnitt (44) mit dem Endabschnitt des Hülsenschaftes (26) in Eingriff treten kann, um das Material des Hülsenschaftes (26) in die Keilnuten (48) zu bewegen, wobei im wesentlichen keine radiale Aufweitung des Hülsenschaftes (26) stattfindet,

der Keilabschnitt (44) des Bolzens (10) aus einem wesentlich härteren Material als die Hülse (22) besteht, wobei das Verhältnis der Härten etwa 1,7/1 bis 2,1/1 beträgt, und der Hülsenschaft (26) mit Spiel zu den Werkstücköffnungen angeordnet ist, so daß während der Installation beim Zusammenziehen der Hülse (22) und des Bolzens (20) sich die Hülse (22) innerhalb der Werkstücköffnungen um den Bolzen (10) gegen die Reaktionskraft der schraubenförmig angeordneten Keile drehen kann.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, bei dem der Flankendurchmesser der Keile im wesentlichen dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung (34) der Hülse entspricht.

3. Befestigungselement nach Anspruch 2, bei dem die Keilnuten (48) und Keilrippen (46) unter einem Winkel von etwa 30 bis 60º schraubenförmig zur Achse des Bolzenschaftes (38) ausgebildet sind.

4. Befestigungselement nach Anspruch 3, bei dem die Keilrippen (46) schraubenförmig unter einem Winkel von etwa 45º zur Achse des Bolzenschaftes (38) ausgebildet sind.

5. Befestigungselement nach Anspruch 3, das eine Dichtungsscheibe (60) aufweist, die am Bolzenschaft (26) benachbart zum Bolzenkopf (36) angeordnet ist, aus einem elastisch verformbaren Material besteht und zwischen dein Hülsenkopf (24) und dem benachbarten Werkstück (12) festklemmbar ist, um die Ausbildung einer wasserdichten Verbindung zu unterstützen.

6. Befestigungselement nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis zwischen der Härte des Keilabschnittes (44) und der der Hülse (22) etwa 1,9/1 beträgt.

7. Befestigungselement nach Anspruch 1, bei dem der Bolzen (20) eine Härte von etwa 390 Vickers und die Hülse (22) eine Härte von etwa 195 Vickers aufweist.

8. Befestigungselement nach Anspruch 7, bei dem der größere Durchmesser eines jeden Keiles (46) über die Länge des Keilabschnittes (44) konstant ist, wobei jeder Keil (46) am Vorderende, das zuerst mit dem Endabschnitt der Hülse (22) in Eingriff tritt, einen pyramidenförmigen Querschnitt besitzt und wobei der Kamm (47) eines jeden Keiles (46) danach relativ flach ist und vom Vorderende zum anderen Ende in der Breite allmählich ansteigt.

9. Befestigungselement (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 8, bei dem die Durchgangsbohrung des Hülsenschaftes einen ersten Bohrungsabschnitt (134) und einen zweiten Bohrungsabschnitt (134') an dem dem Hülsenkopf (124) gegenüberliegenden Ende des Hülsenschaftes (126) aufweist, wobei der zweite Bohrungsabschnitt (134') einen größeren Durchmesser als der erste Bohrungsabschnitt (134) besitzt, so daß eine radial einwärts verlaufende Schulter (135) an der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Bohrungsabschnittes (134, 134') gebildet wird, wobei die Schulter (135) einen Endabschnitt bildet,

der Bolzen (120) einen allgemein glatten Schaftabschnitt (138) zwischen dem Bolzenkopf (136) und dem Keilabschnitt (144) besitzt, der Keilabschnitt (144) mit dem zweiten Bohrungsabschnitt (134') und der Schulter (135) des Hülsenschaftes (126) im Reibschluß in Eingriff steht, um den Bolzen (120) und die Hülse (122) in einem vorinstallierten Zustand mit Reibschluß aneinander zu befestigen, und der Reibschluß ausreicht, um den Bolzen (120) und die Hülse (122) zusammenzuhalten, wenn das Werkzeug am Abziehabschnitt angebracht wird, der Bolzenkopf (136) einen Durchmesser besitzt, der allgemein dem Außendurchmesser des Hülsenschaftes (126) entspricht, und eine Fläche (137) unterhalb des Bolzenkopfes (136) aufweist, die mit dem gegenüberliegenden Ende des Hülsenschaftes (126) in Eingriff treten und einen Materialring (139) vom Hülsenschaft (126) abscheren kann, wenn sich der Bolzenkopf (136) in Abhängigkeit von der relativen Axialkraft axial in den Hülsenschaft (126) bewegt,

der Bolzenkopf (136) und der abgescherte Ring (139) den Hülsenschaft (126) radial ausweiten, um einen vergrößerten Kopf (141) auszubilden, der einen größeren Durchmesser als die gegenüberliegende Öffnung der ausgerichteten Öffnungen der Werkstücke besitzt, und der Bolzen (120) an der Bruchnut (152) abgetrennt wird,

wenn die Installationskraft eine vorgewählte Größe erreicht, nachdem der vergrößerte Hülsenkopf (141) geformt und das Befestigungselement bis zum Punkt des endgültigen Klemmeingriffs gezogen worden ist.