DE69834573T2

DE69834573T2 - Ausdehnbare gewindeeinsätze

Info

Publication number: DE69834573T2
Application number: DE69834573T
Authority: DE
Inventors: F. Leonard Issaquah REID; H. Timothy Seattle JOHNSON
Original assignee: Fatigue Technology Inc
Current assignee: Fatigue Technology Inc
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: WO1999027262A1; DE69834573D1; EP1032769B1; EP1032769A1; EP1032769A4

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Patentanmeldung beansprucht auf Basis der vorläufigen Patentanmeldung Nummer 60/066.267, eingereicht am 20. November 1997, mit dem Titel „Ausgedehnte mit Gewinde versehene Einsätze", Priorität.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung zur Installation in einer Öffnung in einem Element, die einen röhrenförmigen Körper, der so bemessen ist, dass er in die Öffnung eingeführt werden kann, wobei der röhrenförmige Körper Innengewindegänge hat; eine röhrenförmige Verlängerung an dem Körper, die sich von dem Körper axial erstreckt, wobei die röhrenförmige Verlängerung eine sich radial öffnende Umfangsnut enthält; einen Arretierring, der sich in der Umfangsnut befindet, umfasst; und des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein zusammengesetztes Element, das eine derartige Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung umfasst. Die Erfindung betrifft darüber hinaus das Bereitstellen eines Verfahrens zur Installation der Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung in einer Öffnung in einem Element. Eine derartige Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung ist aus US-A-5.590.900 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Der Hintergrund dessen, das als „Muttemplattentechnologie" bezeichnet werden kann, wird in US-A-5.096.349, erteilt am 17. März 1992 an Michael A. Landy et al., und in US-A-5.245.743, erteilt am 21. September 1993 an Michael A. Landy et al., und in US-A-5.380.136, erteilt am 10. Januar 1995 an Charles M. Copple et al., und in US-A-5.405.228, erteilt am 11. April 1995 an Leonard F. Reid, und in US-A-5.468.104, erteilt am 21. November 1995 an Leonard F. Reid et al., beschrieben. Diese Patente offenbaren Mutterbefestigungsstrukturen, die durch einen röhrenförmigen Schaft gekennzeich net sind, der in eine Öffnung in einer Wand eingeführt wird, in der eine Schraube positioniert werden soll. Der röhrenförmige Schaft wird in der Öffnung radial ausgedehnt, um die Mutterbefestigungsstruktur mit der Wand zu verbinden.
Es besteht die Notwendigkeit eines Schrauben-Aufnahme-Einsatzes, der in einer Öffnung in einem Element ausgedehnt werden kann, um ihn mit dem Element zu verbinden, und der selbst mit einem Innengewinde versehen ist, so dass keine separate Mutter erforderlich ist. Es besteht die Notwendigkeit eines Schrauben-Aufnahme-Einsatzes, der in eine Öffnung in einer zusammengesetzten Struktur ohne Zugang zu der Rückseite eingeführt werden kann. Der Einsatz muss von der Vorderseite der Struktur aus eingeführt werden können und anschließend in der Öffnung unter Verwendung der ausschließlich an der Vorderseite der Struktur positionierten Werkzeuge ausgedehnt werden können. Ein Zweck eines derartigen Einsatzes ist es, das Anbringen einer Platte oder eines anderen Elementes an einer Ausgangsstruktur unter Verwendung einer mit Gewinde versehenen Schraube zu erleichtern. Der Einsatz muss der Drehmomentbelastung von einer Schraube und dem Herausziehen aufgrund der axialen Belastung während des Hineindrehens der Schraube widerstehen. Des Weiteren besteht die Notwendigkeit eines Schrauben-Aufnahme-Einsatzes, der zum einfachen und schnellen Platzieren und Befestigen in einer Öffnung in einem Element eingerichtet ist. Es besteht darüber hinaus die Notwendigkeit eines Schrauben-Aufnahme-Einsatzes, der dicht ist und einen dichten Verschluss für die Öffnung bereitstellt, wenn keine Schraube mit dem Einsatz verbunden ist. Es wird angenommen, dass der Schrauben-Aufnahme-Einsatz dieser Erfindung diese Notwendigkeiten erfüllt.
Offenbarung der Erfindung
Eine Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung der Erfindung ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Körper aus einem Material hergestellt ist, das es ermöglicht, dass er nach der Installation in der Öffnung radial ausgedehnt werden kann, so dass eine ausreichende Presspassung zwischen dem röhrenförmigen Körper und der Öffnung in dem Element durch die radiale Ausdehnung des röhrenförmigen Körpers erzeugt werden kann, wobei die Passung ausreicht, um dem Herausdrehen des röhrenförmigen Körpers in Bezug auf das Element zu widerstehen, und dass der Arretierring einen unveränderlichen Außendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser des röhrenförmigen Körpers; so dass nach der Installation der Arretierring in anliegendem Kontakt mit dem Element ist, um zu verhindern, dass die Einsatzanordnung durch das Element hindurch zurückgezogen wird.
Eine röhrenförmige Verlängerung erstreckt sich axial von einem Ende des Körpers und enthält eine sich radial nach außen öffnende Umfangsnut. Ein Arretierring wird in der Umfangsnut gehalten. Der Arretierring hat in freiem Zustand einen Außendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des röhrenförmigen Körpers. Der röhrenförmige Körper wird durch eine Öffnung in einem Element hindurch eingeführt und bewegt, um den Arretierring im Wesentlichen an die unmittelbare Seite des Elementes zu platzieren. Anschließend wird der röhrenförmige Körper radial ausgedehnt, um ihn in der Öffnung zu halten. Danach wird eine Schraube mit den röhrenförmigen Körper verbunden, indem ihr Gewinde mit der mit Gewinde versehenen Innenfläche des röhrenförmigen Körpers in Eingriff gebracht wird.
In einer bevorzugten Form verjüngt sich der Arretierring im seinem Verlauf axial nach außen von dem Körper weg. Er verjüngt sich bis auf einen Durchmesser an seinem äußeren Ende, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser der röhrenförmigen Verlängerung gleich ist. Der Arretierring ist gespalten, um eine radiale Spalte zu bilden. Dadurch wird ermöglicht, dass der Arretierring zum Einführen auf dem Befestigungselement ausgedehnt werden kann. Vorzugsweise sind der Arretierring und die Umfangsnut auch dafür geeignet, dass der Arretierring radial in die Umfangsnut hinein gedrückt werden kann. Dies ermöglicht, dass das Befestigungselement in eine Öffnung in einem Element mit dem Ausdehnungsende zuerst eingeführt werden kann, bis der verjüngte Arretierring in Kontakt mit der Peripherie des Elementes kommt. Anschließend wird das Befestigungselement mit einer stirnseitigen Kraft in Richtung des Elementes bewegt, um den Arretierring in die Öffnung in dem Element hinein und durch sie hindurch zu bewegen. Der Kontakt zwischen der Peripherie der Öffnung und der verjüngten Fläche des Arretierrings dient dazu, den Arretierring radial nach innen zu drücken, wodurch ermöglicht wird, dass er in die Öffnung in dem Element hinein und durch sie hindurch bewegt werden kann. Wenn der Arretierring ganz durch die Öffnung hindurch bewegt wurde, dehnt er sich radial in der Umfangsnut aus, um seine hintere Stirnseite nahe angrenzend an die zweite Seite des Elementes zu positionieren. Wenn sich der Arretierring ausgedehnt hat, verhindert er, dass das Befestigungselement durch die Öffnung hindurch zurückgezogen wird.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann die röhrenförmige Verlängerung entweder über ein offenes äußeres Ende oder ein geschlossenes äußeres Ende verfügen. Ein geschlossenes äußeres Ende stellt einen dichten Anschluss bereit. Das geschlossene Verlängerungsende des röhrenförmigen Einsatzes kann ausreichend lang sein, dass es einen Endabschnitt eines Dorns aufnehmen kann, der durch den röhrenförmigen Körper in das Ende hinein eingeführt wird, so dass ein Abzieher an dem Dorn verwendet werden kann, um den röhrenförmigen Körper radial auszudehnen, um ihn in der Öffnung zu installieren.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Arretierring ein radialer Flachring sein, der in eine komplementäre Umfangsnut eingeführt wird, nachdem das Befestigungselement in der Öffnung mit der Umfangsnut an der zweiten Seite des Elementes positioniert wurde.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird das Befestigungselement mit einer zusammengesetzten Struktur verwendet. Das Element ist aus einem Verbundmaterial hergestellt und eine Öffnung ist in dem Element gebildet. Der röhrenförmige Körper des Befestigungselementes wird in die Öffnung eingeführt und der röhrenförmige Körper wird radial ausgedehnt, um ihn an dem zusammengesetzten Material zu befestigen, das die Öffnung umgibt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das Befestigungselement in einer Öffnung in einem Element von einer Seite des Elementes aus eingesetzt werden. Das Befestigungselement wird an dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Dorns platziert, der an einem Abzieherwerkzeug angebracht ist. Anschließend wird ein vorderer Abschnitt des Dorns mit großem Durchmesser mit einer Öffnung in einem Element ausgerichtet und anschließend nach vorn geschoben, um ihn in die Öffnung hinein und durch sie hindurch zu bewegen und den röhrenförmigen Körper in der Öffnung zu positionieren. Anschließend wird das Abzieherwerkzeug betätigt, um den Dorn zurück durch das Befestigungselement zu ziehen, wobei das Befestigungselement in der Öffnung gehalten wird. Ein Abschnitt des Dorns mit zunehmenden Durchmesser wird durch den röhrenförmigen Körper des Befestigungselementes mit dem Abzieherwerkzeug hindurch gezo gen. Bei diesem Vorgang übt der Abschnitt des Dorns mit zunehmendem Durchmesser eine radial nach außen gerichtete Kraft auf den röhrenförmigen Körper aus, wobei er diesen in der Öffnung ausdehnt, um eine sichere Presspassung zwischen der Außenfläche des röhrenförmigen Körpers und der angrenzenden Innenfläche der Öffnung zu erzeugen. In einer bevorzugten Form wird ein sich verjüngender Arretierring verwendet, um das Befestigungselement gegen die axiale Bewegung zu halten, während der Dorn durch den röhrenförmigen Körper gezogen wird.
Es wird nicht vom Umfang der Erfindung abgewichen, wenn ein Dorn plus eine Hülse, lediglich ein Dorn oder ein Spaltdorn zum radialen Ausdehnen des röhrenförmigen Körpers verwendet wird, um das Befestigungselement in der Öffnung zu installieren.
Ein Teil der Erfindung stellte die Feststellung dar, dass ein röhrenförmiger Einsatz mit Innengewinde radial ausgedehnt werden kann, um ihn in einer Öffnung eines Elementes zu installieren, und zwar unter Verwendung von Ausdehnungswerkzeugen und ohne eine Beschädigung des Innengewindes. Dennoch zieht die vorliegende Erfindung in Erwägung, das Gewinde nach der Ausdehnung abzudecken, wenn ein gewisses Abdecken erforderlich sein sollte. Die Erfindung beinhaltet des Weiteren das Bereitstellen der Gewinde mit einer Schutzhülse, die entfernt werden kann, nachdem das Befestigungselement ausgedehnt wurde und in dem Element befestigt wurde.
Im Folgenden werden weitere Aufgaben, Leistungsmerkmale und Vorteile der Erfindung als Teil der Beschreibung der besten Art und Weise und der alternativen Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlicher beschreiben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen die gleichen Referenznummern die gleichen Teile in allen der folgenden Figuren bezeichnen, wobei:
1 eine bildhafte Darstellung eines typischen Ausführungsbeispiels des Befestigungselementes oder Einsatzes ist, das mit einem daran befestigten konischen Arretierring dargestellt wird, wobei diese Darstellung von oben in Richtung einer Seite und des hinteren Endes des Einsatzes erfolgt.
2 ist eine bildhafte Explosionsdarstellung eines Befestigungselementes, die den Arretierring stirnseitig von dem Rest des Elementes positioniert zeigt, wobei diese Darstellung eine bevorzugte Form des Arretierringes und eine bevorzugte Form des ringförmigen Kanals oder der Umfangsnut zeigt, der oder die den Arretierring aufnimmt, wobei die Darstellung von oben in Richtung einer Seite und des Ausdehnungsendes des Befestigungselementes erfolgt.
3 ist eine Längsschnittdarstellung durch das Befestigungselement, bei der jedoch der Arretierring weggelassen wurde, und wobei die Darstellung die Innengewindegänge in dem röhrenförmigen Körper zeigt.
4 ist eine Seitenansicht von oben der in 3 dargestellten Struktur, die Maßlinien enthält.
5 ist eine Seitenansicht des Arretierrings für das in den 3 und 4 gezeigte Befestigungselement, wobei diese Ansicht Maßlinien enthält.
6 ist eine Längsschnittdarstellung des in den 1-5 dargestellten Befestigungselement-Einsatzes, nachdem dieser in einer Öffnung in einem Element installiert wurde.
7 ist eine unvollständige Darstellung, die der Darstellung von 6 ähnlich ist, die jedoch einen radialen flachen Arretierring in einer viel schmaleren Umfangsnut in der Verlängerung des Befestigungselementes zeigt.
Die 8-14 sind Diagramme der Hauptschritte der Erfindung, und
15 ist eine Darstellung, die der von 6 ähnlich ist, jedoch einer modifizierten Form des Befestigungselementes, wobei dieses Befestigungselement ein geschlossenes äußeres Ende hat, um eine Kalotte an dem Arretierringende des Befestigungselementes bereitzustellen.
Beste Art und Weise des Ausführens der Erfindung
Die 1-6 stellen eine bevorzugte Form des Befestigungselementes oder des Einsatzes 10 dar. Es umfasst einen Körperabschnitt 14, der über eine axiale Verlängerung 15 vertilgt, die einen ringförmigen Kanal oder eine Umfangsnut 16 an ihrer Außenfläche enthält. Wie in den 1-4 und 6 dargestellt, öffnet sich die Umfangsnut 16 radial nach außen. Die Umfangsnut 16 ist bereitgestellt, um einen Arretierring aufzunehmen, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der Form eines sich verjüngenden Rings 12, der radial gespalten ist, dargestellt wird. Dem Spalt ist in den 1 und 2 die Nummer 13 zugewiesen.
6 stellt den Einsatz 10 in einer Öffnung 18 in einem Element 20 dar. Das Element 20 kann beispielsweise aus einem Strukturkunststoff oder einem Verbundmaterial hergestellt sein. Es erstrebenswert ist, den aus einem Verbundmaterial hergestellten Einsatz 10 zu verwenden, es kann jedoch ebenso ein Einsatz verwendet werden, der aus Metal oder einem anderen Material hergestellt ist.
Der Arretierring 12 kann in der Umfangsnut 16 auf die in den 1 und 6 dargestellte Art und Weise positioniert werden. Durch das Vorhandensein der Spalte 13 ist es möglich, den Arretierring 12 zu öffnen und ihn passend auf den Einsatz 10 innerhalb der Umfangsnut 16 zu spannen. Der Arretierring 12 hat ein Ende mit großem Durchmesser 26, das an den röhrenförmigen Körper 14 angrenzt. Er hat ebenfalls ein gegenüberliegendes Ende mit kleinem Durchmesser. Es ist deutlich dargestellt, dass sich der Durchmesser des Arretierringes von seinem großen Ende 26 bis zu seinem gegenüberliegenden Ende 27 verringert (verjüngt). Wie in 6 dargestellt, besitzt der Arretierring 12 vorzugsweise einen Innendurchmesser 29, der größer ist als der Außendurchmesser der Umfangsnut 16. Dadurch wird ein radialer Abstand zwischen dem Arretierring 12 und der Umfangsnut 16 erzeugt, in den der Arretierring 12 radial hinein gedrückt werden kann. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ist der Arretierring 12 auf dem Einsatz 10 mit seinen Innenabschnitt in der Umfangsnut 16 positioniert. Wenn der Arretierring 12 nicht zusammengedrückt ist, besitzt er einen unveränderlichen Außendurchmesser, wodurch ein Abschnitt des Arretierrings außerhalb der Außenfläche des röhrenförmigen Körpers 14 platziert ist. Dieser Abschnitt schließt einen äußeren Ab schnitt der radialen Fläche 26 ein, die, wie in 6 dargestellt, an eine Fläche 28 des Elementes 20 positioniert werden soll.
Nachdem der Arretierring 12 auf dem Einsatz 10 installiert ist, werden das Ausdehnungsende des Einsatzes 10 und die Öffnung 18 an einer ersten Seite des Elementes 20 zueinander ausgerichtet. Der Außendurchmesser der Verlängerung 15 ist an ihrem äußeren Ende kleiner als der Außendurchmesser des Körperabschnittes 14 und ebenso kleiner als der Durchmesser der Öffnung 18. Als Ergebnis kann die Verlängerung 15 leicht in die Öffnung 18 eingepasst werden. Nachdem mit dem Einführen der Verlängerung 15 in eine Öffnung 18 begonnen wurde, wird der Einsatz 10 mit dem darauf befestigten Arretierring 12 stirnseitig nach innen bewegt, bis die abgeschrägte Außenfläche des Arretierringes 12 in Kontakt mit der Peripherie der Öffnung 18 kommt. Anschließend ist es erforderlich, den Einsatz 10 durch Ausüben einer Kraft in die Öffnung 18 zu bewegen. Wenn eine Kraft auf den Einsatz 10 ausgeübt wird, wird der Einsatz 10 axial bewegt, wobei die Peripherie der Öffnung 18 eine Quetschkraft auf den Arretierring 12 ausübt, infolgedessen er radial zusammengedrückt und weiter in die Umfangsnut 16 bewegt wird. Die Teile sind so dimensioniert, dass der Arretierring 12 ausreichend zusammengedrückt wird, so dass er und der Rest des Einsatzes 10 zuerst in die Öffnung 18 hinein und anschließend durch sie hindurch bewegt werden können. Wenn der Arretierring 12 aus der Öffnung 18 an dem zweiten Ende des Elementes 20 heraustritt, nimmt er seine ursprüngliche unveränderliche Form wieder an. Wenn er zusammengedrückt ist, besitzt er die Eigenschaften einer Feder. Die gespeicherte Federenergie bringt den Arretierring 12 in seine unveränderliche Form zurück, sobald die Außenfläche des Rings 12 nicht mehr in Kontakt mit der Peripherie der Öffnung 18 ist. Wie in 6 dargestellt, dehnt sich der Arretierring 12 aus, um den Außenbereich der radialen Fläche 26 in anliegenden Kontakt mit der Fläche 28 an der zweiten Seite des Elementes 20 zu platzieren.
Jeglicher Systemtyp zum radialen Ausdehnen des Einsatzes 10 kann zum Verbinden des Einsatzes 10 mit dem Element 20 verwendet werden. Diese Systeme schließen ein Nur-Dorn-System, ein Spalt-Dorn-System und ein Dorn- und Hülsen-System ein. Der Dorn, wenn lediglich ein Dorn verwendet wird, oder die Spalthülse, wenn eine Spalthülse verwendet wird, ist in direktem Kontakt mit den Gewindegängen 22. Wenn eine Spalthülse verwendet wird, werden die Gewindegänge in gewissem Maße geschützt.
In den 4 und 5 werden einige Dimensionen als ein typisches und daher nicht einschränkendes Beispiel angegeben. Die Dimensionen stellen ein Beispiel von Toleranzen und Spielräumen dar, die in dem System verwendet werden können. In Bezug auf 4 kann die Dimension D1 8,66 ± 0,0508 mm (0,341 ± 0,002 Zoll) betragen. Die Dimension D2 kann 6,48 ± 0,0762 mm (0,255 ± 0,003 Zoll) betragen. Die Dimension D3 kann 0,762 ± 0,127 mm (0,030 ± 0,005 Zoll) betragen. Die Dimension D4 kann 2,54 ± 0,127 mm (0,100 ± 0,005 Zoll) betragen. Die Dimension D5 kann 7,24 ± 0,0762 mm (0,285 ± 0,003 Zoll) betragen. Die Dimension D6 kann 5,97 +0,0/–0,127 mm (0,235 +0,00/–0,005) betragen. Die Dimension D7 kann 8,70 ± 0,0178 mm (0,3425 ± 0,0007 Zoll) betragen. Die Gewindegänge 22 können ¼-28 UNF-2B-Gewinde sein. Nach dem Gewindeschneiden können die fertigen Gewinde kleiner als 5,79 ± 0,0254 mm (0,228 ± 0,001 Zoll) sein. In Bezug auf 5 kann die Dimension D8 8,13 ± 0,0508 mm (0,320 ± 0,002 Zoll) betragen. Die Dimension D9 kann 7,87 ± 0,0508 mm (0,310 ± 0,002 Zoll) betragen. Die Dimension D10 kann 2,29 ± 0,127 mm (0,090 ± 0,005 Zoll) betragen. Die Dimension D11 kann 9,14 ± 0,0508 mm (0,360 ± 0,002 Zoll) betragen. Der Winkel A kann 12,5° betragen. Der Winkel B kann 45° X 0,010-0,015 betragen.
Der Einsatz 10 kann aus verschiedenen Materialien, einschließlich aus 17-4 Edelstahl, hergestellt sein. Der röhrenförmige Körper 14 kann mit einer sandgestrahlten Außenfläche bereitgestellt werden. Die Spalte 13 kann ungefähr 1,52 ± 0,127 mm (0,060 ± 0,005 Zoll) breit sein. Der Arretierring 12 kann aus 17-4 Edelstahl hergestellt sein, mit einer H 102 Bedingung. Die Oberfläche kann RMS 64 oder besser sein.
Wie dargestellt, ist die Verjüngung an dem sich verjüngenden Spaltring 12 geringfügig. Die radiale Fläche 26 ragt ein wenig über den röhrenförmigen Körper 14 nach außen heraus. Das ist alles, was erforderlich ist. Die Verjüngung ermöglicht ein gutes Einführen des Ringes 12. Die Fläche 26 stellt eine Arretierfläche zum Arretieren des Einsatzes 10 in der Öffnung 18 bereit.
Anstelle des Ringes 12 und der Umfangsnut 16 kann eine schmalere Umfangsnut 16' verwendet werden und der Arretierring 12' kann flach sein, und kann dem Ring 14, der in dem oben erwähnten Patent US-A-5.380.136 offenbart wird, gleich oder ähnlich sein. Die Nut 16' kann der in demselben Patent offenbarten Sprengringnut ähnlich sein. Um den Sprengring 12' zu verwenden, muss der Zugang zu beiden Seiten des Werkstückes 20 gegeben sein. Der Einsatz 10' kann von einer Seite des Werkstückes aus installiert werden, und zwar von der Seite, an der der Abzieher für den Dorn positioniert ist. Der Einsatz 10' kann auch verwendet werden, wenn der Zugang zu beiden Seiten der Werkstückes gegeben ist. In diesem Fall kann ein integrierter radialer Flansch an einem Ende des Einsatzes anstelle des Sprengrings 12' oder des konischen Rings 12 bereitgestellt werden. Siehe beispielsweise die Elemente 428 und 429 in 25 in US-A-5.380.136. Ein ringförmiger Flansch 429 würde bevorzugt werden.
Die 8-14 stellen ein bevorzugtes Verfahren zum Installieren des Einsatzes 10 in einer Öffnung 18 in einem Element 20 dar. Im Folgenden wird dieses Verfahren in Bezug auf die 8-14 beschrieben:

1. Eine Spalthülse S mit der entsprechenden Dimension (Durchmesser, Dicke, Länge und so weiter) wird über den Hauptdurchmesser eines speziell bemessenen Ausdehnungsdorns M und entlang des kleinen Durchmessers des Dorns M bewegt, bis sie an der inneren Backe einer einzigartig konzipierten Nasenkappenanordnung auf dem Abzieher P sitzt. Die Spalthülse S kann ein erweitertes Ende haben oder nicht. Wenn die Spalthülse S erweitert ist, muss die Hülse S so ausgerichtet werden, dass das erweiterte Ende an der Nasenkappe anliegt.
2. Die zusammengesetzte mit Gewinde versehene Einsatzanordnung (Einsatzkörper und konischer Spaltring) wird anschließend auf den Dorn M und über die darauf sitzende Spalthülse S geschoben, bis sie ebenfalls an der Nasenkappe anliegt. Die Einsatzanordnung sollte so ausgerichtet sein, dass der gerade Abschnitt der Einsatzkörpers, der dafür bestimmt ist, in das Startloch in dem Ausgangsmaterial eingesetzt zu werden, und im Allgemeinen als der Einsatzlauf bezeichnet wird, an der Nasenkappe anliegt und der Flansch, der den konischen Spaltring zurückhält, sich nicht mehr an der Nasenkappe befindet.
3. Die gesamte Installationsanordnung, die den Dorn M, die Spalthülse S und den zusammengesetzten mit Gewinde versehenen Einsatz umfasst, wird in ein zu diesem Zweck bereitgestelltes, genau dimensioniertes Startloch in der dafür vorgesehenen Ausgangsstruktur geführt, so dass der Flansch, der den konischen Spaltring hält, in die Bohröffnung des Startloches eingepasst wird.
4. Wenn zur Hälfte in dem Startloch platziert, wird eine geringe Kraft auf die Installationswerkzeuge und auf den zusammengesetzten mit Gewinde versehenen Einsatz durch den Bediener ausgeübt, um den Dorn M, den Einsatz 10 und die Hülse S durch die Öffnung 18 hindurch zu bewegen, bis die Nasenkappe an der Ausgangsstruktur anliegt. Während dieses Vorgangs wird der konische Spaltring 12 in eine Nut 15 an dem Außendurchmesser des Einsatzkörpers 14 hineingepresst und kann durch die Bohröffnung des Startloches hindurch bewegt werden. Nach dem Austreten aus dem Startloch an der gegenüberliegenden Seite der Ausgangsstruktur 20 öffnet sich der konische Spaltring 12 wieder federnd und stellt so einen Flansch bereit, um zu verhindern, dass der zusammengesetzte mit Gewinde versehene Einsatz 10 während des Befestigens des Befestigungselementes durch die Ausgangsstruktur 10 hindurch zurückgezogen wird.
5. Nachdem der zusammengesetzte mit Gewinde versehene Einsatz 10, der Dorn M und die Hülse S durch das Startloch 18 hindurch geführt wurden und die Nasenkappe an der Fläche der Ausgangsstruktur 20 anliegt, wird der hydraulische Abzieher P aktiviert, um das Ende des Dorns M mit großem Durchmesser durch die Spalthülse und den Innendurchmesser des Einsatzkörpers hindurch zu ziehen. Der Einsatzkörper 14 selbst unterliegt einer ständigen Verformung durch die nachfolgende radiale Ausdehnung und der Durchmesser des Einsatzlaufs nimmt zu, so dass er zu einer Presspassung mit der Wand des Startloches wird.
6. Wenn der Dorn M in die Nasenkappe eingeführt ist, wurde der zusammengesetzte mit Gewinde versehene Einsatz 10 erfolgreich installiert und die Installationswerkzeuge können entfernt werden. Die verformte Spalthülse S kann nach der Installation noch in dem Innendurchmesser des Einsatzkörpers vorhanden sein. Diese Hülse S wird per Hand oder mit einem kleinen Werkzeug (Zange und so weiter, je nachdem, was in diesem Fall geeignet ist) entfernt, und der zusammengesetzte mit Gewinde versehene Einsatz 10 ist einsatzbereit.

15 stellt einen modifizierten Einsatz 10'' dar, der dem Einsatz 10 ähnlich ist, außer dass die Verlängerung 15 einen geschlossenen kalottenförmigen Endabschnitt 30 besitzt. Der kalottenförmigen Endabschnitt 30 schließt die Seite des Spaltrings des Einsat zes 10''. Der Einsatz 10'' kann verwendet werden, wenn eine dichte Verbindungsstelle gewünscht wird. Des Weiteren kann ein Dichtungsring zwischen dem Einsatz 10'' und der Öffnung 18 platziert werden, um die Abdichtung zu optimieren. Ein Dorn mit kurzem Ende 63 kann zur Installation des Einsatzes 10'' verwendet werden. Ein Endabschnitt des Dorns 63 wird durch eine Strich-Punkt-Linie in 15 dargestellt. Es sollte offensichtlich sein, dass sich der Abzieher P auf der Seite des Elementes 20 gegenüber dem kalottenförmigen Endabschnitt 30 befindet.
Ein mit Innengewinde versehener Einsatz wird mit einer erweiterten Nut an einem Ende hergestellt, um einen konischen Spaltring, der in freiem Zustand einen Außendurchmesser hat, der geringfügig größer ist als Außendurchmesser des Einsatzes, aufzunehmen. Der konische Spaltring kann bis auf denselben Außendurchmesser zusammengedrückt werden, um zu ermöglichen, dass das Ringende des Einsatzes von der Vorderseite aus durch das Loch hindurch bewegt und durch das geringfügig freigelegte Loch hindurch geschoben werden kann. Der sich verjüngende konische Abschnitt des Rings erleichtert das Einführen und das Zusammendrücken des Rings, um durch die Öffnung hindurch geschoben werden zu können. Beim Austreten an der Rückseite der Öffnung dehnt sich der Ring aus – oder federt in seinen normalen Durchmesser zurück, wobei ein Hindernis erzeugt wird, um zu verhindern, dass der Einsatz durch die Öffnung hindurch zurückgezogen wird.
Der mit Gewinde versehene Einsatz wird anschließend unter Verwendung einer Kombination aus einer geschmierten Hülse und eines Ausdehnungsdorns kalt ausgedehnt, was den derzeitigen BushLoc^®- und ForceTec^®-Verfahren der Fatigue Technology Inc. (FTI) ähnlich ist. Durch die Ausdehnung des Einsatzes in der Öffnung wird eine ausgezeichnete Presspassung des Einsatzes in der Öffnung erzeugt, die dem Herausdrehen des Einsatzes widersteht. Der konische Spaltring verhindert, dass der Einsatz während des Anziehens der Anschlussschraube durch die Öffnung gezogen wird.
Während der Ausdehnung des mit Gewinde versehenen Einsatzes wird das Gewinde leicht jedoch nicht ausreichend verformt, um ein Eingreifen des Gewindes an der Anschlussschraube oder dem Befestigungselement zu verhindern. Um eine unangemessen hohe Beschädigung des Gewindes in dem Einsatz zu verhindern, können anfänglich ebenfalls ein wieder verwendbarer oder Verschleiß- (einmalig verwendbarer) Hohl zylinder verwendet werden, eine mit Außengewinde versehene Muffe oder Buchse kann ebenfalls anfänglich in den Einsatz geschraubt werden, um das Gewinde zu schützen. Die geschmierte Spalthülse und der Ausdehungsdorn werden anschließend durch die Hohlbuchse eingeführt, und dann werden die Buchse und der Einsatz an dieser Stelle, wie beschrieben, ausgedehnt. Die Gewindebuchse würde notwendig sein, wenn die Ausdehnung durch eine Spaltdorn- oder eine Festdorn-Methode bewirkt werden würde, um das Eingreifen der Ausdehnungswerkzeuge in das Gewinde des Einsatzes zu verhindern. Die verwendete Gewindebuchse wird nach der Ausdehnung aus dem Einsatz entfernt.
Eine anfängliche Prüfung der Erfindung hat eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen Herausdrehen und Herausziehen ergeben, wenn die Erfindung sowohl in Kohlefaserals auch in Kevlar-Kohlefaserplatten mit einer Dicke von 2,92 mm bis 3,94 mm (0,115 Zoll bis 0,155 Zoll) installiert wird.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele der vorliegenden Erfindung und stellen demzufolge keine Einschränkung dar. Es wird darauf hingewiesen, dass viele Änderungen hinsichtlich der speziellen Struktur, Materialien und Leistungsmerkmale durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Aus diesem Grund ist es meine Absicht, dass meine Patentrechte nicht durch die hierin dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt sondern vielmehr durch die folgenden Patentansprüche definiert werden.

Claims

Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung zur Installation in einer Öffnung (18) in einem Element (20), die umfasst: einen röhrenförmigen Körper (14) der so bemessen ist, dass er in die Öffnung (18) eingeführt werden kann, wobei der röhrenförmige Körper Innengewindegänge (22) hat; eine röhrenförmige Verlängerung (15) an dem Körper (14), die sich von dem Körper axial erstreckt, wobei die röhrenförmige Verlängerung eine sich radial öffnende Umfangsnut (16, 16') enthält; einen Arretierring (12, 12'), der sich in der Umfangsnut (16, 16') befindet, wobei der röhrenförmige Körper (14) aus einem Material hergestellt ist, das es ermöglicht, dass er nach Installation in der Öffnung radial ausgedehnt wird, so dass eine ausreichende Presspassung zwischen dem röhrenförmigen Körper (14) und der Öffnung (18) in dem Element (20) durch die radiale Ausdehnung des röhrenförmigen Körpers erzeugt werden kann, wobei die Passung ausreicht, um Herausdrehen des röhrenförmigen Körpers (14) in Bezug auf das Element (20) zu widerstehen, und der Arretierring einen unveränderlichen Augendurchmesser (d11) hat, der größer ist als der Außendurchmesser (d7) des röhrenförmigen Körpers (14); so dass nach Installation der Arretierring (12, 12') in anliegendem Kontakt mit dem Element (20) ist, um zu verhindern, dass die Einsatzanordnung (10) durch das Element (20) hindurch zurückgezogen wird; so dass, nachdem der röhrenförmige Körper (14) radial ausgedehnt worden ist, um ihn in der Öffnung (18) zu halten, ein Befestigungselement in die mit Gewinde versehene Öffnung (18) eingeschraubt werden kann.
Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser des Arretierrings (12, 12') im Verlauf des Arretierrings in der Umfangsnut (16, 16') axial nach außen abnimmt.
Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung nach Anspruch 2, wobei sich der Arretierring (12) bis auf einen Durchmesser (d8) an einem ersten Ende verjüngt, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser (d5) der röhrenförmigen Verlängerung gleich ist.
Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche des röhrenförmigen Körpers zylindrisch ist.
Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Arretierring (12, 12') ein Spaltring ist.
Zusammengesetztes Element (20), das eine erste und eine zweite Seite sowie eine Durchgangsöffnung (18) hat, die sich zwischen der ersten und der zweiten Seite erstreckt, und das eine Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst, wobei der röhrenförmige Körper (14) in der Öffnung (18) in dem zusammengesetzten Element (20) positioniert ist und bewegt wird, um den Arretierring (12, 12') an eine Seite des Elementes zu platzieren, und der röhrenförmige Körper radial ausgedehnt wird, um ihn in der Öffnung zu halten, und wobei eine Schraube mit der mit Gewinde versehenen Innenfläche des röhrenförmigen Körpers verbunden werden kann.
Verfahren zum Installieren einer Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung in einer Öffnung (18) in einem Element (20), das umfasst: Bereitstellen einer Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung, die einen röhrenförmigen Körper (14) mit einer zylindrischen Außenfläche und einer mit Gewinde versehenen Innenfläche (20) und eine röhrenförmige Verlängerung (15) an dem Körper hat, die sich axial von dem Körper aus erstreckt und eine sich radial öffnende Umfangsnut (16, 16') enthält; Positionieren eines Arretierrings (12, 12') in der Umfangsnut (16, 16'), wobei der Arretierring in freiem Zustand einen Außendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser (d7) des röhrenförmigen Körpers (14); Bewegen des röhrenförmigen Körpers (14) und der Verlängerung (15) in die Öffnung in dem Element (20) und durch sie hindurch, wodurch der Arretierring (12, 12') in die Umfangsnut (16, 16') hinein gedrückt wird und sich beim Austreten aus der Öffnung an der gegenüberliegenden Seite des Elementes (20) federnd wieder öffnet; Einschrauben einer mit Außengewinde versehenen Verschleißmuffe in den röhrenförmigen Körper (14); radiales Ausdehnen des röhrenförmigen Körpers (14), um eine ausreichende Presspassung zwischen dem röhrenförmigen Körper (14) und der Öffnung (18) in dem Element (20) zu erzeugen, wobei der Arretierring im Wesentlichen an der Seite des Elementes anliegt; wobei die mit Gewinde versehene Innenfläche (22) des röhrenförmigen Körpers (14) während der radialen Ausdehnung des röhrenförmigen Körpers (14) leicht verformt wird; Entfernen der mit Außengewinde versehenen Verschleißmuffe aus dem röhrenförmigen Körper (14); wobei ein mit Gewinde versehener Abschnitt eines Befestigungselementes mit der leicht verformten mit Gewinde versehenen Innenfläche (22) des röhrenförmigen Körpers (14) schraubend verbunden werden kann, um das Befestigungselement mit dem röhrenförmigen Körper (14) zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 7, das das Bereitstellen eines Dorns (M) umfasst, der einen Abschnitt hat, dessen Durchmesser zunimmt, und radiales Ausdehnen des röhrenförmigen Körpers (14) durch axiales Bewegen des Dorns (M) durch den röhrenförmigen Körper (14) hindurch, um zu bewirken, dass der Abschnitt des Dorns mit zunehmendem Durchmesser eine axial gerichtete Kraft auf den röhrenförmigen Körper (14) ausübt.
Verfahren nach Anspruch 7, das das Positionieren des Arretierrings (12, 12') in der Umfangsnut (16, 16') der einen Außendurchmesser hat, der im Verlauf des Arretierrings axial nach außen auf einen Durchmesser an seinem äußeren Ende abnimmt, der im Wesentlichen den Außendurchmesser der röhrenförmigen Verlängerung entspricht, und Einführen der Befestigungselement-Aufnahme-Anordnung in die Öffnung (18) in dem Element (20) mit dem Ausdehnungsende zuerst, um den Arretierring in Kontakt mit einem Abschnitt des Elementes zu bewegen, der die Öffnung (18) umgibt, und Ausüben einer stirnseitigen Kraft auf den Einsatz, um den Arretierring in die Öffnung hinein und durch sie hindurch an eine Position zu bewegen, an der der Arretierring an die zweite Seite der Öffnung angrenzend außen angeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, das das Bereitstellen eines Abziehers für den Dorn (M), eines Dorns mit einem Ende mit kleinem Durchmesser, der mit dem Abzieher (P) verbunden ist, einem gegenüberliegenden Ende mit größerem Durchmesser und einem verjüngten Mittelabschnitt, das Anordnen einer Spalthülse (5) an dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Dorns (M), Platzieren der Einsatzanordnung an der Spalthülse (5), während sie sich an dem Abschnitt des Dorns (M) mit kleinem Durchmesser befindet, Einführen des Endes des Dorns mit großem Durchmesser in die Öffnung in dem Element, Bewegen des Abziehers (P) und des Dorns (M) nach vorn, um das Ende des Dorns (M) mit großem Durchmesser durch die Öffnung (18) zu schieben und die Einsatzanordnung sowie die Spalthülse (15) in der Öffnung (18) zu positionieren, und, wenn der Arretierring (12, 12') an die Seite des Elementes gegenüber der Abziehröhre angrenzend positioniert ist, Betätigen der Abziehröhre zum Ziehen des Dorns durch die Spalthülse und die Einsatzanordnung, um sowohl die Spannhülse (5) als auch die Einsatzanordnung radial auszudehnen und auf diese Weise die Einsatzanordnung in eine Presspassung in der Öffnung (18) radial auszudehnen, und dann Entfernen des Dorns (M) und der Spannhülse (5) aus dem Einsatz umfasst, so dass der Einsatz in der Öffnung mit dem Element verbunden zurückbleibt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Bereitstellen einer Befestigungselement-Aufnahme-Einsatzanordnung mit einem röhrenförmigen Körper (14) einschließt, dass der röhrenförmige Körper (14) zylindrisch ist.