DE102005050018A1

DE102005050018A1 - Verfahren zur Montage von Schließringbolzen und für dieses Verfahren geeignete Schließringbolzen

Info

Publication number: DE102005050018A1
Application number: DE200510050018
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Maier; Gerold Ross; James Near Buntingford Brain
Original assignee: Textron Verbindungstechnik GmbH and Co OHG
Current assignee: Acument GmbH and Co OHG
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-03
Also published as: WO2007045222A1; TW200718874A

Abstract

Verfahren zur Montage von Schließringbolzen (10) mit einem Schließring (18) und auf Höhe des Schließrings angeordneten Schließringen (16), bei dem der Schließringbolzen (10) mit nur sehr geringem Drehmoment in ein Innengewinde eines ersten Werkstücks eingeschraubt wird, während sich ein oder mehrere weitere zu verbindende Werkstücke zwischen dem ersten Werkstück und dem Schließring (18) des Schließringbolzens (10) befinden und der Schließringbolzen (10) gesetzt wird, indem Material des Schließrings (18) in die Schließrillen (16) fließt, während sich der Schließring (18) gleichzeitig zwangsläufig verlängert, wodurch eine Vorspannkraft zwischen dem Schließring (18) und dem ersten Werkstück aufgebaut wird, sowie Schließringbolzen (10) zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Schließringbolzen mit einem Schließring, sowie für dieses Verfahren besonders geeignete Schließringbolzen.

Der hierzu nächst gelegene Stand der Technik ergibt sich aus dem US Patent 4681496. Dieses zeigt bereits einen Schließringbolzen mit einem Außengewinde, einem Schließring und auf der Höhe dieses Schließrings angeordneten Schließrillen. Der Schließringbolzen gemäß dem Stand der Technik ist dabei zur Verbindung zweier oder mehrerer Werkstücke vorgesehen, die mit entsprechenden Bohrungen versehen sind, durch die der Schließringbolzen hindurchgesteckt wird. Der Schließringbolzen gemäß dem Stand der Technik läuft auf dem dem Setzwerkzeug zugewandten Ende in ein ebenfalls mit Rillen, die senkrecht zu der Achse des Schließringbolzens verlaufen, versehenes Griffstück (Zugteil mit Rillen) aus, an dem das Setzwerkzeug angreift, wobei zwischen diesem Griffstück und dem mit den Schließrillen versehenen Abschnitt des Schließringbolzens eine Sollbruchstelle vorgesehen ist. Gemäß dem Stand der Technik wird vor dem Setzen des Schließringbolzens eine Gegenmutter auf ein auf dem Setzwerkzeug abgewandten Ende des Schließringbolzens aufgebrachtes Außengewinde aufgeschraubt. Gemäß dem Stand der Technik soll dadurch der Vorteil erzielt werden, dass durch Nachziehen dieser Mutter ein Setzen der Verbindung kompensiert werden kann, und zusätzlich ein zerstörungsfreies Lösen des Schließringbolzens einfach durch Abschrauben der Mutter möglich ist, wodurch gemäß diesem Stand der Technik die Vorteile einer Schließringbolzenverbindung klassischer Art (mit einem festen Gegenkopf) mit den Vorteilen einer Bolzen/Mutterverbindung kombiniert werden sollten.

Der Schließringbolzen gemäß diesem Stand der Technik wurde in erster Linie für den Eisenbahn-Gleisbau entwickelt. Hierbei sind hohe Vorspannkräfte wünschenswert, die gemäß dem Stand der Technik durch das Ziehen am „Griffstück" des Schließringbolzens erzeugt werden, während gleichzeitig der Schließring vom werkzeugseitigen Ende zu dem werkstückseitigen Ende hin verformt wird. Hierbei entsteht bereits ein Teil der Vorspannkraft durch die vom Werkzeug auf den Zugabschnitt aufgebrachte Zugkraft, die restliche Vorspannkraft entsteht durch die Verlängerung des Schließrings während des Setzvorganges (hier wird der Schließring fortlaufend verformt, die Kompression verdrängt aber mehr Material, als in die Schließrillen aufgenommen werden kann, wodurch der Schließring als Ganzes auf das Werkstück hin verlängert wird).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Montage von Schließringbolzen zu schaffen, die sich durch die Einleitung planmäßig hoher und sehr genau definierter Vorspannkräfte auszeichnen. Dies soll darüber hinaus ohne die Notwendigkeit eines abreißenden Griffstückes, wie beim Stand der Technik, möglich sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Montage von Schließringbolzen mit einem Außengewinde, mit einem Schließring und auf Höhe des Schließrings angeordneten Schließrillen gelöst, bei dem der Schließringbolzen mit nur sehr geringem Drehmoment in ein Innengewinde eines ersten Werkstückes eingeschraubt wird, während sich ein oder mehrere zu verbindende Werkstücke zwischen dem ersten Werkstück und dem Schließring des Schließringbolzens befinden, und der Schließring sodann konzentrisch von dem den Werkstücken abgewandten Ende her verformt wird, sodass er sich um die Schließrillen an dem Schließringbolzen schließt, indem Material des Schließringes in die Schließrillen fließt, während sich der Schließring gleichzeitig zwangsläufig verlängert, wodurch eine Vorspannkraft zwischen dem Schließring und dem ersten Werkstück aufgebaut wird.

Zur Reduzierung des Fertigungsaufwandes ist es bevorzugt, den Schließringbolzen mit selbstformendem Gewinde auszuführen, so dass eine gesonderte Gewindefertigung am ersten Werkstück nicht erforderlich wird.

Des weiteren wird die vorliegende Aufgabe durch einen Schließringbolzen gelöst, an dessen dem Werkstück abgewandten Ende jenseits der Schließrillen nur noch ein Kraftangriff angeordnet ist.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei besonders bevorzugt, wenn beim Verformen des Schließrings die erforderliche Kraft in Axialrichtung des Schließringbolzens vom Setzwerkzeug gegenüber dem ersten Werkstück aufgebracht wird.

Dabei ist es insbesondere bevorzugt, die Vorspannkraft zwischen dem Schließring und dem ersten Werkstück durch die Geometrie von Schließring und Schließringbolzen sowie durch den Weg, wie weit der Schließring durch das Setzwerkzeug verformt wird, genau bestimmen zu können.

Bei den erfindungsgemäßen Schließringbolzen ist es bevorzugt, wenn sich an dem werkstückabgewandten Ende des Schließringbolzens jenseits der Schließrillen ein Kraftangriff mit einem größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Schließrings befindet. Auf diese Weise kann der Schließring unverlierbar am Schließringbolzen gehalten werden.

Dazu ist es besonders bevorzugt, wenn der Schließring im unmontierten Zustand auch einen geringeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Außengewindes am werkstückseitigen Ende des Schließringbolzens aufweist.

Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn sich an dem werkstückabgewandten Ende des Schließringbolzens jenseits des Kraftangriffes nur noch ein weiteres Außengewinde befindet. Auf diese Weise kann der gesetzte Schließringbolzen nochmals als Montagepunkt nach der Art eines Stehbolzens genutzt werden.

Bei den erfindungsgemäßen Schließringbolzen ist es bevorzugt, die notwendige Festigkeit des Bolzens durch die Kaltverfestigung eines dafür geeigneten Werkstoffes bei der Fertigung (Kaltverformung) zu erreichen, im Gegensatz zum Stand der Technik, wo diese durch einen Wärmebehandlungsprozeß erzeugt wird.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen Schließringbolzen in teilweise geschnittener Darstellung, wobei die geschnittene Darstellung den verriegelten Schließringbolzen und die ungeschnittene Darstellung den unverriegelten Schließringbolzen darstellt;
2 eine Detaildarstellung der Schließrillen des Schließringbolzens der 1, 3 u. 4;
3 einen weiteren erfindungsgemäßen Schließringbolzen in zur Hälfte geschnittener Darstellung, wobei hier die geschnittene Darstellung den unverarbeiteten Schließring und die nichtgeschnittene Darstellung den verarbeiteten Schließring darstellt;
4 einen weiteren erfindungsgemäßen Schließringbolzen im unverarbeiteten Zustand; und
5 eine weitere, teilweise geschnittene Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Schließringbolzens nach 4 in gesetztem Zustand mit verriegeltem Schließring.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schließringbolzens. Der Schließringbolzen 10 der 1 weist werkstückseitig ein übliches Außengewinde 12 auf. An dieses schließt sich der Bereich 14 mit den Schließrillen 16 an. Auf Höhe des Bereichs 14 mit den Schließrillen 16 befindet sich der Schließring 18, der hier auf der rechten Seite im unverarbeiteten Zustand und ungeschnitten, auf der linken Seite im verarbeiteten Zustand und geschnitten dargestellt ist, wobei die Verlängerung des Schließringes 18 um den Weg E durch den Fließvorgang deutlich erkennbar ist. Wie in der Schnittdarstellung ebenfalls erkennbar, wird der Schließring 18 bei der Verarbeitung konzentrisch komprimiert, wodurch das Material des Schließrings 18 in die Schließrillen 16 fließt. Es wird jedoch mehr Material verdrängt, als auf diese Weise aufgenommen werden kann. Dadurch muss das übrige Material ausweichen und fließt in der Bewegungsrichtung des Schließwerkzeugs. Dadurch entsteht die Verlängerung E des Schließrings 13, durch die eine entsprechende Vorspannkraft erzeugt wird. Diese Vorspannkraft lässt sich nun durch den Weg, wie weit das Schließwerkzeug den Schließring 18 verformt sehr genau einstellen. Auf diese Weise lässt sich erfindungsgemäß eine sehr genaue Vorspannkraft für den Schließringbolzen 10 einstellen.
Im unverarbeiteten Zustand weist der Schließring 18 eine zylindrische Außenform auf, die werkzeugseitig abgeschrägt sein kann, um das Aufsetzen des Schließwerkzeugs zu erleichtern. Des weiteren geht der zylinderförmige Schließring 13 werkstückseitig über eine Schräge in eine Verbreiterung (Flansch) über, die auf diese Weise eine größere Anlagefläche an dem Werkstück zur Verfügung stellt.
Im vorliegenden Fall ist der Schließringbolzen 10 auf der dem werkstückabgewandten Seite mit einem Außensechsrundantrieb versehen, dessen Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Schließrings 18. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Schließring 18 nach oben abfällt. Gleichzeitig ist der Außendurchmesser des Außengewindes 12 werkstückseitig vom Schließring 18 größer als der Innendurchmesser des Schließrings 18 im unverarbeiteten Zustand. Dadurch kann auch verhindert werden, dass der Schließring in Richtung des Gewindes herunterrutscht und abfällt/verloren geht. Fertigungstechnisch wird dies dadurch erreicht, dass das Außengewinde 12 erst nach dem Aufstecken des Schließrings 18 auf den Schließringbolzen 10 gerollt oder gewalzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verarbeitung dieses Schließringbolzens ist es nicht mehr, wie im Stand der Technik, erforderlich, ein Griffstück für ein Zugwerkzeug werkzeugseitig von dem Kraftangriff vorzusehen. Vielmehr erfolgt das Setzen des erfindungsgemäßen Schließringbolzens dergestalt, dass dieser Schließringbolzen in ein erstes Werkstück, welches mit einer Bohrung mit einem entsprechenden Innengewinde versehen ist, eingeschraubt wird, während sich der Schließringbolzen 10 durch entsprechende glatte Bohrungen in dem oder den weiteren, mit diesem zu verbindenden Werkstücken hindurch erstreckt. Der Schließringbolzen 10 wird dann lediglich soweit eingeschraubt, bis die zu verbindenden Werkstücke untereinander, mit dem Schließring 18 und dieser mit dem Werkzeugangriff 20 Kontakt haben, bzw. der Schließringbolzen mit seinem Gewindeende den Grund der Gewindebohrung des ersten Werkstückes erreicht hat. Darüber hinaus kann das Anziehen noch mit einem sehr geringen Drehmoment, beispielsweise fünf Newtonmeter fortgesetzt werden. Sodann wird das Schließwerkzeug auf den Schließring 18 aufgedrückt, die Gegendruckkraft wird über das erste Werkstück aufgenommen, in dem dieses entweder in einer entsprechenden Aufnahme gehalten ist, an der auch das Schließwerkzeug angelenkt ist, oder anderweitig zur Kraftaufnahme abgestützt ist. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit für den Griffabschnitt und die entsprechende Sollbruchzone. Nunmehr kann anhand des Weges, den das Schließwerkzeug über den Schließring 18 zurücklegt, die Verlängerung E des Schließrings 18, beziehungsweise die daraus folgende entsprechende Dehnung des Bolzens 10 genau eingestellt und eingehalten werden, wodurch es erstmals möglich wird, Schließringbolzen mit genau definierter und insbesondere wiederholbar gleicher Vorspannkraft zu setzen.
Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugsziffern wieder die gleichen Elemente.
2 zeigt eine Detaildarstellung des Bereiches 14 mit den Schließrillen 16. Die Schließrillen 16 laufen senkrecht zu der Achse des Schließringbolzens 10 und werden von an der Außenseite abgeplatteten Stegen 22 getrennt. Der Übergang von den Schließrillen 16 zu den Stegen 22 erfolgt in Richtung auf das Werkstück mit einem größeren Radius und einem größeren Winkel zu der Senkrechten auf die Achse des Schließringbolzens, während der Übergang in Werkzeugrichtung, also vom Werkstück weg mit einem kleineren Radius mit einem kleinerem Winkel zur senkrechten auf die Achse des Schließringbolzens erfolgt. Auf diese Weise wird einerseits ein günstiger Materialfluss in die Schließrillen, sowie anderseits eine hohe Abstützkraft gegen das Abstreifen des Schließringes durch die Betriebskräfte erzeugt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem anderen Kraftangriff 20' und einem zusätzlichen Außengewinde 24 werkzeugseitig am Kraftangriff 20'. Der Schließring 18 ist diesmal in unverarbeitetem Zustand geschnitten und in verarbeitetem Zustand ungeschnitten dargestellt. Gleiche Bezugszeichen stellen auch hier gleiche Elemente dar. Es werden deshalb nur die entsprechenden Abweichungen erläutert. Diese liegen in einem anderen Kraftangriff 20', in diesem Fall einem Außen-12-kant, an den sich werkzeugseitig noch ein Außengewinde 24 mit geringerem Durchmesser anschließt. Dieses Außengewinde 24 kann nach dem Setzen dieses Schließringbolzens 10' als Montagestützpunkt für die Anbringung beispielsweise von Verkleidungen, Kabel- oder Schlauchschellen dienen.
In diesem Falle weist das Außengewinde 12' an dem werkstückseitigen Ende des Schließringbolzens 10' einen geringeren Außendurchmesser auf, als der Innendurchmesser des unverarbeiteten Schließrings 18. Hierdurch kann der Schließring 18 beispielsweise kurz vor der Montage aufgesetzt werden oder beispielsweise auf das weitere, zu verbindende Werkstück aufgesetzt oder aufgelegt werden, und sodann erst der Schließringbolzen 10' eingesteckt und eingeschraubt werden. Durch den anderen Außendurchmesser des Außengewindes 12' werden daher weitere, andere Verarbeitungsoptionen geschaffen.
Auch hier ist die Verlängerung des Schließrings 18 durch den Setzvorgang mit E bezeichnet.
4 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schließringbolzens 10'' mit Außen-12-kant-Kraftangriff. In diesem Fall ist der Außendurchmesser des Kraftangriffes 20'' jedoch kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser des unverarbeiteten Schließrings 18. Dadurch kann der Schließring 18 nach dem Einschrauben des Schließringbolzens 10'' in das erste zu verbindende Werkstück aufgesteckt werden. Auch dies kann montagetechnische Verteile haben. Beispielsweise kann der Schließringbolzen 10'' zuerst in das erste zu verbindende Werkstück eingeschraubt werden, sodann kann beispielsweise das oder die weiteren zu verbindenden Werkstücke darüber gesteckt werden und erst dann wird der Schließring 18, beispielsweise schon gehalten vom Setzwerkzeug von oben auf den Schließringbolzen 10'' aufgesetzt und sodann verarbeitet.

Claims

Verfahren zur Montage von Schließringbolzen (10; 10'; 10'') mit einem Schließring (18) und auf Höhe des Schließrings angeordneten Schließrillen (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Schließringbolzen (10; 10'; 10'') mit einem gewindeformenden Außengewinde (12; 12'; 12'') versehen ist und beim Einschrauben in eine dazu abgestimmte Bohrung des ersten Werkstücks das dazu passende Innengewinde geformt wird, während sich ein oder mehrere weitere zu verbindende Werkstücke zwischen dem ersten Werkstück und dem Schließring (18) des Schließringbolzens (10; 10'; 10'') befinden, und der Schließringbolzen (10; 10'; 10'') gesetzt und Vorspannkraft aufgebaut wird, indem Material des Schließrings (18) in die Schließrillen (16) verformt wird, während sich der Schließring (18) gleichzeitig zwangsläufig verlängert, wodurch eine Vorspannkraft zwischen dem Schließring (18) und dem ersten Werkstück aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließringbolzen (10; 10'; 10'') mit einem genormten Außengewinde (12; 12'; 12'') versehen ist und mit nur sehr geringem Drehmoment in ein vorhandenes Innengewinde eines ersten Werkstücks eingeschraubt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verformen des Schließrings (18) die erforderliche Kraft in Axialrichtung des Schließringbolzens (10; 10'; 10'') vom Setzwerkzeug gegenüber dem ersten Werkstück aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft zwischen dem Schließring (18) und dem ersten Werkstück durch die Geometrie von Schließring (18) und Schließringbolzen (10; 10'; 10'') sowie durch den Weg, wieweit der Schließring (18) durch das Setzwerkzeug verformt wird, genau bestimmt werden kann.
Schließringbolzen (10; 10'; 10'') insbesondere für ein Montageverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem werkstückabgewandten Ende des Schließringbolzens (10; 10'; 10'') jenseits der Schließrillen (16) nur noch ein Kraftangriff (20; 20'; 20'') befindet.
Schließringbolzen (10; 10'), insbesondere für ein Montageverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem werkstückabgewandten Ende des Schließringbolzens (10; 10') jenseits der Schließrillen (16) ein Kraftangriff (20; 20') mit einem größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Schließrings (18) im unmontierten Zustand befindet.
Schließringbolzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließring (18) im unmontierten Zustand auch einen geringeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Außengewindes (12) am werkstückseitigen Ende des Schließringbolzens (10; 10'') aufweist.
Schließringbolzen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem werkstückabgewandten Ende des Schließringbolzens (10') jenseits des Kraftangriffes (20') nur noch ein weiteres Außengewinde (24) befindet.
Schließringbolzen nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendige Bauteilfestigkeit des Bolzens durch eine gezielte Kaltverfestigung bei der Herstellung des Schließringbolzens (10; 10'; 10'') erreicht wird.
Schließringbolzen (10; 10'; 10''), insbesondere für ein Montageverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem gewindeformenden Außengewinde (12; 12'; 12'') versehen ist.