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Die
Erfindung betrifft ein System zum Befestigen eines Panels wie einem
Sandwich-Bodenpanel auf einer Unterkonstruktion wie einer Sitzschiene
eines Flugzeuges durch eine Schraubverbindung mit einer Sicherung
der Schraubverbindung gegen Loslösen von Schraube und Mutter
durch Vibration.
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In
Flugzeugen ist es üblich, die Verbindung zwischen einem
Bodenpanel und der Unterkonstruktion gegen Flüssigkeiten
abzudichten. Darüber hinaus ist es notwendig, die Verbindung
gegen ein Lösen der Verbindungselemente durch Vibration
zu sichern. Dabei müssen mindestens 50 Ein- und Ausschraubzyklen
ohne Beschädigung der Verbindungselemente gewährleistet
sein. Üblicherweise werden bei der Fertigung von Sandwich-Panelen
auf den Schraubenpositionen Stopfen aus glasfaserverstärktem
Kunststoff eingearbeitet, nachträglich gebohrt und angesenkt.
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Ferner
ist es üblich, zum Herstellen der Verbindung Clipmuttern
einzusetzen, wie sie beispielsweise aus der
US 6 918 725 B2 bekannt
sind. Clipmuttern sind dafür ausgebildet, auf ein erstes
Bauteil aufgeclipt zu werden, das mit einem zweiten Bauteil verschraubt
werden soll, selbst aber zu dünn ist, um ein Muttergewinde
aufnehmen zu können, und darüber hinaus dafür
bestimmt, auf dem zweiten Bauteil auf einer Seite befestigt zu werden,
die bei der Montage unzugänglich ist, so dass keine gesonderte
Mutter auf der von dem zweiten Bauteil abgewandten Seite des ersten
Bauteils angebracht werden kann. Wenn die Clipmutter auf dem ersten
Bauteil angebracht worden ist, über das sie zu die sem Zweck
so weit geschoben worden ist, bis ein an einem Klemmarm derselben
zu einem anderen Klemmarm derselben hin vorstehender Flansch in
eine entsprechende Bohrung in dem ersten Bauteil eingerastet ist,
kann das zweite Bauteil an die zu dem Flansch entgegengesetzte Seite
des einen Klemmarms angelegt werden. Anschließend kann
eine Schraube durch das zweite Bauteil und den Clip hindurch in
die durch diesen gehalterte Mutter eingeschraubt und angezogen werden,
um die beiden Bauteile fest miteinander zu verbinden, wie es in
der vorgenannten
US
6 918 725 B2 im einzelnen beschrieben ist. Als Sicherung
der Schraubverbindung wird die Clipmutter schon vor ihrem Einsatz
leicht oval gequetscht.
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Die
Lösung mit einem Clip kann bei der Befestigung von Leichtbau-Panels
eingesetzt werden. Dabei muss aber auf die Möglichkeit
einer abgedichteten Verbindung verzichtet werden. Sobald die Forderung
besteht, dass es möglich sein muss, die Verbindung mehrere
Male zu lösen und wieder herzustellen, ist ferner eine
Lösung mit einer Mutter, die zur Sicherung der Verbindung
vorab leicht oval gequetscht worden ist, nicht mehr geeignet. Beim
Ein- und Ausschrauben eines Bolzens in eine gequetschte Mutter wird
das Gewinde des Bolzens so beschädigt, dass es maximal
5 Zyklen übersteht. Weiter kann eine Clipmutter nicht bereits
bei der Sitzschienenfertigung oder bei Sitzschienenmontage in einem Flugzeug
verliersicher vormontiert werden, weil der Clip dafür nicht
stabil genug wäre, mit der Folge, dass später
bei der Panelmontage zumindest einige Clipmuttern nicht mehr vorhanden
sein würden. Die Clipmuttern werden deshalb üblicherweise
erst bei der Endmontage an den Sitzschienen angebracht. Das führt
zu einem höheren Aufwand bei der Endmontage.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein System der eingangs genannten Art so auszubilden,
dass wesentlich mehr Ein- und Ausschraubzyklen ohne Beschädigung
der Verbindungselemente möglich sind, dass eine Abdichtung
der Verbindung gegen Flüssigkeiten möglich ist
und dass der Montageaufwand bei der Endmontage nach Möglichkeit
minimiert und insgesamt eine Kostenreduktion erzielt wird.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein System der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Schraube
mit einem im Querschnitt unrunden Endbereicht versehen ist und dass
ein Sicherungselement mit der Mutter drehfest verbunden oder verbindbar
ist und elastisch federnd und formschlüssig mit dem unrunden
Endbereich in Eingriff ist oder bringbar ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Befestigungssystem ist die
Schraubensicherung von dem Gewinde der Schraube und der Mutter entkoppelt,
denn die Schraube ist für die Schraubensicherung mit einem im
Querschnitt unrunden Fortsatz versehen, mit dem das Sicherungselement
elastisch federnd und formschlüssig in Eingriff ist oder
bringbar ist. Wenn bei dem erfindungsgemäßen Befestigungssystem
die Schraube in die Mutter eingedreht wird und schließlich
am entgegengesetzten Ende der Mutter austritt, kommt der im Querschnitt
unrunde Endbereich der Schraube mit dem elastisch federnd ausgebildeten Sicherungselement
in formschlüssigen Eingriff. Die Verbindung kann ebenso
einfach wieder durch Drehen der Schraube in entgegengesetzter Richtung
gelöst werden. Das Gewinde von Schraube und Mutter bleibt
dadurch völlig unbeschädigt. Diese Schraubensicherung
ist bei dem System nach der Erfindung mindestens fünfzigmal
herstellbar und wieder lösbar. Es bereitet auch keinerlei
Probleme, zwischen Schraube und Mutter für eine Abdichtung
gegen Flüssigkeiten zu sorgen. Darüber hinaus
können die Verbindungselemente der Schraubverbindung in
der Unterkonstruktion bzw. im Panel vormontiert werden, was den
Montageaufwand in der Endmontage minimiert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Befestigungssystems nach der Erfindung bilden
die Gegenstände der Unteransprüche.
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In
einer Ausgestaltung ist die Mutter eine an der Unterkonstruktion
befestigte oder befestigbare Blindnietmutter. Das ermöglicht,
die Verbindung von Schraube und Mutter von einer Seite aus herzustellen.
Die Blindnietmutter wird mittels eines Nietensetzgerätes
aus der Bohrung ein Stück weit herausgezogen. Die Blindnietmutter
bildet dabei unterkonstruktionsseitig einen Nietkopf. Dieser Nietkopf
fixiert die Blindnietmutter an der Unterkonstruktion und ermöglicht
so das Befestigen eines Panels auf der Unterkonstruktion durch Einschrauben
der Schraube von der Panelseite her, ohne dass die Blindnietmutter festgehalten
werden muss. Diese ist nämlich an der Unterkonstruktion
durch den Nietvorgang verdrehsicher montiert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Schraube in ihrem unrunden
Endbereich eine Art Keilverzahnung auf. Diese wird zweckmäßig
mit abgerundeten Zahnkanten gestaltet, so dass auch ein wiederholter
formschlüssiger Eingriff zwischen Sicherungselement und
Schraube ohne nennenswerte Abnutzung erfolgt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Sicherungselement einen ersten
Arm auf, der einen den unrunden Endbereich umgreifenden Federclip trägt,
welcher in die Art Keilverzahnung einfasst. Das Sicherungselement
besteht bevorzugt aus nichtrostendem Stahl. Das Sicherungselement
ist ein gesondertes Bauteil, das von dem Gewinde der Verbindungselemente
der Schraubverbindung entkoppelt ist und so die gewünschte
Zahl von mindestens 50 Ein- und Ausschraubzyklen ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Sicherungselement einen zweiten
Arm auf, der den Federclip umgreift. Der zweite Arm schützt
den Federclip vor einem axialen Verbiegen durch die Schraube. Dadurch
wird verhindert, dass die federnden Teile des Sicherungselementes
zu stark nach außen gebogen werden und ihre Federwirkung
verlieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Sicherungselement einen Haltering
auf, der die beiden Arme trägt und an der Mutter selbst
fest angebracht ist und/oder bei gesetzter Mutter zwischen der Mutter und
der Unterkonstruktion drehfest eingespannt ist. Dadurch ist eine
zentrische Halterung des Sicherungselementes in Bezug auf die Mutter
auf Dauer gewährleistet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System eine erste Einsatzbuchse,
die zur Befestigung in dem Panel und zur versenkten Aufnahme der Schraube
ausgebildet ist. Dadurch, dass in dem Panel die erste Einsatzbuchse
zum Befestigen der Schraube vorgesehen ist, kann erreicht werden,
dass die Verbindungsstelle in dem Panel höhere Kräfte aufnehmen
kann, so dass ein Leichtbau-Panel in Sandwich-Konstruktion eingesetzt
werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der ersten Einsatzbuchse
und einem Kopf der Schraube ein Dichtungsring angeordnet. Der Dichtungsring
ermöglicht, unter dem Kopf der Schraube eine Abdichtung
zu erzielen. Diese kann durch Aufbringen des Dichtungsringes an
der Unterseite des Kopfes der Schraube oder auf der ersten Einsatzbuchse
oder durch Einlegen des Dichtungsringes zwischen diesen beiden Bauteilen
hergestellt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung hat die gesetzte Schraube in der ersten
Einsatzbuchse radiales Spiel. Dazu wird vorzugsweise die Bohrung
in der Einsatzbuchse mit einem entsprechenden Übermaß gefertigt.
Dadurch wird erreicht, dass eine X- oder Y-Bewegung in der Ebene
des Panels ermöglicht wird und so Fertigungstoleranzen
kompensiert werden können. Außerdem wird dadurch
eine schnellere Montage ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Spannmutter als eine Spannmutter
ausgebildet, die in dem Panel axial verschiebbar und um bis zu 180° drehbar
ist. Der Einsatz einer solchen Spannmutter ermöglicht einen
stark vereinfachten Aufbau der Unterkonstruktion, weil dort weder
eine Bohrung noch das Anbringen einer Blindnietmutter erforderlich
ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Spannmutter einen Riegel
auf, mit dem das Panel zwischen der Unterkonstruktion und der Schraube einspannbar
ist. Mit einem so ausgestalteten Befestigungssystem ist die Schraubverbindung
besonders schnell und kostengünstig herstellbar. Das Panel
und die Unterkonstruktion brauchen nämlich lediglich zwischen
dem Riegel und dem Schraubenkopf eingeklemmt zu werden, indem die
Schraube zusammen mit der Spann mutter um bis zu 180° in
die Klemmstellung gedreht und dann fertig angezogen wird. Entsprechend
einfach lässt sich eine solche Schraubverbindung wieder
lösen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird statt der ersten Einsatzbuchse
eine zweite Einsatzbuchse verwendet, die zur Befestigung in dem
Panel und zur versenkten Aufnahme der Schraube und außerdem so
ausgebildet ist, dass die Mutter in der zweiten Einsatzbuchse axial
verschiebbar und um bis zu 180° drehbar ist. Das ermöglicht
auf besonders einfache Weise eine schnelle und sichere Montage eines
Panels auf dem Unterbau.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist mindestens ein Führungselement
an der Mutter angebracht, das mit mindestens einem panelseitigen
Führungselement in Eingriff ist, welches die Drehbewegung
der Mutter, die bis zu 180° betragen kann, begrenzt. Das ermöglicht
die Vereinfachung des Aufbaus der Unterkonstruktion, weil die Führungs-
und Spannfunktionen nur panelseitig vorgesehen zu werden brauchen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das an der Mutter angebrachte Führungselement
ein Führungsstift und es sind zwei panelseitige Führungselemente
vorhanden, die jeweils in der zweiten Einsatzbuchse als eine sich über
bis zu 180° erstreckende Nut bzw. als eine mit dieser in
Verbindung stehende axiale Nut ausgebildet sind. Die gesamte Führungsfunktion
lässt sich so leicht durch entsprechende Ausbildung der
Spannmutter und der zweiten Einsatzbuchse realisieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung hat die Schraube in ihrem unrunden
Endbereich im Querschnitt die Form eines Polygons. Diese Ausgestaltung
des Systems ermöglicht einen einfachen Aufbau des Sicherungselements
und trotzdem eine gute Drehmomentübertragung zwischen Schraube
und Spannmutter.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Sicherungselement als ein Sicherungsbügel
ausgebildet, der in einen radialen Umfangsschlitz der Mutter eingeführt
ist und mit zwei elastisch federnd auslenkbaren Armen mit dem unrunden
Bereich der Schraube in Eingriff ist oder bringbar ist. In Kombination
mit der vorgenannten Ausgestaltung des Systems korrespondiert der
Sicherungsbügel mindestens teilweise mit dem Querschnitt
des unrunden Endbereiches, wobei der Sicherungsbügel einen
etwas geringeren Innendurchmesser besitzt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist in dem Umfangsschlitz der Mutter
ein axialer Steg zum lösbaren Haltern des Sicherungsbügels
vorhanden. Aufgrund dieses Steges ist der Sicherungsbügel
an der Mutter verliersicher vormontiert anbringbar. Der Sicherungsbügel
weist dabei vorzugsweise einen mit dem Querschnitt des Steges korrespondierenden Querschnitt
auf und ist an diesem einclipbar. Die einclipbaren Elemente des
Sicherungsbügels sind so ausgelegt, dass diese auch beim
Verdrehen der Schraube durch das Federn des vorderen Teils des Sicherungsbügels
nicht die vormontierte Position an dem Steg verlassen können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung unterstützt das Sicherungselement
mittels einer Drehmomentübertragungshilfe die Drehmomentübertragung
zwischen der Schraube und der Mutter. In Kombination mit den federnd
elastisch auslenkbaren Armen kann der Sicherungsbügel so
ausgebildet werden, dass die Arme mit geringer Kraft elastisch federnd
auslenkbar sind, dass aber trotzdem ein hohes Drehmoment zwischen
der Schraube und der Spannmutter übertragen werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem Kopf der Schraube
und der zweiten Einsatzbuchse um den Schaft der Schraube eine Druckfeder angeordnet.
Diese bewirkt, dass die Schraube im nicht fertig gesetzten Zustand
aus dem Panel hervorragt. Es ist damit optisch klar erkennbar, wenn
das Befestigungssystem nicht richtig montiert ist und das Panel
nicht zwischen Unterkonstruktion und Schraubenkopf eingeklemmt ist.
Bei korrekter Montage ist die Schraube vorzugsweise vollständig
im Panel versenkt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der zweiten Einsatzbuchse
und dem Kopf der Schraube ein Dichtungsring angeordnet. Das ermöglicht
die gewünschte Abdichtung der Schraubenverbindung auch
bei der Ausführungsform, bei der als Mutter eine Spannmutter
mit Riegel eingesetzt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besteht die Einsatzbuchse aus Kunststoff
und ist mit dem Panel verklebt oder verklebbar. Als ein geeigneter
Kunststoff kommt dafür ein Thermoplast wie z. B. Torlon oder
PEEK in Frage. Dadurch lässt sich gegenüber dem
glasfaserverstärkten Stopfen eine Gewichtseinsparung erzielen.
Bei Einsatz des Systems in einem Flugzeug ist das Gewicht nämlich
ein wichtiges Kriterium. Darüber hinaus ergibt sich eine
Kostenreduktion durch die Vormontierbarkeit und durch das Einsparen
von Nacharbeiten wie bei der Verwendung von Stopfen aus glaserfaserverstärktem
Kunststoff, die nachträglich noch gebohrt und angesenkt
werden müssen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigt
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1 in
einer Längsschnittansicht eine erste Ausführungsform
eines Systems nach der Erfindung in einem fertig montierten Zustand,
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2 in
einer perspektivischen Teildarstellung eine mit dem System nach 1 hergestellte Schraubverbindung
mit einer zugeordneten Schraubensicherung,
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3 in
auseinandergezogener Darstellung das System nach 1 zum
Befestigen eines Sandwich-Bodenpanels auf einer Unterkonstruktion,
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4 in
einer Längsschnittansicht eine zweite Ausführungsform
des Systems nach der Erfindung in einem vormontierten Zustand,
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5 in
einer gleichen Ansicht wie in 4 das System
im fertig montierten Zustand,
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6 eine
Querschnittansicht zur Demonstration einer Schraubensicherung, die
bei der zweiten Ausführungsform zum Einsatz kommt,
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7 das
System nach 4 in auseinandergezogener Darstellung
und zusätzlich ein Detail A in vergrößerter
Darstellung,
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8 als
eine Einzelheit eine Einsatzbuchse der zweiten Ausführungsform
des Systems in perspektivischer Darstellung,
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9 die
Einsatzbuchse nach 8 in einer Ansicht von unten,
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10 die
Montage eines Sandwich-Bodenpanels mit der zweiten Ausführungsform
des Systems nach der Erfindung vor dem Aufsetzen des Bodenpanels
auf eine Sitzschiene eines Flugzeuges und
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11 die
Anordnung nach 10, aber nunmehr in fertig montiertem
Zustand.
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Für
das erfindungsgemäße System zum Befestigen eines
Panels wie einem Sandwich-Bodenpanel auf einer Unterkonstruktion
wie einer Sitzschiene eines Flugzeuges durch eine Schraubverbindung
mit einem Sicherungselement zum Sichern der Schraubverbindung gegen
Loslösen von Schraube und Mutter durch Vibration, welche
das übliche Befestigungssystem aus Clipmutter und Schraube
ablösen soll, werden im Folgenden zwei verschiedene Ausführungsformen
beschrieben. Die erste Ausführungsform des Befestigungssystems,
die insgesamt mit 10 bezeichnet ist, ist in den 1–3 dargestellt.
Die zweite Ausführungsform des Befestigungssystems, die
insgesamt mit 110 bezeichnet ist, ist in den 5–11 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf diese Figuren werden die beiden Ausführungsformen im
Folgenden beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform
tragen gleiche oder ähnliche Teile wie bei der ersten Ausfüh rungsform
um 100 erhöhte Bezugszahlen. Ein wesentlicher
Bestandteil der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Befestigungssystems 10 ist eine Blindmutter 12,
hingegen ist ein wesentlicher Bestandteil der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Befestigungssystems 110 eine
Spannmutter 112.
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1 zeigt
die insgesamt mit 10 bezeichnete erste Ausführungsform
des Befestigungssystems nach der Erfindung in einer Längsschnittansicht
in einem bereits fertig montierten Zustand. Das System 10 dient
zum Befestigen eines Panels 20, hier einem Sandwich-Bodenpanel,
auf einer Unterkonstruktion 22, hier einer Sitzschiene
eines Flugzeuges, durch eine insgesamt mit 30 bezeichnete
Schraubverbindung aus der Blindnietmutter 12 und einer
Schraube 14 mit einem Sicherungselement 40 zum
Sichern der Schraubverbindung 30 gegen Loslösen
von Schraube 14 und Blindnietmutter 12 durch Vibration.
Die Schraube 14 ist mit einem im Querschnitt unrunden Endbereich 16 versehen.
Das Sicherungselement 40 ist mit der Blindnietmutter 12 drehfest
verbunden und befindet sich elastisch federnd mit dem unrunden Endbereich 16 in
formschlüssigem Eingriff. Die Schraube 14 hat
einen Kopf 14a mit einem Werkzeuginnenangriff 14b.
Vervollständigt wird das Befestigungssystem 10 durch
eine in einer Bohrung 24 des Panels 20 angebrachte
Einsatzbuchse 50. Die Einsatzbuchse 50 hat eine
obere Schulter, die eine Ringnut aufweist, in welcher ein als ein
O-Ring ausgebildeter Dichtungsring 60 angeordnet ist, welcher
an der gegenüberliegenden Unterseite des Schraubenkopfes 14a abdichtend
anliegt. Auf dem Schaft der Schraube 14 ist zwischen der
Unterseite des Kopfes 14a und dem unrunden Endbereich 16 ein
Gewinde 18 ausgebildet, das mit dem Gewinde der Blindnietmutter 12 in
Eingriff ist. Zwischen dem Panel 20 und der Unterkonstruktion 22 ist
ein Dichtungsband 23 angeordnet.
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Die
Einsatzbuchse 50 ist durch Spritzgießen aus einem
verstärkten thermoplastischen Hightech-Material wie Torlon
oder PEEK hergestellt und in die Bohrung des Panels 20 mittels
Polyurethanklebstoff eingeklebt. Die Einsatzbuchse 50 dient
als ein Lager für den Dichtungsring 60. Die Einsatzbuchse 50 weist
an ihrer in 1 oberen Seite eine Senkbohrung 54 auf,
die so bemessen ist, dass der Schraubenkopf 14a bei gesetzter
Schraube 14 mit der oberen Seite der Einsatzbuchse 50 bündig
ist. Die Einsatzbuchse 50 ist ihrerseits so bemessen und in
die Bohrung 24 des Panels 20 eingesetzt, dass
sie mit dessen oberer und unterer Seite bündig ist, wie es
in 1 zu erkennen ist. Die Einsatzbuchse 50 ist weiter
so bemessen, dass sie der Schraube 14 ein radiales Spiel
erlaubt, das vorzugsweise 0,8 mm beträgt.
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Die
Blindnietmutter 12 ist in 3 im noch nicht
gesetzten Zustand gezeigt, in 1 hingegen im
gesetzten Zustand, in welchem sie an der Unterkonstruktion 22 befestigt
ist. Die Blindnietmutter 12 wird in ein Loch 29 in
der Unterkonstruktion 22 eingesetzt und durch ein übliches
Blindnietsetzwerkzeug axial zusammengezogen, so dass die Blindnietmutter
an der Unterseite der Unterkonstruktion einen Wulst 26 ausbildet
und die Unterkonstruktion 22 zwischen dem Wulst 26 und
einem oberen Bund 27 der Blindnietmutter drehfest eingespannt
wird. Das Sicherungselement 40 weist einen Haltering 48 auf,
der bei dem Setzen der Blindnietmutter 12 zwischen dem Wulst 13 und
der Unterseite der Unterkonstruktion 22 drehfest eingespannt
wird, wie es in 1 gezeigt ist. Alternativ kann
der Haltering 48 aber auch an der Blindnietmutter 12 von
Haus aus befestigt, z. B. angeschweißt sein. Die Blindnietmutter 12 besteht
vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl.
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2 zeigt
in einer perspektivischen Teildarstellung eine mit dem Befestigungssystem 10 nach 1 hergestellte
Schraubverbindung mit einer zugeordneten Schraubensicherung zum
Sichern der Schraubverbindung gegen Loslösen von Schraube 14 und
Mutter 12 durch Vibration. Als ein Teil der Schraubensicherung
weist die Schraube 14 in ihrem unrunden Endbereich 16 eine
Art Keilverzahnung 17 auf, welche durch miteinander abwechselnde
Zähne 17a und Zahnlücken 17b gebildet
ist. Das Sicherungselement 40 weist einen ersten Arm 42 auf,
der einen den unteren Endbereich 16 umgreifenden Federclip 44 trägt,
welcher mit einem radial nach innen vorstehenden Ende in eine der
Zahnlücken 17b der Keilverzahnung 17 einfasst.
Das Sicherungselement 40 wird bei der hier beschriebenen
ersten Ausführungsform bei dem Setzen der Blindnietmutter 12 an der
Unterkonstruktion 22 fixiert. Das Sicherungselement 40 ist
ein gesondertes Teil, das von dem Gewinde 18 der Schraube 14 und
dem Gewinde der Blindnietmutter 12 entkoppelt ist und so
wenigstens 50 Ein- und Ausschraubzyklen der Schraube 14 gewährleistet.
Die Zähne 17a der Keilverzahnung 17 sind
wie dargestellt oben abgerundet, um die Abnützung der Zähne 17a und
des Federclips 44 möglichst gering zu halten.
Der Federclip 44 des Sicherungselements 40 sorgt
für ein Verriegelungsdrehmoment an der Schraube 14 von
maximal 150 Ncm und für ein Losbrechdrehmoment von wenigstens
80 Ncm. Das Sicherungselement 40 weist einen zweiten Arm 46 auf,
der den Federclip 44 umgreift und den Federclip 44 vor
einem axialen Verbiegen durch die Schraube 14 schützt.
Das Sicherungselement 40 weist darüber hinaus
den Haltering 48 auf, der die beiden Arme 42, 46 trägt
und, wie oben bereits dargelegt, an der Blindnietmutter 12 selbst
fest angebracht ist und/oder bei gesetzter Blindnietmutter zwischen
der Blindnietmutter und der Unterkonstruktion 22 drehfest
eingespannt ist. Die letztgenannte Alternative ist in 1 gezeigt.
Das Sicherungselement 40 besteht ebenfalls vorzugsweise
aus nichtrostendem Stahl.
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Die
auseinandergezogene Darstellung des Befestigungssystems 10 nach 1,
die in 3 gezeigt ist, veranschaulicht das Befestigen
des Panels 20, das hier ein Sandwich-Bodenpanel ist, auf
einer Unterkonstruktion 22, die hier die Sitzschiene eines Flugzeuges
ist. In der Darstellung in 3 ist die
Einsatzbuchse 50 bereits in der Bohrung 24 in
dem Panel 20 befestigt. Die Blindnietmutter 12 wird,
wie oben bereits geschildert, durch die Einsatzbuchse 50 hindurch
in das Loch 29 eingeführt. Anschließend wird
von unten her das Sicherungselement 40 über die
Blindnietmutter 12 geschoben, bis es an der Unterseite
der Unterkonstruktion 22 in Anlage ist. Danach wird die
Blindnietmutter 12 mit einem Blindnietsetzgerät
gesetzt, also an der Unterkonstruktion 22 gemeinsam mit
dem Sicherungselement 40 so fixiert, wie es in 1 gezeigt
ist. Anschließend wird die Schraube 14 mit ihrem
Gewinde 18 in das entsprechende Innengewinde der Blindnietmutter 12 eingeschraubt,
bis sie mit ihrem Kopf 14a in der Einsatzbuchse 50 versenkt
ist. Bei dem Austritt aus der Blindnietmutter 12 ratscht
der unrunde Endbereich 16 in dem Federclip 44,
bis die Schraube 14 schließlich die in den 1 und 2 gezeigte
Lage einnimmt und der Federclip 44 endgültig in
eine Zahnlücke 17b einfasst. Das Panel 20 ist
so durch die Schraubverbindung auf der Unterkonstruktion 22 befestigt
worden und gleichzeitig ist eine Schraubensicherung hergestellt
worden, die die Schraubverbindung gegen Loslösen von Schraube 14 und
Blindnietmutter 12 durch Vibration sichert. Durch Drehen der
Schraube 14 in umgekehrter Richtung mit Hilfe des Werkzeuginnenangriffes 14b ist
die Schraubverbindung wieder lösbar, wobei der unrunde
Endbereich wieder in dem Federclip 44 ratscht, bis die Schraube 14 aus
dem Federclip 44 freigekommen ist.
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4 zeigt
in einer Längsschnittansicht die zweite Ausführungsform
des Systems nach der Erfindung in einem vormontierten Zustand, wobei
das Befestigungssystem insgesamt mit 110 bezeichnet ist. 5 zeigt
in einer gleichen Ansicht wie in 4 das Befestigungssystem 110 im
fertig montierten Zustand. 6 zeigt
eine Querschnittansicht zur Demonstration einer Schraubensicherung,
die bei dem Befestigungssystem 110 zum Einsatz kommt. Diese Querschnittansicht
dient lediglich zu Demonstrationszwecken, d. h. sie entspricht nicht
einer Querschnittansicht, die dem in 4 oder 5 dargestellten
Zustand des Befestigungssystems 110 entspricht.
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Das
Befestigungssystem 110 dient wie das Befestigungssystem 10 zum
Befestigen eines Panels 120, das hier auch ein Sandwich-Bodenpanel
ist, auf einer Unterkonstruktion 122, die hier auch eine
Sitzschiene eines Flugzeuges ist, durch eine Schraubverbindung 130 mit
einer Sicherung der Schraubverbindung gegen Loslösen einer
Schraube 114 und der Spannmutter 112 durch Vibration.
Bei dem Befestigungssystem 110 ist die Schraube 114 mit
einem im Querschnitt unrunden Endbereich 116 versehen,
in welchem die Schraube im Querschnitt die Form eines Polygons 117 hat,
wie es in 6 zu erkennen ist. Die Spannmutter 112 wird
vorzugsweise als ein kaltgeschmiedetes Teil hergestellt.
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Die
Schraubensicherung des Befestigungssystems 110 umfasst
außer dem im Querschnitt unrunden Endbereich 116 der
Schraube 114 ein Sicherungselement 140, das mit
der Spannmutter 112 drehfest verbunden ist und elastisch
federnd und formschlüssig mit dem unrunden Endbereich 116 in Eingriff
ist, wie es am besten in 6 zu erkennen ist. Im Gegensatz
zu dem Befestigungssystem 10, bei dem die Mutter 12 eine
Blindnietmutter ist, ist bei dem Befestigungssystem 110 die
Mutter 112 eine Spannmutter, die in dem Panel 120 axial
verschiebbar und in einem Bereich von bis zu 180° drehbar
ist. Ein Drehwinkel von 180° wird zwar bevorzugt, ein Drehwinkel
von z. B. nur 90° wäre jedoch auch geeignet. Die
Spannmutter 112 weist einen Riegel 113 auf, mit
dem das Panel 120 zwischen der Unterkonstruktion 122 und
der Schraube 114 einspannbar ist. In dem vormontierten
Zustand nach 4 ist das Panel 120 auf
der Unterkonstruktion 122 noch nicht festgespannt. Hingegen
greift im fertig montierten Zustand nach 5 der Riegel 113 an
der Unterseite der Unterkonstruktion 122 an und das Panel 120 ist
zwischen der Schraube 114 und der Unterkonstruktion 122 eingespannt.
Zu diesem Zweck ist eine Einsatzbuchse 150 in dem Panel 120 befestigt
und zur versenkten Aufnahme der Schraube 114 und außerdem so
ausgebildet, dass die Spannmutter 112 in der Einsatzbuchse 150 axial
verschiebbar und um Winkel von bis zu 180° drehbar ist.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist vorzugsweise zwischen
dem Panel 120 und der Unterkonstruktion 122 ein
Dichtband 123 angeordnet. Die Einsatzbuchse 150 ist
wie die Einsatzbuchse 50 ein thermoplastisches Bauteil,
das durch Spritzgießen aus verstärktem thermoplastischen
Hightech-Material wie Torlon oder PEEK hergestellt ist. Die Einsatzbuchse 150 ist
wie die Einsatzbuchse 50 in eine Bohrung 124 in
dem Panel 120 eingeklebt. Als Klebematerial wird auch hier
zweckmäßig ein Polyurethanklebstoff verwendet.
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7 zeigt
das Befestigungssystem 110 nach 4 in auseinandergezogener
Darstellung. Als Detail A ist der unrunde Endbereich 116 vergrößert
dargestellt, um dessen Planflächen besser sichtbar zu machen,
die im Querschnitt das Polygon 117 ergeben. An der Spannmutter 112 ist
ein Führungselement angebracht, das mit wenigstens einem
panelseitigen Führungselement in Eingriff ist, welches
die Drehbewegung der Mutter 112 begrenzt. Das an der Mutter 112 angebrachte
Führungselement ist bei der hier beschriebenen zweiten
Ausführungsform des Befestigungssystems ein Führungsstift 175.
Es sind zwei panelseitige Führungselemente vorhanden, die in
der Einsatzbuchse 150 als eine sich über 180° erstreckende
Nut 155 bzw. als eine mit dieser in Verbindung stehende
axiale Nut 156 ausgebildet sind. 8 zeigt
als eine Einzelheit die Einsatzbuchse 150 des Befestigungssystems 110 in
perspektivischer Darstellung. 9 zeigt
die Einsatzbuchse 150 nach 8 in einer
Ansicht von unten. In 8 sind die sich über
180° erstreckende Nut 155 und die mit dieser in
Verbindung stehende axiale Nut 156 am Besten zu erkennen.
Das obere Ende der axialen Nut 156 ist in 7 sichtbar
und außerdem in 8.
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In
dem vormontierten Zustand des Befestigungssystems 110,
der in 4 gezeigt ist, befindet sich der Führungsstift 175 der
Spannmutter 112 in der Nut 155 und an einem Anschlag 157,
der in 9 gezeigt ist. Wenn die Schraube 114 aus
der in 4 gezeigten Stellung weiter eingedreht wird, wird
durch den Schrauber, dessen Bit in den Werkzeuginnenangriff 114b eingeführt
wird, die Schraube 114 in der Darstellung in 4 unweigerlich
etwas nach unten gedrückt. Die gegenseitige Haftreibung
zwischen dem Außengewinde 118 der Schraube 114 und
dem Innengewinde der Spannmutter 112 bewirkt, dass die Spannmutter 112 die
Drehung der Schraube mitzumachen beginnt. Dabei bewegt sich der
Führungsstift 175 von dem Anschlag 157 weg,
während der Riegel 113 unter die Unterkonstruktion 122 gedreht
wird. Sobald der Riegel 113 dort angekommen ist, also sobald
die Spannmutter eine Drehung um 180° ausgeführt
hat, gelangt der Führungsstift 175 in die axiale Nut 156,
die nun beim weiteren Drehen der Schraube 114 die Spannmutter 112 am
weiteren Drehen hindert, so dass sich die Spannmutter 112 axial
aufwärts bewegt, bis der Riegel 113 in der in 5 gezeigten Stellung
an der Unterseite der Unterkonstruktion 122 anliegt und
die Schraube soweit angezogen ist, dass sie in der Einsatzbuchse 150 versenkt
angeordnet ist.
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Bei
dem Befestigungssystem 110 ist das Sicherungselement 140 als
ein Sicherungsbügel 144 ausgebildet, der gemäß der
Darstellung in 7 in einen radialen Umfangsschlitz 170 der
Spannmutter 112 eingeführt wird. In dem Umfangsschlitz 170 der Spannmutter 112 ist
gemäß der Darstellung in 6 ein axialer
Steg 176 zum lösbaren Haltern des Sicherungsbügels 144 vorhanden.
Der Sicherungsbügel 144 wird bei dem Einführen
in den Umfangsschlitz 170 der Mutter 112 auf den
Steg 176 aufgeclipst, wie es in 6 zu erkennen
ist.
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Wenn
die Schraube 114 auf vorstehend beschriebene Weise angezogen
wird und aus der in 4 gezeigten Stellung innerhalb
der Spannmutter 112 in die in 5 gezeigte
Stellung innerhalb der Spannmutter 112 gelangt, kommen
zwei elastisch federnd auslenkbare Arme 144a, 144b mit
dem unrunden Endbereich 116 der Schraube 114 in
Eingriff. Nachdem die Schraube 114 so weit in die Spannmutter 112 eingedreht
worden ist, dass ihr unrunder Endbereich 116 sich zwischen
die federnden Arme 144a, 144b des Sicherungsbügels 144 befindet,
kann von der Schraube 114 über den Sicherungsbügel 144 ein größeres
Drehmoment als mittels der gegenseitigen Haftreibung der Gewinde übertragen
werden. Dieses größere Drehmoment hilft, zum Lösen
der Schraubverbindung den Riegel 113 von der Unterkonstruktion 122 zu
lösen und die Spannmutter 112 aus der in 5 gezeigten
Stellung zurück in die in 4 gezeigte
Stellung zu drehen. Ein radialer Vorsprung an dem Riegel 113 auf
dessen der Schraube 114 zugewandter Seite bildet dabei
eine Drehmomentübertragungshilfe 172, welche das
Sicherungselement 140 bei der Drehmomentübertragung
von der Schraube 114 auf die Spannmutter 112 unterstützt.
Bei dem weiteren Losdrehen der Schraube 114 behält
die Spannmutter 112 die in 4 gezeigte
Stellung bei, während die Schraube 112 schließlich
wieder in die in 4 gezeigte Stellung gelangt,
in der der Kopf 114a der Schraube 114 wieder über
das Panel 120 nach oben vorsteht.
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6 dient
zum Veranschaulichen der Position des Sicherungsbügels 144 in
Relation zu der Schraube 114 und zu der Spannmutter 112 sowie
zur Veranschaulichung der verliersicheren Befestigung des Sicherungsbügels 144 an
dem Steg 176 sowie zur Veranschaulichung der Drehmomentübertragung zwischen
dem Sicherungsbügel 144 und dem Steg 113.
Wenn der Steg 113 unter der Unterkonstruktion 122 in
Anlage ist, wie in 5, befindet sich der Führungsstift 175 selbstverständlich
nicht an dem Anschlag 157, sondern in einer demgegenüber
um 180° verdrehten Position, nämlich unter oder
in der axialen Nut 156. 6 dient
nur zu Demonstrationszwecken und veranschaulicht nicht die Position
des Führungsstiftes 175, wenn der Riegel 113 in
der Spannstellung nach 5 ist.
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Zwischen
dem Kopf der Schraube 114 und der Einsatzbuchse 150 ist
um den Schaft der Schraube 114 eine Druckfeder 180 angeordnet,
wie es am besten in den 4, 5 und 7 zu
erkennen ist. Die Druckfeder 180 ist nur zur Indizierung
wichtig: falls der Riegel 113 nicht unter die Unterkonstruktion 122 fasst,
also die Spannstellung nicht ganz erreicht hat, kann die Spannmutter 112 mit
Hilfe der Schraube 114 trotzdem angezogen werden. In diesem
Fall drückt aber die Druckfeder 180 die Schraube 114 so weit
nach oben, dass sie über das Panel 120 nach außen übersteht.
Diese Stellung ist ein Indikator dafür, dass die Schraubverbindung 130 noch
nicht oder nicht richtig hergestellt worden ist. Die Druckfeder 180 erfüllt
somit keine Befestigungsfunktion. Die Druckfeder 180 ist
zwar hier als eine Schraubendruckfeder dargestellt, sie könnte
jedoch durch einen Gummidruckpuffer od. dgl. ersetzt werden.
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Wie
bei dem Befestigungssystem 10 ist bei dem Befestigungssystem 110 zwischen
der Schraube 114 und der Einsatzbuchse 150 ein
als O-Ring ausgebildeter Dichtungsring 160 angeordnet.
Der Dichtungsring 160 sitzt gemäß der
Darstellung in den 4 und 5 am Umfang
eines unterhalb des Kopfes der Schraube 114 vorgesehenen
Bundes und liegt im fertig montierten Zustand des Befestigungssystems 110,
der in 5 gezeigt ist, an der Innenwand einer Zwischensenkbohrung
in der Einsatzbuchse 150 an, wie es in 5 zu
erkennen ist. Die Innenwand der Zwischensenkbohrung der Einsatzbuchse 150,
an die sich der Dichtungsring 160 anlegt, ist in der Darstellung
in 5 nach unten hin konisch zulaufend ausgebildet,
was die Abdichtung erleichtert. Im vormontierten Zustand drückt
die Druckfeder 180, die sich einenends an der Unterseite
des Kopfes 114a der Schraube 114 und anderenends
in der Einsatzbuchse 150 abstützt, in der Darstellung
in 4 die Schraube 114 nach oben. Der Führungsstift 175 befindet
sich dabei in der Spannmutter 112 in der Nut 155.
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Anhand
der 10 und 11 wird
die Befestigung eines Panels 120 auf einer Unterkonstruktion 122 mit
Hilfe des Befestigungssystems 110 nun näher beschrieben.
Der Sicherungsbügel 144 ist zuvor an der Spannmutter 112 vormontiert
worden. Die Einsatzbuchse 150 ist zuvor in dem Panel 120 montiert
worden, wie es in 7 gezeigt ist. Der Dichtungsring 160 wird
auf den Bund unter dem Kopf 114a der Schraube 114 aufgebracht,
die Druckfeder 180 wird über den Schraubenschaft
geschoben und die Schraube 114 wird mit der Druckfeder 180 von oben
her in die Einsatzbuchse 150 eingeführt, während
von unten her die Spannmutter 112 in die Einsatzbuchse 150 eingeführt
wird. Die Schraube 114 wird in die Spannmutter 112 eingedreht,
bis sie sich etwa in einer in 4 gezeigten
Stellung befindet. Die Spannmutter 112 mit dem Riegel 113 wird
dann mit Hilfe der Schraube 114 über deren Werkzeuginnenangriff 114b aus
der Position nach 4 um 180° in eine Position
gedreht, in welcher sich der Riegel 113 zwar unter der
Unterkonstruktion 122 befindet, von dieser aber noch Abstand
aufweist, das Panel 120 also zwischen der Schraube und
dem Riegel auf der Unterkonstruktion 122 noch nicht eingespannt
ist. Anschließend wird die Schraube 114 weiter
eingedreht, wobei sich nun der Führungsstift axial beweglich
in der Nut 156 befindet und der Sicherungsbügel 144 auf
dem unrunden Endbereich 116 ratscht. Dabei wird der Kopf 114a der
Schraube 114, der in 10 noch
aus dem Panel 120 hervorschaut, in dem Panel 120 versenkt.
Bei dem weiteren Anziehen der Schraube 114 bleibt der Führungsstift 175 der Spannmutter 112 in
der Nut 156, so dass das Panel 120 gemäß 11 auf
einem Flansch einer Sitzschiene festgespannt wird. Die Darstellung
in den 10 und 11 lässt
erkennen, dass die Unterkonstruktion 122 im Vergleich mit
der Unterkonstruktion 22 für die Befestigung keinerlei
Löcher benötigt, so dass die Unterkonstruktion 122 einfacher
aufgebaut sein kann als bei Einsatz des Befestigungssystems 10.
-
- 10
- Befestigungssystem
(erste Ausführungsform)
- 12
- Blindnietmutter
- 13
- Wulst
- 14
- Schraube
- 14a
- Kopf
- 14b
- Werkzeuginnenangriff
- 16
- Endbereich
- 17
- Art
Keilverzahnung
- 17a
- Zahn
- 17b
- Zahnlücke
- 18
- Gewinde
- 20
- Panel
- 22
- Unterkonstruktion
- 23
- Dichtungsband
- 24
- Bohrung
- 26
- Wulst
- 27
- Bund
- 29
- Loch
- 30
- Schraubverbindung
- 40
- Sicherungselement
- 42
- erster
Arm
- 44
- Federclip
- 46
- zweiter
Arm
- 47
- Bügel
- 48
- Haltering
- 50
- erste
Einsatzbuchse
- 54
- Senkbohrung
- 60
- Dichtungsring
- 110
- Befestigungssystem
(zweite Ausführungsform)
- 112
- Spannmutter
- 113
- Riegel
- 114
- Schraube
- 114a
- Schraubenkopf
- 114b
- Werkzeuginnenangriff
- 116
- Endbereich
- 117
- Polygon
- 118
- Gewinde
- 120
- Panel
- 122
- Unterkonstruktion
- 123
- Dichtungsband
- 124
- Bohrung
- 130
- Schraubverbindung
- 140
- Sicherungselement
- 144
- Sicherungsbügel
- 144a
- Arm
- 144b
- Arm
- 150
- zweite
Einsatzbuchse
- 154
- Senkbohrung
- 155
- Nut
- 156
- axiale
Nut
- 157
- Anschlag
- 160
- Dichtungsring
- 170
- Umfangsschlitz
- 172
- Drehmomentübertragungshilfe
- 175
- Führungsstift
- 176
- Steg
- 180
- Druckfeder
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6918725
B2 [0003, 0003]