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Bezeichnung: Steckbolzenverbindung Die Erfindung betrifft eine Steckbolzenverbindung,
die aus einem Steckbolzen und einem Ankerteil besteht. Bei einer bekannten Verbindung
dieser Art besteht der Steckbolzen aus einem Schaft, an dessen einem Ende ein Gewinde,
eine Querbohrung o. dgl. für eine Mutter, einen Splint o. dgl.
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vorgesehen ist, während am anderen Ende ein Hammerkopf angeformt ist.
Mit diesem wird bei der bekannten Ausführung der Bolzen in ein Ankerstück mit einer
entsprechenden Ausnehmung eingefahrt, wobei der Querschnitt des Hammerkopfes und
der Ausnehmung im Ankerstück in der Regel aus zwei parallelen Geraden gebildet wird,
die an den Enden durch Kreisbögen miteinander verbunden sind, deren Mittelpunkt
in der Bolzenachse liegt Im Ankerstück ist in Einsteckrichtung anschließend an diesen
Einsteck-Flachquerschnitt eine Erweiterung vorgesehen, die es erlaubt, den Bolzen
nach Durchtritt des Hammerkopfes durch die Flachkantausnehmung im dnerstück um 90°
bis zu seitlichen irehanschlägen an de- Unterseite des Ankerstückes bajonettartig
zu verdrehen.
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Diese Ausführung hat einerseits den Nachteil, daß das Ankerstück eine
erhebliche radiale Ausdehnung hat, da im Hinblick auf das Vorspringen der Hammerkopfenden
aus dem Kreisquerschnitt des Schaftes in radialer Richtung auch die Ausnehmung im
Ankerstück entsprechend groß und im Hinblick auf die Festigkeit des Ankerstückes
unter den in der Regel hohen Belastungen beim Verspannen des Steckbolzens die Außenabmessungen
des Ankerstückes beachtlich sind. Durch die Verwendung von Ankerstücken erheblicher
radialer Ausdehnung entsteht in dem Konstruktionsteil, in welchem dieses Ankerstück
Aufnahme finden muß, eine erhebliche Schwächung, so insbesondere in Betonschwellen
für den Eisenbahnoberbau, auf welche jedoch die Erfindung keineswegs eingeschränkt
ist. Die Folge ist, daß - zumindest an diesen Stellen, allgemein jedoch für die
gesamte Aufnahmekonstruktion -eine Überdimensionierung des Konstruktionsteiles -
z. B. der Schwelle- stattfinden muß.
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Der weitere Nachteil liegt auf der gleichen Linie, betrifft jedoch
das Konstruktionsteil - z. B. die Betonschwelle - unmittelbar: Das Ankerstück befindet
sich nämlich in aller Regel keineswegs an der z. Be einer Gewindemutter zugelegenen
Seite des Konstruktionsteils, sondern auf der entgegengesetzten Seite, so daß der
Hammerkopf durch eine Ausnehmung im Konstruktionsteil selbst in die Öffnung des
Ankerstückes eingeführt werden muß.
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Diese Ausnehmung entspricht wiederum dem Querschnitt und den Abmessungen
des Ankerstückes, ist also entsprechend groß und bringt insoweit eine - sogar wesentlich
fühlbaree - Schwächung des Konstruktionsteiles - z. B. der Betonschwelle -. Ein
dritter
Nachteil ist darin zu erblicken, daß im Hinblick auf diese
Ausnehmung großen Querschnitts im Konstruktionsteil der Schaft beim Einfahren des
Hammerkopfes in das Ankerstück nicht die erforderliche Führung findet, so daß besondere
Maßnahmen oder Mittel zur Führung oder Zentrierung des Steckbolzens vor dem Anspannen
der Bolzenverbindung getroffen werden müssen.
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Die Betonschwelle wurde lediglich als eines von einer Fülle von Anwendungsbeispslen
für Steckbolzenverbindungen erwahnt. Die Anwendung erstreckt sich z. B. auch auf
Spannschlösser zum Aneinandersetzen von Stangen, Rohren, im Stahlbau, in der Feinmechanik
bei Gehäusen des Gerätebaues o. dgl. sowie im Schwermaschinenbau bei der Verankerung
von Walzgerüsten auf Fundamentplatten o. dgl., wobei stets die gleichen Nachteile
in Erscheinung treten.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den radialen Raumbedarf einer
solchen bekannten Steckbolzenverbindung zu vermindern. Dies geschieht nach der Erfindung
dadurch, daß der Querschnitt des Kopfes im wesentlichen innerhalb der Projektion
des Querschnittes des Bolzens fällt und z. B. der Querschnittekreis des Bolzens
gleichzeitig etwajgleich dem Umkreis des Bolzenkopfes ist. Unter Beibehaltung des
üblichen Bolzenquerschnittes ergeben sich hieraus die Abmessungen des Kopfes und
auch damit diejenige des Ankerstückes. Es ergibt sich dann aber weiter zwangläufig,
daß zwischen Kopf und Schaft ein IIals von einem gegeniiber dem Kopfquerschnitt
verminderten Querschnitt vorgesehen werden muß, der erst nach EinSilhren des 3olzens
in das Ankerstück und nach Durchtreten des Kops'es durch dieses hindurch in bekannter
leise die Begrenzung
der Verdrehung erlaubt Auch für diesen Halsquerschnitt
gilt demgemäß, daß er irJnerhalb der Projektion des Querschnittes des Bolzens liegen
muß, wobei vorzugsweise auch hierfür der ;uerschnitt des Bolzens gleichzeitig etwa
der Umkreis für den Halsquerschnitt ist.
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Die Erfindung liegt also dein, den Kopfquerschnitt nahezu auf den
Bolzenquerschnitt zu vermindern und die Zugkräfte vom Kopf auf das Ankerstück durch
Flächen zu übermitteln, welche zwischen dem gemäß der Erfindung im Querschnitt verringerten
Kopf und dem im Vergleich dazu weiterhin verringerten Hals besteht.
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Es war überraschend festzustellen, daß diese Ubertragung der Kräfte
ohne weiteres möglich ist und daß die erfindungsgemäße Kombination aus Kopf und
Hals in Verbindung mit dem Bolzen selbst nicht nur die geschilderten Nachteile beseitigt,
sondern darüber hinaus die schwächste Stelle des Bolzens in den Hals legt, so daß
im Falle einer Überbeanspruchung ohne zusätzliche Mittel die Bruchstelle auf den
Hals lokalisiert wird, der dann den Kopf nach -der entgegengesetzten Seite frei
gibt, so daß der abgerissene Kopf durch eine entsprechende Fortsetzung der Bohrung
im Konstruktionsteil auf der Rückseite des Ankerstückes ohne weiteres herausfallen
kann, während der Bolzen mit dem Halsrest nach der Befestigungsseite hin mühelos
entfernt werden kann.
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Die Kombination zwischen Kopf, Hals irnd Bolzen hat aber nocli den
weiteren vorteil, daß eine Übergangsfläche zwischen lials und ollen stets als Anschlagfläche
beim Burchstecken des Steckbolzens
in das Verankerungsstück hinei$wirkt,
so daß es unmöglich ist, den Bolzen völlig durchfallen zu lassen.
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Der Halsquerschnitt wird nach einer besonderen Ausführungsform * als
Zweieck vorgesehen, dessen beide Ecken in einer durch die Bolzenachse gehenden Diagonale
des Halsquerschnittes liegen und dessen Seitenlinien doppelsymmetrisch sowohl zu
dieser als auch zur anderen senkrecht verlaufenden Diagonale des Halsquerschnittes
mit jeweils einem Kreissegment von 900 Umfangswinkel und den zwei tangential anschließenden
und bis zu den anderen Ecken reichenden Geraden gebildet werden. Mit einem derartigen
Halsquerschnitt wird erreicht, daß der Bolzen nach dem vollkommenen Hineinstecken
nur noch um 900 gedreht werden kann. (DIN 188) Um aber Anschläge am Ankerstück zur
Begrenzung der Drehbewegung des durchgesteckten Bolzens in beiden Drehrichtungen
im Sinne eines nur noch kleinen Drehbekspiels zu erreichen9 kann man einen Zwischenteil
zwischen Kopf und Hals vorsehen, der beim Zurückziehen des Bolzens aus seiner Drehlage
in die Spannlage in einen Bereich des dem Kopfquerschnitt entsprechenden Qnkrstückes
eintritt und einen den ebenen Flächen des Kopfes entsprechenden Viereckquerschnitt
aufweist. (DIN 186) Die genannten Begrenzungen gegen Verdrehen des Bolzens bedingen
entsprechende Innenflächen am Ankerstück0 Der Querschnitt des Ankerstückes, durch
den der Bolzen beim Einstecken zunächst eintritt, zeigt zwei parallele Linien, die
über Kreisbögen verbunden sind Die Parallelen haben den Abstand der geraden Teile
des * an sich bekanntes
oben beschriebenen Zweiecks des Halses und
die Kreisbögen haben einen dem Kopfdurchmesser entsprechenden Durchmesser, jeweils
vergrößert im Sinne der üblichen Differenzen zwischen Schrauben-und Schraubenlochdurcnmessern.
Der Querschnitt der Ausnehmung im Konstruktionsteil, welches das Ankerstück aufnimmt,
entspricht dem des Ankerstückes selbst und ist damit nur wenig größer als der des
Schaftes, so daß dieser über seine gesamte Länge eine gute Führung hat und das Ankerstück
an dieser Stelle eine geringstmögliche Schwächung erfährt.
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Die eingangs beschriebene Ausbildung des Halses bringt es notwendigerweise
mit sich, daß zwischen dem Kreisquerschnitt des Bolzens und dem Zweiecksquerschnitt
des Halses eine Übergangsfläche oder -stufe entsteht. Diese dient - wie bereits
erwähnt -als Durchfallsicherung, da sie sich in jeder Drehstellung des Steckbolzens
beim Einführen desselben in das Ankerstück auf die gradlinigen Kanten des Querschnittes
des Ankerstückes auflegt.
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Hier bietet sich die Möglichkeit, die Länge des Halses so zu bemessen,
daß der Wbergang zwischen Hals urra Bolzen den Kopf in der dem Ankerstück unmittelbar
benachbarten Drehlage hält. Man spart damit einerseits an Baulänge für den Bolzen
irnd andererseits an Baulänge für die gesamte Steckverbindung.
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In weiterer Entwicklung des erlindullgsgemäßen Steckbolzens ergibt
sich eine vorteilhaft einfache Form des Bolzenkopfes: Um im durch die Einführungsöffnung
des Ankerstückes stecken zu können und um seinen Querschnitt trotz der durch die
Erfindung ermöglichten Verringerung möglichst groß zu halten, ,eigt er in
seinem
oberen Teil die gleichen Querschnitte wie die Einführungsöffnung des Ankerstückes.
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Zur Aufnahme der Spannkraft nach dem Drehen um 900 und Zurückziehen
des Bolzens geht der halsseitige Teil des Kopfes unter den durch die Kreisbögen
gebildeten Zylinderteilflächen auf den-Viereckquerschnitt des oberen Halses über.
Die diesen Ubergang bildenden Flächen legen sich entweder nach einer Bauform auf
gleichartige Flächen im Ankerstück oder sind in einem anderen Fall rechtwinklig
zur Bolzenachse vorgesehen, wobei im letzteren Fall die Öffnung im Ankerstück durchgehend
gleichbleibt und der Kopf sich außen am Ankerstück anlegt.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der
Zeichnung wiedergegeben ist. Hierbei zeigen: Fig. 1 den Steckbolzen mit Gewinde,
Schaft, Hals und Kopf in schaubildlicher Darstellung, Fig. 2 eine Seitenansicht
des Steckbolzens mit Ansicht des Kopfes in seiner Breitseite, Fig. 3 den Querschnitt
gemäß Linie III - III der Fig. 2 des Halses des Steckbolzens, zum Schaft hin gesehen,
Fig. 4 den Querschnitt gemäß Linie IV - IV der Fig. 2 durch den 1als des Steckbolzens,
zum Kopf hin gesehen,
Fig. 5 eine Seitenansicht des Steckbolzens
nach Drehung um 900 gegenüber Fig. 2, Fig. 6 die Ansicht gemäß VI - VI der Fig.
5 auf die Kopf-Oberfläche, Fig. 7 die Ansicht auf das Ankerstück, von der Einsteckseite
des Bolzens gesehen, Fig. 8 einen Querschnitt gemäß Linie VIII - VIII der Fig. 7
durch die innere Öffnung des Ankerstückes, Fig. 9 einen Querschnitt gemäß Linie
IX - IX der Fig. 8 durch die innere Öffnung des Ankerstückes.
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Gemäß den Fig. 1, 2 und 5 besteht der Steckbolzen aus einem Schaft
10, der an seinem Ende mit einem Gewinde 11 zur Aufnahme einer nicht dargestellten
Mutter dient und an seinem anderen Ende einen Hals 12 und einen Kopf 13 mit einem
zwischen ihnen liegenden Zwischenteil 14 aufweist. Die Querschnitte des Halses sind
in den Fig. 3 und 4, der Querschnitt des Kopfes in seiner Ansicht gemäß Fig. 6 wiedergegeben.
Im übrigen ergibt sich die Form des Kopfes, des Halses, des Zwischenteiles sowie
der Anschlagflächen aus den entsprechenden Hinweisen in der Zeichnung.
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Hierbei bedeuten: A1 A2 die Anschlagflächen des Bolzens zur Sicherung
gegen Durchfallen durch das 9kersttick, wobei
diese Anschlagflächen
die Übergangsflächen zwischen Schaft- und Halsquerschnitt darstellen, A3 4 die Übergangsflächen
zwischen Hals 12 und Zwischenteil 14, E1 E2 die Ecken des Zweiecksquerschnittes,
wobei sich diese Mantellinien bis zum Kopfende erstrecken, E E die entsprechenden
Gegenecken, die sich über Kopf 34 und Zwischenteil erstrecken, F1 F2 die Übertragungeflächen
zwischen Kopf und Ankerstück bei festgezogenem Bolzen, Z1 Z2 die zylindrischen Teilflächen
des Halses, Z3Z4die zylinderischen Deilfflächen des Kopfes.
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Das Ankerstück
gemäß den Fig. 7 bis 9 ist lediglich im Zentralausschnitt wiedergegeben. Die entsprechenden
Gegenflächen sind dort mit E1' bis E4', Z1' Z2' und F1', F2' bezeichnet.
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Der Erfindungsgegenstand kann Abwandlungen erfahren. So ist es nicht
nötig, dem Schaft Kreisdurchmesser zu erteilen9 und es ist weiterhin nicht erforderlich,
bei einem Schaft mit Kreisquerschnitt diesem einen Durchmesser zu geben, der den
Umkreis zum Halsm und Kopfq,uerschnitt aufweist; vielmehr kann dieser Schaftdurchmesser
verjüngt
sein, ohne die Gefahr heraufzubeschwören, daß ein evtl. Bruch*auf den Halsteil lokalisiert
wird, und ohne Uberlastungen herbeizuführen. * etwa nicht Zwischen Gewinde und Hals
kann ein Schaft entfallen; der Eegelwinkel der Flächen F1 und F2 sowie F1 und F2
kann anders, auch gleich null Grad gewählt werden, sofern zweckmäßigerweise Selbsthemmung
vermieden wird; statt des Gewindes kann der Bolzen ein Querloch o. ä. zur Aufnahme
eines Splintes oder Keiles, oder aber rundum einen Nut zur Aufnahme eines Sicherungsringes
aufweisen.
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Der Kopf kann auch ohne den genannten Teil mit Viereckquerschnitt
ausgebildet sein, d. h. der Hals mit Zweieckquerschnitt über Anlageflächen in den
Kopf übergehen. Das Ankerstück kann, von einem etwa in der Linie VIII - VIII der
Fig. 8 gelegenen Querschnitt gesehen, symmetrisch zur unteren Hälfte auch nach oben
hin ausgebildet sein. Schließlich kann in eines der zu verbindenden Teile die Öffnung
gemäß Ankerstück unmittelbar eingearbeitet sein, wodurch das Ankerstück entbehrlich
wird.
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PatentansprEche