Крепежный элемент для закрепления в коротком, неподнутренном глухом отверстии, способ и установочный инструмент для закрепления подобного крепежного элемента
Изобретение касается крепежного элемента для закрепления в коротком, неподнутренном отверстии, способа и установочного инструмента для закрепления подобного крепежного элемента. Упомянутый крепежный элемент имеет стержень, который на одном конце имеет распорный конус, который расширяется в направлении от стержня, и неразрезную, трубчатую разжимную втулку, через которую проходит стержень и которая для расширения и закрепления в глухом отверстии выполнена с возможностью надвигания на распорный конус, так что она расширяется в обращенной к распорному конусу торцевой области. Разжимная втулка имеет полое коническое расширение на внутренней стороне своей обращенной к распорному конусу торцевой стороны. Полое коническое расширение разжимной втулки имеет более острый конусный угол, чем распорный конус. В результате увеличивается надежность закрепления. Способ закрепления крепежного элемента в отверстии заключается в том, что разжимную втулку надвигают на распорный конус посредством передачи на разжимную втулку колебательных движений в ультразвуковом диапазоне частот. Закрепление таким способом легкое и мало нагружает место закрепления. Установочный инструмент для крепежного элемента имеет центральный стержень, который при установке на торцевую сторону разжимной втулки входит в аксиальное отверстие распорного конуса. При этом установочный элемент имеет окружающий центральный стержень трубчатый бортик для установки на торцевую сторону разжимной втулки. Внешний диаметр бортика не больше, чем внешний диаметр разжимной втулки. В результате улучшается сцепление установочного инструмента с крепежным элементом и предотвращается соскальзывание. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.
Изобретение касается крепежного элемента для закрепления в коротком, неподнутренном глухом отверстии согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, способа и установочного инструмента для закрепления подобного крепежного элемента согласно ограничительной части пункта 11 и соответственно 12 формулы изобретения. Крепежный элемент предусмотрен, в частности, для обеспечения возможности крепления к пластинчатому конструктивному элементу, например, из конструкционной стали, чтобы обеспечить возможность крепления к нему другого конструктивного элемента. При этом пластинчатый конструктивный элемент не должен просверливаться, вследствие чего предоставляется только сравнительно "короткая" глубина закрепления, в частности, если диаметр глухого отверстия приблизительно равен толщине конструктивного элемента. Под термином "короткий" должен пониматься размер, сопоставимый с диаметром глухого отверстия.
Из ЕР 440896 B1 известен крепежный элемент, который предусмотрен для закрепления в поднутренном отверстии в пластинчатом конструктивном элементе, например фасадной плите. Известный крепежный элемент имеет стержень с распорным конусом на своем конце, расширяющимся в направлении от стержня. На стержне, если смотреть сбоку, находится волнообразно изогнутое кольцо, которое для закрепления надвигается на распорный конус и вследствие этого расширяется. Расширенное кольцо входит в поднутрение отверстия. Известный крепежный элемент может закрепляться даже в плите, которая может быть по отношению к диаметру отверстия сравнительно тонкой, однако недостаток состоит в том, что для закрепления необходимо поднутрение. Изготовление поднутрения требует дополнительных затрат.
Из FR 1297330 известен крепежный элемент, который частично позволяет решить указанные выше проблемы. Однако этот крепежный элемент не обеспечивает достаточной степени надежности закрепления вследствие лишь незначительной области контакта между разжимной втулкой и распорным элементом. Эта проблема является следствием колоколообраной формы отверстия с выпуклым закруглением на входе и отсутствием какого-либо согласования между формой распорного элемента и формой отверстия втулки. Кроме того, распорный элемент плохо удерживается от поперечных нагрузок и может поперечно смещаться, вследствие чего крепление не является стабильным (неизменным).
Поэтому в основе данного изобретения лежит задача предложить крепежный элемент, который выполнен с возможностью надежного неизменного закрепления в неподнутренном глухом отверстии. При этом короткое по отношению к величине диаметра отверстие должно быть достаточным для закрепления.
Эта задача в соответствии с изобретением решается посредством признаков пунктов 1 формулы изобретения. Соответствующий изобретению крепежный элемент имеет трубчатую неразрезную разжимную втулку, которая находится на стержне и выполнена с возможностью смещения на нем. Для закрепления в глухом отверстии крепежный элемент с распорным конусом вставляется в глухое отверстие, и разжимная втулка надвигается на распорный конус. При надвигании распорный конус расширяет разжимную втулку в ее обращенной к распорному конусу торцевой области. Расширенная торцевая область вдавливается в стенку глухого отверстия и вследствие этого закрепляет крепежный элемент в глухом отверстии. При этом между расширенной в передней торцевой области разжимной втулкой и глухим отверстием возникает соединение с геометрическим и силовым замыканием, вследствие чего обеспечивается высокое усилие закрепления даже в коротком глухом отверстии. Другое преимущество соответствующего изобретению крепежного элемента состоит в том, что осуществляется подпирание его стержня в отношении поперечного усилия за счет разжимной втулки в отверстии. Кроме того, утопленная заподлицо в глухом отверстии разжимная втулка представляет правильное закрепление крепежного элемента, поскольку глухое отверстие имеет предварительно заданную номинальную глубину. Соответствующий изобретению крепежный элемент предусмотрен, в частности, для закрепления в изделии из конструкционной стали, алюминия или тому подобного, однако он также подходит для закрепления в изделиях из других материалов, например из бетона. Для облегчения надвигания разжимной втулки на распорный конус и возникающего вследствие этого расширения разжимной втулки распорный конус может быть снабжен смазкой.
Также для облегчения расширения разжимной втулки в ее обращенной к распорному конусу торцевой области служит полое коническое расширение по типу фаски или внутреннего конуса на внутренней стороне обращенной к распорному конусу торцевой стороны разжимной втулки. Вследствие этого толщина разжимной втулки уменьшается в расширяющейся при надвигании на распорный конус торцевой области разжимной втулки, за счет чего разжимная втулка может расширяться при воздействии незначительного усилия.
Предпочтительным образом полое коническое расширение разжимной втулки имеет более острый конусный угол, чем распорный конус. Вследствие этого разжимная втулка при надвигании на распорный конус удлиняется во взаимодействии с распорным конусом прежде всего на своем обращенном к распорному конусу торцевом конце. В первую очередь разжимная втулка расширяется в своей передней торцевой области и вдавливается в стенку отверстия. Только с увеличивающимся надвиганием на распорный конус расширение разжимной втулки продолжается начинаясь от передней, обращенной к распорному конусу, торцевой области до приблизительно средней области аксиально короткой разжимной втулки. Расширение разжимной втулки в передней торцевой области имеет то преимущество, что расширяющее усилие мало, поскольку разжимная втулка расширяется только на коротком участке своей аксиальной длины, и что усилие, с которым разжимная втулка вдавливается в стенку отверстия, большая, поскольку разжимная втулка вдавливается в стенку отверстия только в передней торцевой области и таким образом сравнительно малой кольцевой поверхностью. В качестве преимущества также следует отметить стабильное закрепление при относительно небольшом расширяющем усилии. Этот эффект поддерживается за счет тонкостенной разжимной втулки.
Для получения высоких параметров закрепления в качестве благоприятного оказался конусный угол распорного конуса в диапазоне от приблизительно 14 до 20°, предпочтительно приблизительно 17°.
Вариант осуществления изобретения предусматривает рифление на внешней стороне разжимной втулки, по меньшей мере, в ее обращенной к распорному конусу торцевой области. Рифление может представлять собой, например, прямоугольную накатку; следует отметить, что линейная накатка является неподходящей, если она является осепараллельной. При расширении разжимной втулки рифление вдавливается в стенку глухого отверстия и увеличивает таким образом усилие закрепления. Кроме того, рифление, если оно изготовлено посредством пластического деформирования, например, как накатка, является причиной поверхностного упрочнения разжимной втулки. Вследствие этого рифление вдавливается в стенку отверстия даже тогда, когда разжимная втулка и имеющий глухое отверстие конструктивный элемент выполнены из материалов, имеющих первоначально одинаковую твердость.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения разжимная втулка изготовлена из стали большой твердости, например, из легированной, нержавеющей стали (например сталь А4). Достаточна также локальная повышенная твердость стали снаружи в обращенной к распорному конусу торцевой области разжимной втулки, которая вдавливается при расширении разжимной втулки в стенку отверстия. Большой твердостью считается, в частности, твердость разжимной втулки, которая больше, чем твердость конструкционной стали, для того чтобы крепежный элемент мог закрепляться с более высоким усилием закрепления в конструкционной стали.
В усовершенствовании соответствующего изобретению крепежного элемента распорный конус на переходе к стержню имеет больший диаметр, чем стержень, при этом распорный конус переходит на меньший диаметр стержня при помощи кольцевого уступа. Таким образом, распорный конус имеет форму усеченного конуса. При одинаковом диаметре распорного конуса на его имеющем больший диаметр и обращенном к стержню основании и при одинаковом конусном угле распорного конуса распорный конус является более коротким в аксиальном направлении. Также разжимная втулка может выполняться соответственно аксиально более короткой, чем распорный конус. Вследствие этого крепежный элемент может также закрепляться в аксиально более коротком глухом отверстии, причем усилие закрепления при в остальном таких же пропорциях остается почти неизмененным. Таким образом, соответствующий изобретению крепежный элемент может закрепляться в еще более тонкой пластине без необходимости просверливания насквозь пластины или выполнения поднутрения глухого отверстия.
Чтобы обеспечить возможность закрепления крепежного элемента с короткой глубиной закрепления и несмотря на это с высоким усилием закрепления, один вариант осуществления изобретения предусматривает аксиально короткую разжимную втулку, разжимная область которой составляет больше половины ее аксиальной длины. Аксиальная длина разжимной области соответствует аксиальной длине внутреннего конуса разжимной втулки и/или аксиальной длине разреза, поскольку разжимная втулка имеет разрез. Под термином "аксиально короткий" понимается размер, сопоставимый с характеристическим диаметром крепежного элемента. Характеристическими диаметрами крепежного элемента являются диаметр его стержня или внешний диаметр недеформированной разжимной втулки. В одном варианте осуществления изобретения аксиальная длина разжимной втулки соответствует приблизительно ее внешнему диаметру, в другом варианте осуществления изобретения - только приблизительно 2/3 внешнего диаметра.
Один вариант осуществления изобретения предусматривает тонкостенную разжимную втулку. При этом термин "тонкостенный" также должен рассматриваться в сравнении с характеристическим диаметром крепежного элемента. Толщина стенки разжимной втулки находится приблизительно в диапазоне от 1/4 до 1/6 диаметра стержня крепежного элемента. Тонкостенная разжимная втулка может деформироваться за счет небольшого усилия, т.е. необходимое для расширения разжимной втулки усилие является небольшим, а усилие, с которой разжимная втулка вдавливается в стенку отверстия при заданном усилии расширения, большим.
Установка распорного конуса его обращенным от стержня, большим в диаметре концом на дне глухого отверстия может происходить так, что разжимная втулка упирается в дно отверстия при надвигании на распорный конус. Это имеет место, в частности, при относительно большом диаметре глухого отверстия, если между имеющим большой диаметр концом распорного конуса и стенкой отверстия возникает сравнительно большой кольцевой зазор. Дно глухого отверстия препятствует надвиганию разжимной втулки на распорный конус и вместе с этим расширению разжимной втулки. Следствием этого является ухудшенное закрепление крепежного элемента в глухом отверстии. Поэтому один вариант осуществления изобретения предусматривает аксиальное продолжение стержня на обращенной от стержня и имеющей больший диаметр стороне распорного конуса. Вследствие этого распорный конус соответствующего изобретению крепежного элемента устанавливается на дне глухого отверстия не своим имеющим большой диаметр концом, а устанавливается на дне глухого отверстия этим аксиальным продолжением. Вследствие этого распорный конус расположен на некотором аксиальном расстоянии от дна глухого отверстия, причем является достаточным короткое расстояние между распорным конусом и дном глухого отверстия, т.е. аксиально короткое продолжение. Аксиальное продолжение должно поддерживаться коротким, чтобы не требовалось удлинять необходимую глубину закрепления и вместе с тем глубину глухого отверстия. За счет аксиального продолжения получается аксиальное расстояние между глухим отверстием и разжимной втулкой, так что дно глухого отверстия не препятствует аксиальному перемещению и вместе с этим расширению разжимной втулки. Этот вариант осуществления изобретения имеет преимущество, заключающееся в улучшенной возможности закрепления крепежного элемента в глухом отверстии, т.к. дно глухого отверстия не препятствует надвиганию разжимной втулки на распорный конус и вместе с тем закреплению крепежного элемента в глухом отверстии.
Для того, чтобы не препятствовать надвиганию разжимной втулки на распорный конус, продолжение не должно выступать сбоку за распорный конус. В частности, продолжение имеет диаметр не больше, чем распорный конус на своем имеющем больший диаметр конце. Подходящим представляется цилиндрическое аксиальное продолжение с диаметром, равным большему диаметру распорного конуса. Кроме того, продолжение может сужаться в направлении от распорного конуса или иметь меньший диаметр, чем распорный конус. Аксиальное продолжение должно иметь некруглое поперечное сечение.
Разрезная разжимная втулка облегчает разжимание и соответственно увеличивает разжимное усилие, с которым разжимная втулка вдавливается в стенку отверстия. Хотя по сравнению с разрезной разжимной втулкой неразрезная разжимная втулка имеет недостаток в виде большего усилия расширения, однако она имеет преимущество, заключающееся в обеспечении большего, сплошного в окружном направлении и не прерываемого за счет разреза контакта со стенкой отверстия. Поэтому в качестве соответствующей изобретению втулки рассматриваются как разрезная, так и неразрезная разжимная втулка.
В одном варианте осуществления изобретения распорный корпус имеет для фиксации от поворота проходящее осепараллельно (т.е. параллельно оси) или наклонно рифление между распорным конусом и разжимной втулкой. При надвигании разжимной втулки на распорный конус рифление распорного конуса вдавливается в разжимную втулку, и тем самым образовывают средство фиксации от поворота. В принципе, рифление может быть также предусмотрено на внутренней стороне разжимной втулки. Рифление, проходящее осепараллельно или наклонно, имеет даже в случае наклонного хода осепараллельные составляющие и тем самым обеспечивает запирающее действие против относительного движения между разжимной втулкой и распорным конусом в окружном направлении, т.е. против поворота разжимной втулки относительно распорного конуса. Фиксирующее от поворота воздействие более сильное при проходящем осепараллельном рифлении, для этого наклонно проходящее рифление дополнительно имеет запирающее действие против движения в аксиальном направлении, т.е. наклонно проходящее рифление удерживает в аксиальном направлении на распорном конусе надвинутую на него разжимную втулку или, наоборот, распорный конус на разжимной втулке.
Если конструктивный элемент крепится на закрепленном крепежном элементе посредством завинчивания, то завинчивающее движение, в частности затягивание, прикладывает вращающий момент к распорному конусу. Соответствующее изобретению рифление увеличивает вращающий момент, передаваемый распорным конусом на разжимную втулку, вследствие чего уменьшена опасность того, что при креплении конструктивного элемента приложенный к распорному конусу вращающий момент вращает этот распорный конус в разжимной втулке и тем самым ослабляет его. В частности, наклонно проходящее рифление дополнительно увеличивает аксиальную посадку распорного конуса в разжимной втулке, вследствие чего уменьшена опасность того, что распорный конус посредством воздействия аксиального усилия при закреплении конструктивного элемента ослабляется и выдавливается из разжимной втулки. Эта опасность существует, в частности, даже тогда, когда распорный конус при закреплении устанавливается не на дне отверстия, например, при закреплении в сквозном отверстии или в глубоком глухом отверстии.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения рифление сформировано только на аксиальном участке распорного конуса, который находится на имеющем наибольший диаметр конце распорного конуса или вблизи него. В связи с этим надвигание разжимной втулки на распорный конус возможно с помощью небольшого усилия.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения в качестве рифления пригодно выполнение надрезов в одном или нескольких местах периметра распорного конуса. Посредством формования надрезов на сторонах надрезов образуются ребра или гофры со сравнительно острыми кромками, которые при надвигании разжимной втулки внедряются в нее и способствуют желаемой фиксации от поворота. Выполнение надрезов просто в изготовлении и немного увеличивает усилие надвигания разжимной втулки.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает в качестве рифления прямую или наклонную накатку на распорном конусе. В случае наклонной накатки наклон выполнен, в частности, в том же направлении, что и подъем крепежной резьбы, разумеется обычно с отличающимся подъемом. Накатка также является простой и недорогой в изготовлении. Надрезы и накатка могут быть выполнены на распорном конусе альтернативно или совместно.
Для закрепления предмета на соответствующем изобретению крепежном элементе его распорный конус может иметь стержень, в частности резьбовой стержень. Один вариант осуществления изобретения предусматривает бесстержневой распорный конус, распорный конус имеет, например, внутреннюю резьбу для вкручивания винта или шпильку с резьбой по всей длине. Под термином "бесстержневой" понимается проходящий так, что распорный конус не имеет выступающего из разжимной втулки стержня. Данный вариант осуществления изобретения позволяет осуществлять утопленное или выполненное заподлицо с поверхностью закрепление крепежного элемента в отверстии. Это имеет то преимущество, что стержень не выступает из конструктивного элемента, в котором закреплен крепежный элемент. В частности, в случае бесстержневого выполнения распорного конуса соответствующее изобретению рифление является предпочтительным в качестве средства фиксации от поворота между распорным конусом и разжимной втулкой, разумеется оно также возможно и в случае имеющего стержень распорного конуса. Конечно также возможно бесстержневое выполнение распорного конуса соответствующего изобретению крепежного элемента и без рифления, если отказываются от осуществляемой посредством рифления фиксации от поворота.
Один вариант осуществления изобретения предусматривает средство предохранения от потери, которое удерживает разжимную втулку на распорном конусе вплоть до закрепления крепежного элемента. После закрепления средство предохранения от потери становится несущественным. Средство предохранения от потери предотвращает то, что распорный конус и разжимная втулка при транспортировке и хранении отделятся друг от друга, и удерживает разжимную втулку на распорном конусе в ее предусмотренной ориентации. Средство предохранения от потери предотвращает то, что разжимная втулка устанавливается наоборот на распорный конус. Является достаточным того, что средство предохранения от потери удерживает разжимную втулку на распорном конусе от выпадения, поэтому неразъемное соединение не требуется. Средство предохранения от потери может представлять собой, например, накатку, которая удерживает разжимную втулку на распорном конусе с (незначительным) зажимным усилием.
Для защиты от коррозии предусматривается утапливание разжимной втулки при закреплении крепежного элемента в отверстии, например, на приблизительно 0,5-1 мм. Вследствие этого возникает окружающая стержень крепежного элемента кольцевая канавка на задней, обращенной от распорного конуса торцевой стороне разжимной втулки. В соответствии с изобретением в окружающую канавку вводится уплотняющая масса. Коррозия в отверстии может иметь место, если или поскольку крепежный элемент состоит из другого материала, чем конструктивный элемент, в котором этот крепежный элемент закреплен. Крепежный элемент образует гальванический элемент с конструктивным элементом. В этом случае может возникать коррозия даже, когда как крепежный элемент, так и конструктивный элемент выполнены из нержавеющего материала, например, если крепежный элемент выполнен из стали А4, а конструктивный элемент, в котором этот крепежный элемент закреплен, из алюминия (имеется в виду, в частности, алюминиевый сплав).
В качестве глубины закрепления является достаточной величина, приблизительно соответствующая диаметру отверстия, в котором закреплен крепежный элемент, в другом варианте осуществления изобретения достаточна даже величина, приблизительно соответствующая 2/3 диаметра этого отверстия. Диаметр отверстия почти совпадает с диаметром недеформированной разжимной втулки, диаметр отверстия предпочтительно незначительно больше, чтобы обеспечить возможность ввода с зазором разжимной втулки в отверстие. Незначительная глубина закрепления может реализовываться независимо от уплотнения на стержне крепежного элемента.
Для расширения разжимной втулки для закрепления крепежного элемента в отверстии к разжимной втулке прикладывают аксиальное усилие, которое смещает разжимную втулку на распорный конус. Соответствующий изобретению способ раскрыт в пункте 11 формулы изобретения и предусматривает введение в крепежный элемент реакционного усилия, которое необходимо для приложения аксиального усилия. Таким образом, подпирание для приложения аксиального усилия осуществляется на стержне крепежного элемента. Возникает замкнутый контур усилия без появления внешних усилий. Этот вариант осуществления изобретения имеет то преимущество, что крепежный элемент не должен подпираться относительно аксиального усилия, прикладываемого для смещения разжимной втулки на распорный конус. Таким образом, конструктивный элемент, в котором закрепляется крепежный элемент, не должен поддерживаться для закрепления, даже если конструктивный элемент представляет собой тонкую пластину. Далее крепежный элемент может закрепляться с помощью соответствующего изобретению способа также в глубоком глухом отверстии или в сквозном отверстии, поскольку распорный конус не должен опираться на дно отверстия.
В соответствии с изобретением реакционное усилие может передаваться в стержень крепежного элемента за счет навинчивания гайки на стержень. Для этого требуется внешняя резьба стержня. Посредством вращения накрученной гайки на стержне к разжимной втулке прикладывается аксиальное усилие. Между гайкой и разжимной втулкой может быть установлена гильза, которая передает аксиальное усилие от гайки на разжимную втулку. Гильза необходима, если между задней торцевой стороной разжимной втулки и гайкой находится свободный от резьбы участок стержня.
Чтобы крепежный элемент можно было удерживать при вращении гайки на стержне от совместного поворота развитие соответствующего изобретению способа предусматривает накручивание двух контргаек на стержень и прочное затягивание друг относительно друга. За контргайки стержень может удерживаться без возможности поворота посредством инструмента для закручивания гаек, например, гаечным ключом с открытым зевом или кольцевым гаечным ключом.
Вариант осуществления изобретения предусматривает нагружение разжимной втулки посредством ультразвука для надвигания на распорный конус. Нагружение посредством ультразвука подразумевает возбуждение разжимной втулки с механическими колебаниями в диапазоне ультразвуковых частот. Предпочтительно колебания являются аксиальными. Закрепление крепежного элемента посредством ультразвуковых колебаний имеет то преимущество, что оно легкое и мало нагружает место закрепления. Последнее делает закрепление посредством ультразвука пригодным для закрепления крепежного элемента в тонкой пластине без контропор. Например, трубчатый волновод-концентратор поверх стержня крепежного элемента устанавливается на заднюю торцевую сторону разжимной втулки, которая передает колебания от ультразвукового вибратора на разжимную втулку.
Соответствующий изобретению установочный инструмент с признаками пункта 12 формулы изобретения может быть выполнен, например, в форме штифта по типу пробойника, так что ударные воздействия могут передаваться на разжимную втулку крепежного элемента, которая смещается на распорный конус, который установлен, например, на дно глухого отверстия. С помощью установочного инструмента разжимная втулка может нагружаться даже, когда она утоплена в отверстии. Соответствующий изобретению установочный инструмент имеет центральный стержень, который при установке на разжимную втулку входит в аксиальное отверстие распорного конуса. Центральный стержень позиционирует установочный инструмент на крепежном элементе и предотвращает соскальзывание.
Усовершенствование установочного инструмента предусматривает трубчатый бортик, который окружает ударный стержень и с помощью которого установочный инструмент устанавливается на такую же трубчатую разжимную втулку. Посредством бортика возможно нагружение разжимной втулки, если разжимная втулка утоплена в отверстии и/или если распорный конус выступает из разжимной втулки.
Далее изобретение поясняется более подробно посредством вариантов осуществления изобретения, представленных на чертежах, где:
фиг.1 - первый вариант осуществления соответствующего изобретению крепежного элемента;
фиг.2 - соответствующее изобретению закрепление крепежного элемента по фиг.1 в конструктивном элементе;
фиг.3 - второй вариант осуществления соответствующего изобретению крепежного элемента;
фиг.4 - третий вариант осуществления соответствующего изобретению крепежного элемента, представленный в осевом сечении, причем на левой стороне показано незакрепленное состояние, а на правой стороне - закрепленное;
фиг.5 и 6 - увеличенные фрагменты, показанные стрелками V и VI, причем фиг.5 показывает незакрепленное, а фиг.6 закрепленное состояние крепежного элемента;
фиг.7 - четвертый вариант осуществления соответствующего изобретению крепежного элемента в незакрепленном состоянии;
фиг.8 - вид сбоку распорного конуса и разжимной втулки согласно пятому варианту осуществления соответствующего изобретению крепежного элемента;
фиг.9 - вид с торца разжимной втулки в соответствии со стрелкой IX на фиг.8;
фиг.10 - крепежный элемент по фиг.8 в собранном состоянии;
Фиг.11-13 - следующие друг за другом этапы установки крепежного элемента по фиг.8 при помощи соответствующего изобретению установочного инструмента.
Представленный на фиг.1, в целом обозначенный позицией 10 соответствующий изобретению крепежный элемент имеет стержень 12 с распорным конусом 14 на одном конце, расширяющимся в направлении от стержня 12. Кроме того, крепежный элемент 10 имеет трубчатую, неразрезную разжимную втулку 16, которая выполнена с возможностью перемещения на стержне 12. Разжимная втулка 16 и стержень 12 с распорным конусом 14 выполнены из нержавеющей стали А4, то есть из стали большой твердости.
Разжимная втулка 16 имеет полое коническое расширение 18 по типу фаски на своей внутренней стороне у своей обращенной к распорному конусу 14 торцевой стороны. Конусный угол полого конического расширения 18 является более острым, чем конусный угол распорного конуса 14, который имеет конусный угол приблизительно 17°. За счет различных конусных углов разжимная втулка 16 - в процессе своего смещения на распорный конус 14 - насажана на распорный конус 14 прежде всего своим обращенным к этому распорному конусу 14 торцевым концом. Таким образом, разжимная втулка 16 своим полым коническим расширением 18 не сразу насажана на распорный конус 14 на всей аксиальной длине этого полого конического расширения 18, когда она надвигается на распорный конус 14. Вследствие этого разжимная втулка 16 может легче расширяться радиально наружу на своем обращенном к распорному конусу 14 цилиндрическом торцевом конце, если она надвигается на распорный конус 14. Различные конусные углы полого конического расширения 18 разжимной втулки 16 и распорного конуса 14 на чертеже изображены сильно увеличенными, для того чтобы наглядно пояснить различные конусные углы и насаживание разжимной втулки 16 ее обращенным к распорному конусу 14 цилиндрическим концом на распорный конус 14. За счет увеличенного изображения разницы конусных углов на чертеже получается больший кольцевой зазор между разжимной втулкой 16 и стержнем 12, чем это есть в действительном масштабном изображении.
На своей внешней стороне разжимная втулка 16 в обращенной к распорному конусу 14 торцевой области снабжена образующей рифление прямоугольной накаткой 20.
Фиг.2 показывает соответствующую изобретению крепежную систему с крепежным элементом 10, изображенным на фиг.1. Крепежный элемент 10 своим распорным конусом 14 вставляется в изначально цилиндрическое, не снабженное ссылочной позицией, глухое отверстие в конструктивном элементе, например, в стальной пластине 22. Разжимная втулка 16 надвигается на распорный конус 14. Надвигание разжимной втулки 16 на распорный конус 14 происходит, например, посредством трубчатого установочного инструмента (не показан), который устанавливается поверх стержня 12 на обращенной от распорного конуса 14 торцевой стороне разжимной втулки 16. Посредством осуществляемых ударным инструментом ударов разжимная втулка 16 надвигается на распорный конус 14, причем в данном случае надвигание более точно можно назвать как насаживание. При надвигании на распорный конус 14 этот распорный конус 14 расширяет радиально наружу разжимную втулку 16, начиная в ее обращенной к распорному конусу 14 торцевой области. Разжимная втулка 16 вдавливается ввиду своей большей твердости в своей обращенной к распорному конусу 14 торцевой области в стенку отверстия первоначально цилиндрического и неподнутренного глухого отверстия и закрепляет крепежный элемент 10 с геометрическим и силовым замыканием в стальной пластине 22. При расширении разжимной втулки 16 прямоугольная накатка 20 также вдавливается в стенку отверстия в стальной пластине 22 и улучшает закрепление крепежного элемента 10 в стальной пластине 22.
Соответствующий изобретению способ закрепления предусматривает надвигание разжимной втулки 16 на распорный конус 14 посредством ультразвукового нагружения разжимной втулки 16. Для этого, как показано на фиг.2 штриховыми линиями, поверх стержня 12 на заднюю торцевую сторону разжимной гильзы 16 устанавливается трубчатый волновод-концентратор 23. Волновод-концентратор 23 побуждается ультразвуковым вибратором (не показан) к аксиальным колебаниям в ультразвуковом диапазоне частот и передает колебательные движения на разжимную втулку 16. Вследствие этого разжимная втулка 16 расширяется и надвигается на распорный конус 14, т.е. разжимает и закрепляет крепежный элемент 10 в стальной пластине 22. Расширение с помощью ультразвука является легким и незначительно нагружает стальную пластину 22, так что можно отказаться от контропоры для подпирания стальной пластины 22.
Если глухое отверстие в стальной пластине 22 имеет заданную глубину, то закрепление крепежного элемента закрыто, когда разжимная втулка 16 заподлицо утапливается в стальной пластине 22. Таким образом просто реализуется правильное закрепление крепежного элемента 10.
Разжимная втулка 16 поддерживает крепежный элемент 10 по отношению к поперечной нагрузке. При этом следует принять во внимание, что кольцевой зазор между разжимной втулкой 16 и стержнем 12 изображен на чертеже сильно увеличенным.
С помощью крепежной системы, изображенной на фиг.2, простым способом достигнута возможность для закрепления на стальной пластине 22 другого конструктивного элемента (не показан). Для закрепления такого другого конструктивного элемента стержень 12 имеет резьбу 24. Дополнительно или вместо резьбы 24 стержень 12 может иметь аксиальное глухое отверстие 26, посредством которого свободный конец стержня 12 имеет возможность отгибаться (не показано) наружу для осуществления закрепления заклепочного соединения (не показано). Также в глухое отверстие 26 может вбиваться имеющий головку установочный штифт для того, чтобы прикрепить (не показано) другой конструктивный элемент к стальной пластине 22. Другая возможность заключается в том, чтобы выполнить глухое отверстие 26 с внутренней резьбой.
Крепежный элемент 10 нуждается лишь в небольшой глубине закрепления. При диаметре резьбы 24 стержня 12, соответствующем типу М6, диаметр глухого отверстия в стальной пластине 22 предусмотрен 8 мм при глубине глухого отверстия от 5 до 6 мм. Предусмотрен стандартизированный типовой ряд крепежного элемента 10 с диаметрами стержня 4, 5, 6, 8 и 10 мм или соответственно диаметрами резьбы 24 М4, М5, М6, М8 и М10. Толщина стенки разжимной втулки - 1 мм, при большом диаметре от М8 толщина стенки может быть также 1,5 мм. При этом внешний диаметр разжимной втулки 16 и отверстия в стальной пластине 22 при указанных диаметрах составляет 6, 7, 8, 10 или соответственно 11 и 12 или соответственно 13 мм. Соответствующая минимальная глубина закрепления t составляет 3,5 мм при диаметре резьбы М4; 4,0 мм при диаметре резьбы М5 и М6; 6,0 мм при диаметре резьбы М8 и 7,0 мм при диаметре резьбы М10.
Представленный на фиг.3 соответствующий изобретению крепежный элемент 10 имеет на переходе от стержня 12 к распорному конусу 14 кольцевой уступ 15, на котором распорный конус 14 переходит в меньший диаметр стержня 12. Таким образом, распорный конус 14 имеет на своем меньшем в диаметре и обращенном к стержню 12 конце больший диаметр, чем стержень 12. Вследствие этого распорный конус 14 является аксиально более коротким, чем распорный конус с таким же диаметром у обращенного к стержню 12 основания и с таким же конусным углом. В остальном изображенный на фиг.3 крепежный элемент 10 выполнен так же, как он изображен на фиг.1, пояснения для фиг.1 и 2 здесь также применимы.
Представленный на фиг.4 соответствующий изобретению крепежный элемент 10 имеет такой же, как оба поясненных выше крепежных элемента 10, стержень 12 с распорным конусом 14 на одном конце, который расширяется в направлении от стержня 12.
Разжимная втулка 16 имеет внутренний конус 18, который расширяется в том же направлении, что и распорный конус 14, то есть в направлении распорного конуса 14. Внутренний конус 18 более длинный в аксиальном направлении, чем полое коническое расширение 18 разжимной втулки 16 поясненного выше крепежного элемента 10. Внутренний конус 18 проходит через разжимную втулку 16 на преобладающей части ее аксиальной длины. Конусный угол внутреннего конуса 18 острее, чем конусный угол распорного конуса 14, который имеет конусный угол приблизительно 17°. За счет различных конусных углов разжимная втулка 16, если она надвигается на распорный конус 14, насаживается на распорный конус 14 сначала своим обращенным к распорному конусу 14 торцевым концом. Это видно на фиг.4 слева и на увеличенном фрагменте на фиг.5, причем обе показывают незакрепленное состояние. Таким образом, разжимная втулка 16 своим внутренним конусом 18 насаживается на распорный конус 14 не сразу на всей своей аксиальной длине посредством внутреннего конуса 18, когда она надвигается на распорный конус 14. Вследствие этого разжимная втулка 18 может легче расширяться радиально наружу на своем обращенном к распорному конусу 14 торцевом конце, когда она надвигается на распорный конус 14.
Правая сторона на фиг.4 и увеличенный фрагмент на фиг.6 показывают соответствующую изобретению крепежную систему с крепежным элементом 10, т.е. закрепленное состояние крепежного элемента 10. Крепежный элемент 10 своим распорным конусом 14 вставляется в изначально цилиндрическое, не снабженное ссылочной позицией глухое отверстие в конструктивном элементе, например, в стальной пластине 22. Разжимная втулка 16 надвинута на распорный конус 14.
Другая возможность для расширения разжимной втулки 16 состоит в том, чтобы надеть трубчатую деталь (не показана) на стержень 12 и накрутить гайку (не показана) на резьбу 24 стержня 12. Через трубу гайка оказывает аксиальное усилие на разжимную втулку 16, которое смещает разжимную втулку 16 на распорный конус 14 и расширяет ее и тем самым закрепляет крепежный элемент 10 описанным выше способом в отверстии в стальной пластине 22. Этот способ закрепления имеет то преимущество, что не действуют никакие внешние силы, т.е. крепежный элемент 18 не должен устанавливаться на дно отверстия, в котором он закрепляется, и крепежный элемент 10 не должен поддерживаться относительно аксиального усилия, воздействующего для расширения на разжимную втулку 16. Поэтому стальная пластина 22 не должна поддерживаться, как при расширении разжимной втулки 16 с помощью ударного инструмента. Кроме того, описанный способ закрепления делает возможным закрепление в глубоком глухом отверстии, в котором крепежный элемент 10 установлен не на дне глухого отверстия, или закрепление в сквозном отверстии.
Для уплотнения отверстия в стальной пластине 22 разжимная втулка 16 утоплена, как видно на правой стороне фиг.4, например, на приблизительно 0,5-1 мм в стальную пластину 22. Вследствие этого получается окружающая стержень 12 крепежного элемента 10 кольцевая канавка 26, которая заполняется уплотняющей массой 28.
Распорный конус 14 со стержнем 12 и разжимная втулка 16 крепежного элемента 10, показанного на фиг.7, совпадает с представленным на фиг.1 примером осуществления изобретения. Указанные выше пояснения сюда также относятся. На обращенной от стержня 12 и имеющей больший диаметр стороне распорного конуса стержень 12 или соответственно распорный конус 14 имеет аксиальное продолжение 23. Аксиальное продолжение 23 является цилиндрическим и имеет такой же диаметр, как имеющий больший диаметр конец распорного конуса 14. Продолжение 23 является аксиально коротким и имеет в аксиальном направлении только часть длины распорного конуса 14. Распорный конус 14 аксиально более короткий, чем величина диаметра стержня 12. Аксиальное продолжение 23 заканчивается фаской 25. Проходящее осепараллельно, служащее в качестве фиксатора от поворота, выступообразное ребро 27 противодействует повороту стержня 12 и распорного конуса 14 в разжимной втулке 16.
Аксиальное продолжение 23, которое при надвигании разжимной втулки 16 поддерживает распорный конус 14 на дне 29 отверстия, обеспечивает образование аксиального зазора между распорным конусом 14 и дном 29 отверстия. Вследствие этого создается аксиальное свободное пространство между разжимной втулкой 16 и дном 29 отверстия, разжимная втулка 16 при надвигании на распорный конус 14 не устанавливается на дно 29 отверстия. Поэтому дно 29 отверстия не препятствует расширению разжимной втулки 16.
Представленный на фиг.8 и 9 соответствующий изобретению крепежный элемент 10 имеет распорный конус 14 и разжимную втулку 16. Оба элемента выполнены из стали большой твердости, в частности из легированной, нержавеющей стали (например, из стали А4). Распорный конус 14 имеет кроме конуса цилиндрический участок 30 на имеющем наименьший диаметр конце конуса. Далее распорный конус 14 имеет коаксиальное сквозное отверстие с внутренней резьбой 32. В аксиально коротком участке на имеющем наибольший диаметр конце распорного конуса 14 выполнены наклонная или прямая накатка 34, на чертежах изображена прямая накатка. Кроме того, на двух противолежащих друг другу точках периметра распорного конуса 14 сформованы осепараллельные надрезы 36, образованные на своих сторонах выступающими наружу от распорного конуса 14 ребрами 38 с острыми кромками. Надрезы 36 начинаются с имеющего наибольший диаметр конца распорного конуса 14 и проходят аксиально приблизительно по середине распорного конуса 14.
Неразрезная разжимная втулка 16 имеет ответное распорному конусу 14 и его цилиндрическому участку 30 сквозное отверстие 40, т.е. сквозное отверстие 40 разжимной втулки 16 имеет цилиндрический участок 42 и конический участок 44, диаметры которых соответствуют диаметрам распорного конуса 14 и его цилиндрического участка 30. На внешней стороне разжимная втулка имеет периферическую прямоугольную накатку 20, которая проходит от торцевого конца разжимной втулки 16 по аксиальному участку, который короче, чем конический участок 44 сквозного отверстия 40. При закреплении прямоугольная накатка 20 вдавливается, как уже описывалось, в стенку отверстия и тем самым улучшает закрепление крепежного элемента 10 за счет геометрического замыкания.
Накатка 46 на цилиндрическом участке 30 распорного конуса 14 удерживает разжимную втулку 16, закрепленную от выпадения на распорном конусе 14. Накатка 46 образует на распорном конусе 14 средство предохранения разжимной втулки 16 от потери, которое не препятствует надвиганию разжимной втулки 16 на распорный конус 14.
Фиг.10 показывает крепежный элемент 10, собранный из распорного конуса 14 и разжимной втулки 16. Аксиальная длина крепежного элемента 10 имеет тот же порядок, что и его внешний диаметр, вследствие этого крепежный элемент 10 является аксиально коротким по отношению к своему диаметру и может закрепляться в коротком, неподнутренном глухом отверстии.
Распорный конус 14 представленного на фиг.8-10 крепежного элемента 10 является безстержневым, т.е. он не имеет резьбового стержня или т.п. для закрепления конструктивных элементов, а для закрепления конструктивных элементов служит внутренняя резьба 32.
Для закрепления в конструктивном элементе, например алюминиевой пластине 48, крепежный элемент 10 вставляется в отверстие 50 в алюминиевой пластине 48 так, что распорный конус 14 устанавливается на дно отверстия или - в представленном примере осуществления - на (конический) кольцевой упор отверстия 50 (фиг.11). Разжимная втулка 16 надвигается на распорный конус 12 и вследствие этого расширяется, по меньшей мере, в конической области. Расширение разжимной втулки 16 посредством надвигания на распорный конус 14 может также называться раздвиганием. Вследствие этого разжимная втулка 16 прижимается к стенке отверстия, ее прямоугольная накатка 20 вдавливается в стенку отверстия, так что крепежный элемент 10 закрепляется в отверстии 50 посредством силового и фрикционного замыкания (фиг.12). Поскольку распорный конус 14 не имеет стержня, крепежный элемент 10 не выступает из алюминиевой пластины 48.
Для надвигания разжимной втулки 16 на распорный конус 14 предусмотрен представленный на фиг.11 и 12 соответствующий изобретению установочный инструмент 54. Установочный инструмент 54 представляет собой цилиндрический стальной штифт, диаметр которого соответствует диаметру разжимной втулки 16. Установочный инструмент 54 имеет аксиальный центральный стержень 56 и окружающий центральный стержень 56 трубчатый бортик 58. Диаметр центрального стержня 56 не больше, чем внутренний диаметр внутренней резьбы 32 распорного конуса 14. При установке установочного инструмента 54 на разжимную втулку 16 центральный стержень 56 входит во внутреннюю резьбу 32 и тем самым позиционирует установочный инструмент 54 на крепежном элементе 10. Установочный инструмент 54 устанавливается бортиком 58 на торцевой поверхности разжимной втулки 16. Внешний и внутренний диаметр бортика 58 соответствует внешнему и внутреннему диаметру разжимной втулки 16. Посредством ударного воздействия на установленный на разжимную втулку 16 установочный инструмент 54 разжимная втулка 16 может надвигаться на распорный конус 14, это надвигание может также называться как насаживание. Посредством установочного инструмента 54 разжимная втулка 16 может утопленно закрепляться в отверстии 50, крепежный элемент 10 не выступает из алюминиевой пластины 48.
Крепление конструктивного элемента, например стального профиля 60, к закрепленному в отверстии 50 в алюминиевой пластине 48 крепежному элементу 10 осуществляется, например, с помощью проходящего через стальной профиль 60 винта 62, который ввинчивается во внутреннюю резьбу 32 распорного конуса 14. При ввинчивании винт 62 вдавливает распорный конус 14 глубже в разжимную втулку 16, так что разжимная втулка 16 сильнее расширяется и закрепляется. Накатка 20 и надрез 36 с ребрами 38 распорного конуса 14 вдавливаются при надвигании разжимной втулки 16 на распорный конус 14, или, наоборот, при вдавливании распорного конуса 14 в разжимную втулку 16 в последнюю они формируют средство фиксации от поворота, которое предотвращает поворот и вследствие этого ослабление распорного конуса 14 в разжимной втулке 16 при ввинчивании винта 62.
В соответствии с изобретением предусмотрено ступенчатое выполнение отверстия 50. Отверстие 50 имеет участок 64 закрепления с диаметром разжимной втулки 16, в котором закреплен крепежный элемент 10. За счет кольцевого упора 52 отверстие 50 уменьшается в аксиальное продолжение 66, диаметр которого, по меньшей мере, такой большой, как внешний диаметр внутренней резьбы 32 разжимной втулки 16 или резьбы винта 62. Продолжение 66 отверстия 50 позволяет вкручивание винта 62 насквозь через распорный конус 14 без упирания винта 62 в дно отверстия и нагружение крепежного элемента 10 в направлении наружу из отверстия 50. Такое выполнение изобретения имеет то преимущество, что, в принципе, может быть применен винт 62 любой длины.
1. Крепежный элемент для закрепления в коротком, неподнутренном глухом отверстии, со стержнем (12), который на одном конце имеет распорный конус (14), который расширяется в направлении от стержня (12), и с неразрезной, трубчатой разжимной втулкой (16), через которую проходит стержень (12) и которая для расширения и закрепления в глухом отверстии выполнена с возможностью надвигания на распорный конус (14), так что она расширяется в обращенной к распорному конусу (14) торцевой области, отличающийся тем, что разжимная втулка (16) имеет полое коническое расширение (18) на внутренней стороне своей обращенной к распорному конусу (14) торцевой стороны, причем полое коническое расширение (18) разжимной втулки (16) имеет более острый конусный угол, чем распорный конус (14).
2. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что распорный конус (14) имеет конусный угол от приблизительно 14 до 20°, предпочтительно приблизительно 17°.
3. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что разжимная втулка (16) имеет рифление (20) на своей внешней стороне в своей обращенной к распорному конусу (14) торцевой области.
4. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что крепежный элемент (10), по меньшей мере, снаружи в обращенной к распорному конусу (14) торцевой области разжимной втулки (16) имеет сталь большой твердости.
5. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что распорный конус (14) на переходе к стержню (12) имеет больший диаметр, чем стержень, и при этом распорный конус (14) посредством кольцевого уступа (15) переходит на меньший диаметр стержня.
6. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что разжимная втулка (16) является аксиально короткой и имеет область разжимания, которая проходит более чем на половину аксиальной длины разжимной втулки (16).
7. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что крепежный элемент (10) имеет тонкостенную разжимную втулку (16).
8. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что стержень (12) имеет аксиальное продолжение (23) на обращенной от стержня (12) стороне распорного конуса (14) для поддерживания распорного конуса (14) на дне (29) глухого отверстия при надвигании разжимной втулки (16).
9. Крепежный элемент по п.8, отличающийся тем, что аксиальное продолжение (23) не выступает сбоку за распорный конус (14).
10. Крепежный элемент по п.1, отличающийся тем, что распорный конус (14) имеет осепараллельное или наклонное рифление (34, 36, 38) для фиксации от поворота между распорным конусом (14) и разжимной втулкой (16).
11. Способ закрепления крепежного элемента в отверстии, причем крепежный элемент имеет стержень с распорным конусом на одном конце, расширяющимся в направлении от стержня, и разжимную втулку, которая для расширения и закрепления в отверстии выполнена с возможностью надвигания на распорный конус, отличающийся тем, что разжимную втулку (16) надвигают на распорный конус (14) посредством передачи на разжимную втулку (16) колебательных движений в ультразвуковом диапазоне частот.
12. Установочный инструмент для крепежного элемента, который имеет распорный конус (14) с аксиальным отверстием и разжимную втулку (16), которая для расширения выполнена с возможностью надвигания на распорный конус (14), при этом установочный инструмент (54) имеет центральный стержень (56), который при установке на торцевую сторону разжимной втулки (16) входит в аксиальное отверстие распорного конуса (14), отличающийся тем, что установочный элемент (54) имеет окружающий центральный стержень (56) трубчатый бортик (58) для установки на торцевую сторону разжимной втулки (16), причем внешний диаметр бортика (58) не больше, чем внешний диаметр разжимной втулки (16).
13. Установочный инструмент по п.12, отличающийся тем, что внутренний диаметр трубчатого бортика (58) не меньше, чем внутренний диаметр разжимной втулки (16).
Приоритет по пунктам:
26.09.2003 по пп.1-4;
15.10.2003 по пп.5;
13.11.2003 по пп.6-7;
09.12.2003 по пп.8-9;
26.01.2004 по пп.10, 12, 13;
21.09.2004 по пп.11.
