DE1074519B - Verfahren zum Einschießen von Bolzen in aus Metall insbesondere aus Stahl bestehende Aut nahmewerkstucke und Setzbolzen zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Bolzen in nicht vorgebohrte, aus Metall, insbesondere aus Stahl, bestehende Aufnahmewerkstücke mit Hilfe von Bolzensetzgeräten einzutreiben. Unter Bolzensetzgeräten sind dabei alle Geräte zu verstehen, durch die auf den Bolzen eine so große Kraft ausgeübt wird, daß er rasch in den Aufnahmewerkstoff eindringt. Dies ist insbesondere bei den Geräten der Fall, bei denen zum Eintreiben die Kraft hochgespannter Gase, die durch Verbrennen einer Pulverladung erzeugt werden, dient.

Beim Eintreiben von Bolzen in Aufnahmewerkstücke aus Metall, insbesondere aus Stahl, ließ die Haftfähigkeit der eingetriebenen Bolzen häufig zu wünschen übrig, da sich zeigte, daß bei dem raschen Eindringen des Bolzens in das Metall dieses durch den Bolzen so heftig zur Seite gedrängt wurde, daß sich um den Bolzen eine Aufwölbung bildete und der Bolzen selbst nur lose in der durch das Einschießen entstandenen öffnung saß. Auch trat, insbesondere beim Einschießen in sehr harten Stahl, oft ein Stauchen des Bolzens ein. Um diese Mangel zu beheben, wurde nach einem bekannten Verfahren zum Einschießen von Bolzen in aus Metall, insbesondere aus Stahl, bestehende Aufnahmewerkstücke auf die Stelle, in die der Bolzen eingeschossen werden soll, eine Verdämmungsscheibe aufgelegt, die aus einem weicheren Metall als das Aufnahmewerkstück bestand. Durch diese Verdämmungsscheibe wird dem Ausweichen des Aufnahmewerkstoffes entgegengewirkt und eine bessere Haftung des Bolzens erreicht. Die weitere Untersuchung solcher durch eine aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehende Verdämmungsscheibe hindurch in Stahl eingeschossener Bolzen hat gezeigt, daß unter bestimmten Voraussetzungen eine so feste Haftung des Bolzens im Aufnahmewerkstück erreichbar ist, daß angenommen werden kann, daß beim Einschießen des Bolzens eine Art Verschweißung zwischen dem vorderen Teil des Bolzens und dem Aufnahmewerkstoff eintritt.

Die Erfindung betrifft ein solches Verfahren zum Einschießen von Bolzen in aus Metall, insbesondere aus Stahl, bestehende Aufnahmewerkstücke unter Verwendung von zuvor auf die Einschußstellen des Aufnahmewerkstückes aufzulegenden und von den Bolzen zur Erhöhung ihrer Haftfestigkeit im Aufnahmewerkstück zu durchschießenden Verdämmungsscheiben, die aus einem weicheren Metall als das Aufnahmewerkstück, vorzugsweise aus Aluminium, bestehen, und zwar kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch die Verwendung von Bolzen, deren sich verjungender, vorzugsweise spitzbogenförmiger, vorderer Teil in seiner Grundform von der Basis bis zur Spitze mindestens dreimal so lang als der Basisdurchmesser ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein

zum Einschießen von Bolzen

in aus Metall, insbesondere aus Stahl,

bestehende Aufnahmewerkstücke

und Setzbolzen
zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Walter Schulz,

Mettmann (RhId.), Schwarzbachstr. 32

Walter Schulz, Mettmann (RhId.),
ist als Erfinder genannt worden

wesentlich festeres Haften des Bolzens im Aufnahmewerkstoff als durch die bisher bekannten Einschießverfahren erreicht.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der sich verjüngende, vordere Teil des zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Bolzens glatt ist. Unter einem glatten, vorderen Teil ist dabei ein Teil des Bolzens zu verstehen, dessen Oberfläche durch Honen, Feinhonen und/oder Polieren so geglättet ist, daß sie keine sichtbaren Unebenheiten, insbesondere keine erkennbaren Bearbeitungsriefen aufweist. Vorteilhaft hat der sich verjüngende, vordere Teil des Bolzens eine metallische blanke Oberfläche, d. h. eine Oberfläche, die insbesondere frei von Rost und Oxyden ist. Damit der sich verjüngende, vordere Teil des Bolzens auch bei längerer Lagerung des Bolzens blank bleibt und sich insbesondere kein Rost bildet, kann er mit einem ihn vor Verunreinigung und Rostbildung schützenden Überzug versehen sein, der beim Einschießen möglichst vollständig entfernt wird oder die Haftung des Bolzens nicht beeinträchtigt. Als solcher schützender Überzug, der beim Einschießen vollständig von der Bolzenspitze entfernt wird, kommen Kappen aus Aluminium oder Kunststoff oder einem ähnlichen Werkstoff oder Lacküberzüge in Betracht, die beim Eindringen des Bolzens in das Aufnahmewerkstück zersplittern oder abgestreift werden.

Die Versuche haben ergeben, daß eine gute Haftung des Bolzens im Aufnahmewerkstück insbesondere dann erreicht wird, wenn der sich verjüngende Teil des Bolzens so geformt ist, daß ein möglichst hoher Andruck seiner Oberfläche an das Aufnahmewerkstück

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entsteht. Um einen möglichst hohen und gleichmäßigen geht, eine Ebene 5 senkrecht zur Bolzenachse gelegt, Oberflächendruck zu erzielen, werden gemäß der Er- so ist diese Ebene die Basisebene des sich verjüngenfindung Bolzen verwendet, bei denen der Öffnungs- den Teiles, und der Abstand L des Punktes 4 von der winkel des sich verjüngenden Teiles an der Bolzen- Ebene 5 die Länge des sich verjüngenden Teiles,
spitze am größten ist. Die Wirkung dieser an sich 5 Abb. 2 zeigt einen handelsüblichen Bolzen, bei dem grundsätzlich bekannten Spitzbogenform des sich ver- die Länge des sich verjüngenden Teiles etwa gleich jungenden Teiles des Bolzens bei der Durchführung dem l,5fachen Schaftdurchmesser d des Bolzens ist. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch noch Bei den ebenfalls handelsüblichen Bolzen, bei denen dadurch verbessert werden] daß der sich verjüngende, der sich verjüngende Teil kegelförmig ist, wird auch vordere Teil des Bolzens gemäß einem weiteren Er- io bei Einhaltung aller sonstigen Bedingungen kein festes findungsmerkmal bei einer derartigen Schlankheit, daß Haften im Aufnahmewerkstück erreicht, und auch bei der vordere Bolzenteil in seiner Grundform von der den in Abb. 2 dargestellten Bolzen befriedigen die ErBasis bis zur Spitze mindestens eine das Dreifache des gebnisse noch nicht.

Basisdurchmessers betragende Länge aufweist, vorn Eine zuverlässige feste Haftung wird jedoch erfinabgestumpft ist, sei es, daß er senkrecht zur Bolzen- 15 dungsgemäß erzielt, wenn die Länge L des sich ver-

achse derart abgeschnitten ist, daß eine Abstumpfungs- jungenden Teiles, wie in Abb. 3 dargestellt, etwa

stirnfläche mit einem Durchmesser bis etwa 2 mm ent- gleich dem dreifachen Durchmesser d an der Basis ist.

steht, oder daß der vorderste Bolzenteil einen besonders In Abb. 4,5 und 6 sind Bolzen dargestellt, bei denen

großen Öffnungswinkel erhält bzw. der Krümmungs- der Krümmungsradius des sich verjüngenden Teiles

radius nach der Spitze zu besonders stark abnimmt. 20 etwa dem der Ausführungsform nach Abb. 3 entspricht.

Die Verwendung solcher abgestumpfter Bolzen hat Diese Bolzen sind jedoch gemäß einem weiteren Ernicht nur bei der Durchführung des erfindungsgemäßen findungsmerkmal abgestumpft, d.h. die eigentliche Verfahrens, sondern allgemein auch beim Einschießen Spitze ist abgeschnitten, und zwar bei der Ausfühin ein Aufnahmewerkstück ohne vorheriges Auflegen rungsform nach Abb. 4 durch eine zur Bolzenachse einer Verdämmungsscheibe auf die Einschuß stelle den 25 senkrecht stehende Schnittebene, so daß an der Vor-Vorteil, daß ein seitliches Ausweichen und Verbiegen derseite eine kleine runde Stirnfläche 6 entsteht, die der Bolzen vermieden wird. Die Erfahrung hat näm- in der vergrößerten Abbildung etwas größer erscheint lieh gezeigt, daß die Bolzen beim Eindringen zu einem als bei der praktischen Ausführung. Der Durchmesser solchen seitlichen Ausweichen, das dazu führen kann, dieser Abstumpfungsstirnfläche 6 soll beispielsweise daß die Bolzenspitze neben der Einschußstelle wieder 30 etwa 0,5 bis 2 mm betragen. Er ist abhängig von dem heraustritt, um so mehr neigen, je schlanker der sich Durchmesser des Bolzenschaftes und der Schlankheit verjüngende vordere Teil des Bolzens ist. Deshalb des sich verjüngenden, vorderen Bolzenteiles und darf wurden bisher stets Bolzen mit kurzem Vorderteil ver- nicht zu groß sein, um nicht die Eindringtiefe des BoI-wendet. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Ab- zens zu vermindern. Bei der Ausführungsform nach stampfen der Spitze wird das seitliche Ausweichen, 35 Abb. 5 geht der sich verjüngende Teil des Bolzens in selbst bei Bolzen mit sehr langem, schlankem Vorder- einen stampfen Kegel 7 über, während bei der Austeil, vermieden. Die Abstumpfung darf jedoch nicht führungsform nach Abb. 6 der sich verjüngende Teil zu weitgehend sein, d. h., der Durchmesser der Ab- in eine Kugelkalotte 8 übergeht, d. h. der große Krümstumpfungsstirnfläche darf nicht zu groß sein, damit mungsradius des sich verjüngenden Teiles nimmt in nicht der Eindringwiderstand zu groß und die Ein- 40 der Nähe der geometrischen Spitze stark ab, und der dringtiefe des Bolzens dadurch vermindert wird. Radius der Kugelkalotte ist klein im Verhältnis zu

Die Versuche haben ferner ergeben, daß offenbar dem Krümmungsradius des sich verjüngenden Teiles, der Werkstoff der auf das Aufnahmewerkstück auf- Abb. 7 zeigt einen Bolzen nach Abb. 4, dessen sich gelegten Verdämmungsscheibe einen wesentlichen Ein- verjüngender Teil von einer Aluminiumhülse 9 umfluß auf die Haftfähigkeit des Bolzens im Aufnahme- 45 geben ist. Diese Aluminiumhülse kann aufgeschoben, werkstück hat. Als Werkstoff für diese Verdämmungs- aufgespritzt, aufgepreßt oder nach einem sonstigen scheiben hat sich Aluminium als besonders geeignet Verfahren aufgebracht sein und umschließt zweckerwiesen, wobei es nicht erforderlich ist, daß Rein- mäßig den sich verjüngenden Teil so dicht, daß ein aluminium verwendet wird. Vielmehr sind auch Alu- Rosten dieses Teiles verhindert wird und auch sonstige miniumlegierungen mit gutem Erfolg anwendbar. Es 50 Verunreinigungen ferngehalten werden. Ein Bolzen in dürften aber auch andere Metalle geeignet sein, wobei der Ausführungsform nach Abb. 7 kann mit jedem vor allem solche Metalle in Frage kommen dürften, handelsüblichen Bolzensetzgerät ohne weitere Maßdie mit Stahl Legierungen bilden und deren Schmelz- nahmen in Stahl eingeschossen werden, und es tritt punkt relativ niedrig liegt. dabei erfindungsgemäß ein zuverlässig festes Haften

Die Erfindung soll an Hand von Abbildungen im 55 in dem Aufnahmewerkstück ein. Ist an dem einzu-

einzelnen erläutert werden. schießenden Bolzen eine solche Aluminiumkappe nicht

Abb. 1 zeigt einen Bolzen handelsüblicher Form, an vorgesehen, so muß an anderer geeigneter Stelle eine Hand dessen die im folgenden gebrauchten Bezeich- Aluminiumschicht in den Weg des Bolzens gebracht nungen erläutert werden sollen. Derartige Bolzen be- werden, bevor dieser in das Aufnahmewerkstück einstehen aus einem Kopf 1, der gegebenenfalls mit 60 dringt.

einem Gewinde versehen sein kann, und einem zylin- Abb. 8 zeigt eine solche Möglichkeit, und zwar ist drischen Schaftteil 2, der an seinem vorderen Ende 3 hier auf die Oberfläche des Stahlkörpers 10 eine Aluin einen sich verjüngenden Teil übergeht, der schließ- miniumscheibe 11 aufgelegt, auf die der Lauf 12 des lieh in der Spitze 4 endet. In der Praxis wird häufig Bolzensetzgerätes aufgesetzt wird, so daß der Bolzen, der sich verjüngende vordere Teil 3 als Spitze bezeich- 65 unmittelbar bevor er in den Stahl eindringt, die Alunet. Im Sinne der folgenden Ausführungen soll unter miniumscheibe 11 durchschlagen muß.
Spitze stets der Punkt 4 verstanden werden, in wel- Das Verfahren gemäß der Erfindung ist mit besonchem die Mantellinien des Bolzens zusammenlaufen. derem Vorteil anwendbar, wenn es sich darum handelt, Denkt man sich an der Stelle, an der der zylindrische an einem Aufnahmewerkstück aus Stahl einen ande-Schaftteil 2 in den sich verjüngenden Schaftteil 3 über- 70 ren Bauteil aus Metall, insbesondere ebenfalls aus

Stahl, zu befestigen, beispielsweise, wenn bei Stahlkonstruktionen Stahlteile miteinander fest verbunden werden sollen. Solche Verbindungen konnten bisher außer durch Verschweißen nur durch Vernieten hergestellt werden, wobei die beiden zu verbindenden Teile erst durchbohrt, dann der Niet eingeführt und schließlich vernietet werden mußte. Das erfindungsgemäße Verfahren gibt die Möglichkeit, solche Stahlteile durch Einschießen von Bolzen miteinander sicher zu verbinden.

In Abb. 9 ist eine solche Verbindung dargestellt. Damit der Bolzen im Aufnahmewerkstück 10 fest haftet, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Verdämmungsscheibe 14 aus einem das feste Haften des Bolzens 17 fördernden Metall, bei Stahlteilen also vorzugsweise als Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, zwischen das Aufnahmewerkstück 10 und den mit ihm zu verbindenden Bauteil 15 zu legen. Sollen die beiden Bauteile unmittelbar aufeinanderliegen, so wird, wie dargestellt, zweckmäßig in einem der beiden Bauteile eine entsprechende Einsenkung vorgesehen, die die Verdämmungsscheibe 14 aufnimmt. Auf die Oberfläche des Bauteils 15, der vom Bolzen 17 durchschossen wird, wird eine weitere Verdämmungsscheibe 16 aus Aluminium oder ähnlichem Metall aufgelegt. Die Versuche haben ergeben, daß die feste Haftung vor allem darauf beruht, daß der sich verjüngende Teil 3 des Bolzens 17 sich mit dem Metall des Aufnahmewerkstücks 10, wie bei einer Verschweißung, fest verbindet. Ist der Kopf 1 des Bolzens in bekannter Weise mit einem Gewinde versehen, so kann nach dem Einschießen des Bolzens auf den Bolzenkopf eine Schraubenmutter aufgesetzt und durch festes Anziehen dieser Mutter die Verbindung der beiden Bauteile 10 und 15 miteinander noch verbessert werden. Bei den bisher üblichen Verfahren zum Einschießen von Bolzen in Stahl, bei denen der Bolzen lediglich durch Reibung seines zylindrischen Schaftteiles im Aufnahmewerkstück haftete, war mit einer solchen Mutter eine feste Verbindung nicht zu erzielen, da beim Anziehen der Mutter der Bolzen aus dem Aufnahmewerkstück herausgezogen wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dies nicht der Fall. Die Versuche haben ergeben, daß vielmehr eine so feste Verbindung des Bolzens mit dem Aufnahmewerkstück entstand, daß bei den Ausziehversuchen der Bolzen abriß und der vordere Teil des Bolzenschaftes in der Bohrung haften blieb.

Um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen, ist es nicht erforderlich, daß die aufgelegte Verdämmungsscheibe ganz aus Aluminium oder einem anderen die Haftung fördernden Werkstoff besteht. Es haben sich vielmehr auch Verdämmungsscheiben gut bewährt, bei denen, wie in Abb. 10 dargestellt, in einer aus Stahl oder aus einem anderen, verhältnismäßig harten und widerstandsfähigen Werkstoff bestehenden Scheibe 18 eine Bohrung vorgesehen war, deren lichte Weite etwas größer war als der Bolzenschaftdurchmesser, wobei in diese Bohrung eine weitere, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem anderen, die Haftung fördernden Werkstoff bestehende Scheibe 19 eingesetzt war. Die Anwendung solcher Verdämmungsscheiben hat, insbesondere wenn es sich um die Verbindung zweier Metallteile miteinander handelt, den Vorteil, daß der Bolzenkopf, wenn sein Durchmesser größer als der Durchmesser der Scheibe ist, nach dem Einschießen des Bolzens auf der Stahlscheibe 18 aufliegt, so daß die beiden Stahlteile fest aneinandergepreßt sind.

In allen Fällen kann in der aufgelegten Verdämmungsscheibe bzw. in der auf den Bolzen aufgeschobenen Metallhülse, um die Zentrierung des in das Aufnahmewerkstück eindringenden Bolzens zu verbessern, eine Bohrung vorgesehen sein, deren lichte Weite kleiner als der Bolzenschaftdurchmesser ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschießen von Bolzen in aus Metall, insbesondere aus Stahl, bestehende Aufnahmewerkstücke unter Verwendung von zuvor auf die Einschuß stellen des Aufnahmewerkstückes aufzulegenden und von den Bolzen zur Erhöhung ihrer Haftfestigkeit im Aufnahmewerkstück zu durchschießenden Verdämmungsscheiben, die aus einem weicheren Metall als das Aufnahmewerkstück, vorzugsweise aus Aluminium, bestehen, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bolzen, deren sich verjüngender, vorzugsweise spitzbogenförmiger, vorderer Teil in seiner Grundform von der Basis bis zur Spitze mindestens dreimal so lang als der Basisdurchmesser ist.

2. Setzbolzen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende, vordere Teil des Bolzens glatt ist.

3. Setzbolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende, vordere Teil des Bolzens eine metallisch blanke Oberfläche hat.

4. Setzbolzen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Schutzüberzug versehen ist, der die Haftfestigkeit des Bolzens im Aufnahmewerkstück nicht beeinträchtigt.

5. Setzbolzen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende, vorzugsweise spitzbogenförmige, vordere Teil des Bolzens in seiner Grundform von der Basis bis zur Spitze mindestens dreimal so lang als der Basisdurchmesser ist und zur Verhinderung des seitlichen Ausweichens der Bolzenspitze beim Eindringen in das Aufnahmewerkstück beispielsweise flach (6) oder kegelförmig (7) oder kugelkalottenförmig (8) derart abgestumpft ist, daß die Abstumpfungsstirnfläche einen bis etwa 2 mm großen Durchmesser hat.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Verdämmungsscheibe (14) zwischen einem anzuschießenden Bauteil (15) und dem Aufnahmewerkstück (10).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 675 473;
österreichische Patentschrift Nr. 179 271;
französische Patentschrift Nr. 1 081475;
USA.-Patentschriften Nr. 1 277 370, 1 365 870,
064503;

Metallkunde, 45 (1954), Heft 8, S. 514, 515.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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