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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Setzen eines Nagels
in mindestens einem Bauteil, das im Setzbereich nicht vorgelocht
sein muss, bei welchem Verfahren der Nagel von einem Setzgerät
mit hoher Geschwindigkeit in das Bauteil eingetrieben wird. Die
Erfindung betrifft ferner einen Nagel hierfür.
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Dieses
Verfahren, auch unter dem Begriff „Bolzensetzen" bekannt,
ist ein umformtechnisches Fügeverfahren, bei dem der Nagel
(Bolzen) mit hoher Geschwindigkeit in zu fügende Bauteile
eingetrieben wird. Es hat den Vorteil, dass im Allgemeinen eine einseitige
Zugänglichkeit des Fügebereiches ausreicht und
häufig Vorlochoperationen vermieden werden können.
Das Bolzensetzen findet bereits in vielen Bereichen wie Stahlbau,
Fassadenbau, Metallbau, Schiffbau und Bauwirtschaft als verlässliches Fügeverfahren
Anwendung.
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Aus
DE 1 575 152 ,
1 940 447 ,
1 500 770 sind beispielsweise Nagel
(Bolzen) bekannt, die mittels Setzgeräten in Form von pulverkraftbetriebenen
Kartuschen in Stahl, Baueisen, Blech und ähnliche metallische
Werkstoffe eingetrieben werden. Ein solcher Nagel besteht üblicherweise
aus einem Nagelkopf, einem Nagelschaft und einer ogivalen Nagelspitze, wobei
der Schaft mit einer Oberflächenprofilierung in Form von
Kreuz- oder Pfeilrandrierungen, wendelförmig verlaufenden
Riffelungen und dergleichen versehen sein kann.
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Aus
DE 1 575 152 und
DE 1 707 412 sind derartige
Nagel (Bolzen) bekannt, bei denen der Nagelkopf als Gewindebolzen
ausgebildet ist.
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In
der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2006 002 238.6 des
Anmelders ist ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen
zwei Bauteilen in einem Fügebereich mittels eines Nagels
offenbart, der einen Nagelkopf mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen
Ringnut, einen Nagelschaft und eine Nagelspitze aufweist. Bei diesem
Verfahren wird der Nagel von einem Setzgerät mit hoher
Geschwindigkeit in die im Fügebereich nicht vorgelochten
Bauteile im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrieben, dass
die Nagelspitze beide Bauteile vollständig durchdringend über
das nagelkopfabgewandte Bauteil hinaus austritt und im nagelkopfseitigen
Bauteil ein wulstförmiger Materialaufwurf gebildet wird,
der in die Ringnut des Nagelkopfes vorsteht, sowie im nagelkopfabgewandten
Bauteil ein kraterförmiger Materialaufwurf gebildet wird,
der in nagelkopfabgewandter Richtung vorsteht. In dieser Anmeldung
sind ferner unterschiedliche Ausführungsformen des bei
diesem Verfahren einsetzbaren Nagels offenbart.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Setzen eines Nagels mit hoher Geschwindigkeit in mindestens
einem Bauteil sowie einen Nagel hierfür zu schaffen, bei
denen eine nur einseitige Zugänglichkeit des Bauteils ausreichend
ist, ein Vorlochen des Bauteils nicht unbedingt erforderlich ist,
der Setzvorgang extrem einfach und schnell durchführbar
ist, und der gesetzte Nagel für eine zusätzliche
Funktion geeignet ist.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung zum Lösen
dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 definiert. Ein bei diesem
Verfahren verwendbarer Nagel ist in Patentanspruch 19 definiert.
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Bei
dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Nagel
verwendet, der außer einer Nagelspitze, einem Nagelschaft,
und einem Nagelkopf mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen
Ringnut einen am Nagelkopf angeformten Funktionsabschnitt aufweist. Der
Nagel wird vom Treiber eines Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit
in mindestens ein Bauteil im Wesentlichen drehungsfrei axial so
eingetrieben, dass die Nagelspitze und der Nagelschaft in das Bauteil
eindringen, der Nagelkopf an der Oberseite des Bauteils aufliegt
und hierbei an der Oberseite des Bauteils ein Materialaufwurf gebildet
wird, der in die Ringnut an der Kopfunterseite des Nagels vorsteht, und
der Funktionsabschnitt oberhalb des Bauteils zum Ausüben
seiner Funktion bereitsteht.
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Der
Nagel kann, wie in der vorstehend erwähnten älteren
Patentanmeldung des Anmelders, zum Verbinden von zwei oder mehr
Bauteilen verwendet werden. Stattdessen kann der Nagel jedoch auch
in nur einem Bauteil gesetzt werden, wobei die Nagelspitze entweder
aus dem entsprechend dünnwandigen Bauteil axial vorsteht
oder von dem entsprechend massiv ausgebildeten Bauteil vollständig aufgenommen
und umschlossen wird.
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Der
Funktionsabschnitt (Funktionsträger) kann zum Ausführen
einer beliebigen Funktion ausgebildet sein. Der Funktionsabschnitt
dient insbesondere dazu, um an dem Bauteil in einem späteren
Fertigungsschritt weitere Bauteile anzubringen. Der Funktionsabschnitt
ist beispielsweise ein teilkugelförmiger Gelenkkopf für
die Kugelpfanne einer Steckkupplung, ein Gewindebolzen, ein gewindeloser Stehbolzen,
ein mit einem Sägezahnprofil versehener Bolzen oder ein
Halteabschnitt mit einer Hinterschneidung zum Einrasten eines zu
haltenden Gegenstandes.
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Der
Nagelkopf, der Nagelschaft und die Nagelspitze können in
der gleichen Weise ausgebildet sein, wie dies in der vorstehend
erwähnten älteren Patentanmeldung des Anmelders
offenbart ist. Dies wird nachstehend noch genauer erläutert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
definiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt durch einen bereits gesetzten, erfindungsgemäß ausgebildeten
Nagel mit einem teilkugelförmigen Gelenkkopf als Funktionsabschnitt;
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2 bis 6 der 1 entsprechende Längsschnitte
weiterer Ausführungsformen des Nagels gemäß der
Erfindung mit anderen Funktionsabschnitten.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Nagel 2a, der in einem Bauteil B gesetzt ist. Das
Bauteil B ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein
einzelnes, relativ dünnwandiges Blech, dessen Dicke deutlich
kleiner ist als die Länge des Nagels (ohne Nagelkopf und
Funktionsabschnitt), so dass die Nagelspitze aus dem Bauteil B vorsteht.
Wie eingangs erwähnt, kann das Bauteil B jedoch auch ein
dickwandiges massives Bauteil sein, dessen Dicke kleiner ist als
die Länge des Nagels (ohne Nagelkopf und Funktionsabschnitt),
so dass Nagelschaft und Nagelspitze vollständig vom Material
des Bauteils B umschlossen sind. Wie ebenfalls bereits erwähnt,
kann der Nagel 2a jedoch auch zum Verbinden von zwei oder
mehr Bauteilen verwendet werden.
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Das
Bauteil B kann aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kunststoff mit und
ohne Faseranteil oder auch aus anderen Materialien, z. B. Holz,
bestehen. Es ist vor dem – noch zu beschreibenden – Setzvorgang
nicht vorgelocht, könnte jedoch auch mit Untermaß vorgelocht
sein.
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Wie
der 1 zu entnehmen ist, besteht der Nagel 2a aus
einem Nagelkopf 4, einem Nagelschaft 6, einer
Nagelspitze 8 und einem Funktionsabschnitt 10a.
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Der
Nagelkopf 4 hat einen zylindrische Umfangsfläche 12 und
eine ebene Unterseite 14, in der angrenzend am Nagelschaft 6 eine
Ringnut 16 gebildet ist. Die Ringnut 16 setzt
sich aus einem Radius und einer konischen Fläche zusammen,
wobei der Radius einerseits tangential in den Nagelschaft 6 und anderseits
tangential in die konische Fläche übergeht.
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Der
Nagelschaft 6 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen
im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in einem bestimmten
Bereich seiner Oberfläche mit einer Oberflächenprofilierung 18 versehen.
Die Oberflächenprofilierung 18 wird von ringförmigen
Erhöhungen 20 und ringförmigen Vertiefungen 22 gebildet,
die im dargestellten Längsschnitt ein Sägezahnprofil
bil den. Das Sägezahnprofil ist so gerichtet, dass sich
jeder Zahn in Richtung auf die Nagelspitze verjüngt, so
dass an der dem Nagelkopf zugewandten Seite jedes Zahnes eine radial
verlaufende Schulterfläche gebildet wird. Hierdurch ergibt
sich ein relativ hoher Ausziehwiderstand des gesetzten Nagels 2a,
während die Kraft zum Setzen des Nagels vergleichsweise
gering ist.
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Die
Oberflächenprofilierung 18 hat nur eine relativ
geringe Tiefe. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Tiefe
der Oberflächenprofilierung 18 zum mittleren Schaftdurchmesser
kleiner als 0,1 und insbesondere kleiner als 0,05. Beispielsweise
liegt dieses Verhältnis in der Größenordnung
von 0,03.
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Wie
in der vorstehend erwähnten älteren Patentanmeldung
des Anmelders ausführlich erläutert wird, kann
der Nagelschaft auch eine andere Ausgestaltung haben. Der Nagelschaft
kann statt zylindrisch in Richtung auf den Nagelkopf konvergierend oder
divergierend ausgebildet sein (nicht gezeigt). Die Oberflächenprofilierung
kann – statt aus einem Sägezahnprofil – aus
einem abgerundet wellenförmigen Profil bestehen. Stattdessen
kann die Oberflächenprofilierung auch von einem Gewinde
gebildet werden, das beim axialen Eintreiben des Nagels in das Bauteil
B ein entsprechendes Gegengewinde bildet. Die Steigung dieses Gewindes
ist beispielsweise kleiner als 0,35 und liegt insbesondere in der
Größenordnung von 0,25.
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Die
Nagelspitze 8 hat eine ogivale Oberfläche 24 mit
einem abgerundeten Endpunkt 26. Der Ogivalitätsfaktor,
d. h. das Verhältnis des Radius der Oberfläche 24 zum
Schaftdurchmesser liegt z. B. in der Größenordnung
von 2 bis 6, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5 und beträgt
insbesondere ungefähr 4.
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Der
Nagelkopf 4, der Nagelschaft 6 und die Nagelspitze 8 sind
rotationssymmetrisch ausgebildet, so dass sie in Radialebenen kreisförmig
sind.
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Der
Nagel 2a besteht vorzugsweise aus Stahl. Je nach Anwendung
kann er jedoch auch aus Aluminium, Magnesium, Messing, Keramik,
oder faserverstärktem Kunststoff bestehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Nagel 2a unbeschichtet; er kann jedoch auch beschichtet
sein.
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Wie
dargestellt, ist der Nagel 2a einteilig ausgebildet. Grundsätzlich
besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Nagelkopf 4,
den Funktionsabschnitt 10a und den Nagelschaft 6 mit
der Nagelspitze 8 andererseits aus zwei oder mehr Teilen
unterschiedlicher Materialien herzustellen, die anschließend
miteinander verbunden werden. So kann z. B. der Funktionsabschnitt
durch Spritzen oder mechanisches Fügen am Nagelschaft angebracht
werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der
1 ist der
Funktionsabschnitt
10a ein teilkugelförmiger Gelenkkopf
28,
der durch einen Zwischenabschnitt
32 mit dem Nagelkopf
12 verbunden
ist. Der Gelenkkopf
28 dient dazu, mit einer Gelenkpfanne
einer (nicht dargestellten) Steckkupplung zusammen zu wirken, so
dass das Bauteil B über die Steckkupplung mit einem weiteren
Bauteil (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Derartige Steckkupplungen
sind bekannt und beispielsweise in
DE
198 36 108 offenbart.
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Der
Zwischenabschnitt 32 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel
die Form eines massiven Zylinders, dessen Durchmesser kleiner ist
als der maximale Durchmesser des Gelenkkopfes 28 und des
Nagelkopfes 12.
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Der
Gelenkkopf 28 weist an seiner Oberseite eine Schlagfläche 30 auf,
an der ein schematisch angedeuteter Treiber T eines im Übrigen
nicht dargestellten Bolzensetzgerätes angreifen kann. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schlagfläche 30 eben
ausgebildet. Sie kann jedoch auch eine andere Form haben. So kann
sie beispielsweise als Ringfläche oder auch als sphärische
Fläche ausgebildet werden. In jedem Fall muss die Gegenfläche
des Treibers T eine entsprechende Form haben, um mit der Schlagfläche 30 zusammenwirken
zu können.
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Es
wird nun das Verfahren zum Setzen des Nagels 2a im Bauteil
B beschrieben:
Wie bereits erwähnt, ist das Bauteil
B vor dem Setzvorgang nicht vorgelocht. Zum Setzen des Nagels 2a wird
er vom Treiber T des Bolzensetzgerätes mit hoher Geschwindigkeit
von oben in das Bauteil B eingetrieben. Die Setzgeschwindigkeit
hängt vom Anwendungsfall ab und liegt z. B. zwischen 5
und 300 m/s, vorzugsweise 10 und 100 m/s.
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Das
Bolzensetzgerät ist beispielsweise ein Bolzenschussgerät,
eine pulverkraftbetriebene Kartusche oder dergleichen. Der kolbenartige
Treiber T treibt hierbei den Nagel 2a durch einen (nicht
gezeigten) Treiberkanal. Im Treiberkanal wird der Nagel 2a durch
die Umfangsflächen des Nagelkopfes 12 und des
Gelenkkopfes 28 geführt. Aus diesem Grund hat der
Gelenkkopf 28 einen maximalen Durchmesser, der ungefähr
gleich dem Durchmesser des Nagelkopfes 4 ist. Dies trifft
zweckmäßigerweise auch für die anderen
Ausführungsformen des Funktionsabschnittes gemäß den 2 bis 5 zu.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, auf
eine Führung des Nagels über den Funktionsabschnitt
zu verzichten; der Funktionsabschnitt könnte dann unabhängig
von den Abmessungen des Nagelkopfes dimensioniert werden. In diesem
Fall könnte bei entsprechender Gestaltung der Schlagfläche 30 des
Funktionsabschnittes (sphärisch, abgestuft, etc.) der Treiber
T des Bolzensetzgerätes die Führungsfunktion übernehmen.
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Das
erfindungsgemäße Setzverfahren kann bei nur einseitiger
Zugänglichkeit des Setzbereiches durchgeführt
werden. Wenn jedoch das Bauteil B keine ausreichende Steifigkeit
hat, sollte ein Gegenhalter in Form einer Hülse (nicht
gezeigt) vorgesehen werden, an der das Bauteil B abgestützt
wird.
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Beim
Setzvorgang dringt zunächst die Nagelspitze 8 in
das Bauteil B ein. Hierbei kommt es an der Oberseite des Bauteils
B zu einem wulstförmigen Materialaufwurf 34, der
beim Eindringen der Nagelspitze 8 in das Bauteil B anwächst.
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Die
Nagelspitze 8 durchdringt dann das Bauteil B. Dies führt
einerseits zu einem kraterförmigen Materialaufwurf 36,
der beim Durchdringen der Nagelspitze 8 in Eintreibrichtung
größer wird. Andererseits fließt Material
des Bauteils B in die Oberflächenprofilierung 18,
wodurch die Vertiefungen 22 der Oberflächenprofilierung 18 vollständig
mit Material des Bauteils B ausgefüllt werden.
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Der
Setzvorgang ist beendet, wenn der Nagelkopf 4 mit seiner
Unterseite an der Oberseite des Bauteils B aufliegt. Der Nagelkopf 4 ist
so ausgebildet, dass er eine gewisse Flexibilität hat,
um Spaltbildung unter dem Nagelkopf zu vermeiden und leichte Schiefstellungen
des Nagels ausgleichen zu können. Wie schematisch angedeutet,
wird der wulstförmige Materialaufwurf 34 des Bau teils
B von der Ringnut 16 aufgenommen. Dies ermöglicht
eine satte Auflage des Nagelkopfes 4 auf der Oberseite
des Bauteils B. Der Materialaufwurf 34 füllt die
Ringnut 16 normalerweise nur teilweise; stattdessen kann
die Ringnut auch vollständig vom Materialaufwurf gefüllt
werden.
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Der
Setzvorgang ist extrem einfach, da weder ein Vorlochen des Bauteils
B noch eine Drehbewegung des Nagels 2a erforderlich ist.
Die Fügezeit ist äußerst gering. Aufgrund
der speziellen Gestaltung der Oberflächenprofilierung 18 (Sägezahnprofil) sind
nur vergleichsweise geringe Fügekräfte erforderlich,
wobei sich dennoch eine hohe Auszugsfestigkeit ergibt.
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Wenn
der Nagel 2a auf diese Weise am Bauteil B gesetzt ist,
kann die Funktion des Funktionsabschnittes 10a genutzt
werden. Im Ausführungsbeispiel der 1 kann,
wie bereits erwähnt, der Gelenkkopf 28 mit der
Gelenkpfanne einer Steckkupplung verbunden werden, so dass über
die Steckkupplung ein weiteres Bauteil lösbar am Bauteil
B angebracht werden kann.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 2 bis 5 sind
der Nagelkopf 4, der Nagelschaft 6 und die Nagelspitze 8 in
der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ausgebildet.
Unterschiedlich zu 1 sind jedoch die Funktionsabschnitte
des Nagels.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 2 ist der
Funktionsabschnitt 10b des Nagels 2a als Gewindebolzen 38 mit
einem Außengewinde 40 ausgebildet. Der Gewindebolzen 38 ist
mit dem Nagelkopf 4 über einen Zwischenabschnitt 42 verbunden,
der gegenüber dem Außengewinde 40 eine
Hinterschneidung bildet, die von einer konischen Fläche 44 und einem
Radius 46 des Zwischenabschnittes 42 definiert
wird. Am oberen Ende des Gewindebolzens 38 ist eine Verjüngung 47 vorgesehen,
die als „Findehilfe" dient.
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Der
Gewindebolzen 38 dient zum Verschrauben eines an dem Bauteil
B anzubringenden weiteren Bauteils (nicht gezeigt). Um das Anziehen
und Lösen der Verschraubung zu ermöglichen, ist
zweckmäßigerweise eine Verdrehsicherung für
den Nagel 2b vorgesehen. Die Drehsicherung besteht beispielsweise
aus einer Rändelung oder einer anderen Aufrauung an der
Unterseite 14 des Nagelkopfes 4.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der
Funktionsabschnitt 10c des Nagels 2c als gewindeloser
Stehbolzen 48 ausgebildet, der eine zylindrische Form hat
und an seinem vom Nagelkopf 4 abgewandten Ende eine Verjüngung 30 aufweist.
Der Stehbolzen 48 geht stufenlos in den Nagelkopf 4 über.
Es könnte jedoch auch ein querschnittsverringerter Zwischenabschnitt
zwischen dem Stehbolzen 48 und dem Nagelkopf 4 vorgesehen
werden.
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Der
Stehbolzen 48 kann beispielsweise zum Positionieren eines
(nicht dargestellten) weiteren Bauteils an dem Bauteil B dienen,
wobei dann dieses weitere Bauteil an anderer Stelle mit dem Bauteil
B verbunden wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der
Funktionsabschnitt 10d des Nagels 2d als Bolzen 52 ausgebildet,
der im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 3 mit
einer Oberflächenprofilierung 54 in Form eines
Sagezahnprofils versehen ist. Das Sägezahnprofil des Bolzens 52 ist
entgegengesetzt gerichtet wie das Sägezahnprofil der Oberflächenprofilierung 18 des
Nagelschaftes 6. Am oberen Ende des Bolzens 52 ist
wiederum eine Verjüngung 50 vorgesehen, die als
Findehilfe dient.
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Der
mit dem Sägezahnprofil 54 versehene Bolzen 52 dient
zur Schnellmontage eines weiteren (nicht gezeigten) Bauteils am
Bauteil B. Zu diesem Zweck ist das weitere Bauteil mit einem Loch
versehen, das gegenüber dem maximalen Außendurchmesser
des Bolzens 52 geringfügig unterdimensioniert
ist. Durch manuelles oder maschinelles Einpressen des Bolzens 52 in
das unterdimensionierte Loch des weiteren Bauteils kann auf effektive
und schnelle Weise das weitere Bauteil mit dem Bauteil B verbunden
werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 5 ist der
Funktionsabschnitt 10e des Nagels 2e als Haltekopf 56 mit
einer Hinterschneidung 60 ausgebildet, die von einem zylindrischen
Zwischenabschnitt 58 verringerten Durchmessers gebildet
wird. Der Haltekopf 56 des Funktionsabschnittes 10e hat
eine ähnliche Form (allerdings ohne Ringnut) wie der Nagelkopf 4 und
insbesondere den gleichen Außendurchmesser wie der Nagelkopf 4.
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Der
Haltekopf 56 mit der Hinterschneidung 60 kann
zum Einrasten bzw. Einclipsen eines federnden Hakens oder Clips
dienen, der seitlich oder von der Oberseite her in die Hinterschneidung 60 eingebracht
wird. Dies ermöglicht eine Schnellmontage eines weiteren
Bauteils am Bauteil B.
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Wie
bereits erwähnt, ist nur eine sehr geringe Setzdauer zum
Setzen des Nagels erforderlich, wobei der Setzvorgang ohne Vorlochen
und bei nur einseitiger Zugänglichkeit des Bauteils bzw.
der zu verbindenden Bauteile durchgeführt werden kann.
Diese vorteilhaften Eigenschaften machen das Setzverfahren besonders
geeignet für ein „kontinuierliches Nageln" wie
im Folgenden erläutert wird:
Häufig müssen
an einem Bauteil mehrere Nägel gesetzt werden. Bei herkömmlichen
mechanischen Setzverfahren wird dann das Setzgerät von
einem Roboter nacheinander zu den Setzstellen bewegt. An jeder Setzstelle
wird das Setzgerät zunächst abgebremst, der Setzvorgang
durchgeführt und das Setzgerät wieder beschleunigt.
Dies führt naturgemäß zu vergleichsweise
langen Taktzeiten.
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Im
Gegensatz zu diesem diskontinuierlichen Setzen erlaubt das erfindungsgemäße
Verfahren ein „kontinuierliches Setzen". Genauer gesagt,
erfolgt die vom Roboter erzeugte Bewegung des Setzgerätes
von Setzstelle zu Setzstelle kontinuierlich, wobei während
dieser Zustellbewegung die Nägel nach dem vorstehend beschriebenen
Verfahren gesetzt werden. Das kontinuierliche Nageln wird dadurch
erleichtert, dass zum Setzen der Nägel nach dem beschriebnen
Verfahren eine präzise Ansteuerung der Setzstellen im Allgemeinen
nicht erforderlich ist. Die vom Roboter durchgeführte Zustellbewegung
des Setzgerätes kann berührungslos erfolgen.
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Es
ergibt sich hierbei eine beträchtliche Reduzierung der
Taktzeiten, da keine Brems- und Beschleunigungsvorgänge
des Roboters erforderlich sind und zudem kürzere Setzzeiten
als bei herkömmlichen mechanischen Verfahren erzielt werden.
So sind mit dem beschriebenen Verfahren Taktzeiten in der Größenordnung
von 1,5 bis 3 s möglich.
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Wie
bereits erwähnt, kann der mit einem Funktionsabschnitt
versehene Nagel nicht nur in einem einzelnen Bauteil gesetzt werden,
sondern auch zum Fügen von zwei oder mehr Bauteilen in
diesen Bauteilen gesetzt werden. In die sem Fall kann es zweckmäßig
sein, die Bauteile durch einen Niederhalter in herkömmlicher
Weise miteinander zu verspannen. Hierbei sind Niederhalterkräfte
in der Größenordnung von 2 bis 20 kN möglich.
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Dient
der Nagel zum Fügen von zwei oder mehr Bauteilen, können
die Bauteile durch eine Klebstoffschicht zusätzlich miteinander
verbunden werden. Es handelt sich dann um eine Hybrid-Fügetechnik,
bei der die Bauteile einerseits durch den Nagel und andererseits
durch die Klebstoffschicht miteinander verbunden werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass der Nagel mit einem einzigen Schlag des Treibers
T in das Bauteil eingetrieben werden kann, so dass der Nagelkopf
am Bauteil aufliegt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich,
den Setzvorgang so durchzuführen, dass der Nagel durch
einen vom Setzgerät ausgeübten Schlag nicht ganz
bis zur Kopfanlage in das Bauteil eingetrieben wird, sondern nur
beispielsweise 80 bis 90% des maximal möglichen Eindringweges.
Das weitere Eintreiben des Nagels bis zur Kopfanlage kann dann mit
einem oder mehreren weiteren Schlägen erfolgen. Diese weiteren
Schläge können entweder manuell mittels eines
Hammers, beispielsweise über einen Treibdom, oder auch
maschinell durchgeführt werden. Wie durch Versuche festgestellt
wurde, hat dieses „mehrstufige" Bolzensetzen keinen bzw. nur
geringen Einfluss auf die Auszugsfestigkeit, was sowohl für
Bauteile aus Aluminium wie auch für Bauteile aus Stahl
gilt.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Nagels 10f, der eine Nagelspitze 8, einen Nagelschaft 6,
einen Nagelkopf 4f und einen Funktionsabschnitt 10f aufweist.
Die Nagelspitze 8, der Nagelschaft 6 und ein Teil
des Nagelkopfes 4f mit der den Materialaufwurf 34 aufnehmenden
Ringnut 16 können wie in der vorstehend erwähnten älteren
Patentanmeldung des Anmelders (und somit wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen)
ausgebildet sein.
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Im
Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist
der Funktionsabschnitt 10f dieses Ausführungsbeispieles
jedoch nicht einteilig, sondern als Zweikomponenten-Teil ausgebildet.
Genauer gesagt, besteht der Funktionsabschnitt 10f aus einem
Kern 62 und einer Umhüllung 64.
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Der
Kern 62 ist einstückig mit dem übrigen Nagel 2f ausgebildet
und besteht daher aus dem gleichen Material wie der Nagel. Vorzugsweise
besteht der Kern 62 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere
Stahl.
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Die
Umhüllung 64 besteht aus einem anderen Werkstoff
und insbesondere aus Kunststoff, wobei die Umhüllung 64 durch
Umspritzen des Kerns 62 mit dem Kunststoff gebildet wird.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kern 62 als
schaftförmiges Teil 66 ausgebildet, das eine Verlängerung
des Nagelschaftes 6 darstellt und eine ungefähr
zylindrische Form entsprechend dem Nagelschaft 6 hat. Das
schaftförmige Teil 66 geht in den Nagelkopf 4f über,
der eine gegenüber den Nagelköpfen der vorhergehenden
Ausführungsbeispielen „abgespeckte" Form hat.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Nagelkopf 4 aus
einem ungefähr kegelstumpfförmigen Abschnitt zwischen
dem Nagelschaft 6 und dem schaftförmigen Teil 66 des Funktionsabschnittes 10f.
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Das
schaftförmige Teil 66 ist an seiner Umfangsfläche
mit umlaufenden Rippen und Vertiefungen versehen, die für
eine optimale Verankerung der Umhüllung 64 mit
dem Kern 62 sorgen. An dem von der Nagelspitze 8 abgewandten
Ende des Kerns 62 ist, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen,
eine ebene Schlagfläche 30 zum Ansetzen des Treibers
(nicht gezeigt) eines Bolzenschussgerätes vorgesehen.
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Die
Umhüllung 64 umgibt den Kern 62 bis auf die
Schlagfläche 30 vollständig und darüber
hinaus einen Teil des Nagelkopfes 4f. Die Umhüllung 64 könnte
auch so ausgebildet werden, dass sie die Schlagfläche 30 umgibt.
Vorzugsweise wird jedoch die Schlagfläche 30 frei
gelassen, damit der Treiber des Bolzenschussgerätes unmittelbar
am metallischen Kern 62 angreifen kann.
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Die
Außenform der Umhüllung 64 ist entsprechend
der gewünschten Funktion des Funktionsabschnittes 10f ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel der 6 hat der
Funktionsabschnitt eine ähnliche Funktion wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 5. Die Umhüllung 64 besteht
somit aus einem Haltekopf 56f, einem eine Hinterschneidung 60f bildenden
Zwischenabschnitt 58f und einem den Nagelkopf 4f vergrößernden
Kopfabschnitt 70.
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Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Umhüllung 64 jede
beliebige Außenform haben kann, die zum Ausüben
einer speziellen Funktion des Funktionsabschnittes erforderlich
ist. So kann die Umhüllung 64 beispielsweise die
Funktionen der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Funktionsabschnitte übernehmen.
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Auf
diese Weise lassen sich unterschiedliche Nägel nach Art
eines Baukastensystems zusammensetzen. Eine Standardform eines Nagels
mit einem standardisierten Kern 62 wird dann mit Umhüllungen 64 unterschiedlichster
Form umgeben. In diesem Zusammenhang ist es ferner möglich,
Nagel mit Kernen 62 unterschiedlicher Längen bereitzustellen,
die dann für entsprechende Anwendungszwecke mit einer Umhüllung
einer gewünschten Form umgeben wird.
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Ein
weiterer Vorteil der zweiteiligen Ausbildung des Funktionsabschnittes 10f besteht
darin, dass sich bestimmte Außenformen wie z. B. ein Funktionsabschnitt
mit einer Hinterschneidung, wie sie in 6 dargestellt
ist, leichter herstellen lassen. Ein entsprechend einteilig ausgebildeter
Funktionsabschnitt würde eine kaltschlagtechnische Umformung
erfordern, die aufwendig und kostspielig ist. Dagegen ist eine Umspritzung
des Kerns 62 mit Kunststoff wesentlich einfacher und kostengünstiger.
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Andererseits
sind Funktionsabschnitte aus Kunststoff für viele Anwendungszwecke
ausreichend. Dies gilt beispielsweise für Anwendungen,
bei denen der Funktionsabschnitt keinen hohen Kräften und
Belastungen ausgesetzt ist. In diesem Fall können die Kosten
für hochwertige Materialien (Edelstahl) eingespart werden.
Ferner ermöglicht die zweiteilige Ausführung des
Funktionsabschnittes eine Gewichtsersparnis, was eine Leichtbauweise
begünstigt.
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Ein
weiterer wichtiger Vorteil der aus Kunststoff bestehenden Umhüllung 64 ist
ein Korrosionsschutz des Nagels 2f. Wenn sich, wie in 6 dargestellt,
die Umhüllung 64 in einen Bereich erstreckt, der
nach dem Setzen des Nagels zwischen der Unterseite des Nagelkopfes 4f und
der Oberseite des Bauteils B liegt, so schützt die Umhüllung 64 nicht
nur das schaftförmige Teil 66 des Kerns 62,
sondern sie bildet auch eine Abdichtung des Bereiches, in dem der
Nagel das Bauteil B durchdringt.
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Die
Umhüllung 64 bildet somit in dem genannten Bereich
eine Art Ringdichtung 72, die beim Setzen des Nagels zwischen
dem Nagelkopf 4f und dem Bauteil B eingespannt wird. Eine
Zerstörung, d. h. ein Verquetschen der Ringdichtung 72 beim
Nagelsetzen lässt sich dadurch vermeiden, dass der Nagel 2f mit
einer Kraft gesetzt wird, die gerade ausreicht, um den Nagelkopf 4f „sanft"
auf der Oberseite des Bauteils B aufsetzen zu lassen. Auf diese
Weise kann die Ringdichtung 72 in der gewünschten
Weise eingespannt werden, wodurch eine optimale Abdichtung zwischen
dem Nagelkopf 4f und dem Bauteil B erzielt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1575152 [0003, 0004]
- - DE 1940447 [0003]
- - DE 1500770 [0003]
- - DE 1707412 [0004]
- - DE 102006002238 [0005]
- - DE 19836108 [0027]