DE2345017A1 - Befestigungselement - Google Patents

Description

Fu 2575

OCEAN INVESTMENTS LTD. Gibraltar

Befestigungselement

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Befestigung an einem aus einem eizigenTedLl bestehenden Werkstück oder zur Verbindung wenigstens zweier Teile eines Werkstücks aus Blech'oder dergleichen. Eine der Standardtechniken zur Verbindung zweier Teile insbesondere aus Blechmaterial besteht darin, sie punktzuschweißen. Dieser Vorgang ist relativ schnell, jedoch teuer, und wenn die Teile plattiert, gestrichen oder in anderer Weise oberflächenbehandelt werden müssen, muß dieser Vorgang in einer relativ frühen Herstellungsstufe durchgeführt werden, da die bei dem Punktschweißvorgang erzeugte Hitze die Oberfläche beschädigen kann.

Ein anderes übliches Verfahren ist daher die Verwendung von Nieten, dies erfordert jedoch, daß sowohl die Teile (nimmt man an, daß zwei verwendet werden) durchbohrt und die Löcher zur Fluchtung gebracht werden müssen, der Niet durch die Löcher gesteckt werden muß und irgendeine Vorrichtung verwendet werden muß, um

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den Niet innen zu expandieren oder sein freies Ende gestaucht und möglicherweise das gestauchte Ende abgeflacht werden muß, damit er mit den Teilen bündig ist. Die Anzahl der erforderlichen getrennten Vorgänge verlangsamt und verteuert daher dieses Verfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement zu schaffen, das selbstlochend und selbstbefestigend ist und eine in der Wirkung entweder dem Nieten oder Punktschweißen ähnliche Befestigung bewirkt, jedoch in einer Weise, die billiger, schneller und in der Anwendung einfacher ist und die z.B. in bestimmten Fällen auf bereits oberflächenbehandelte Teile anwendbar ist.

Gelöst wirde diese Aufgabe gemäB der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Obwohl die Erfindung ist erster Linie zum Verbinden zweier Teiler, z.B. zwei Blechen geeignet ist, ist es auch möglich, das Befestigungselement mit einigen zusätzlichen Mitteln an einem Ende auszustatten, z.B. mit einem Gewindestift, der von dem Teil vorsteht, an dem das Befestigungselement befestigt wird. In diesem Fall kann die Erfindung als ein Mittel zur Befestigung des Gewindestifts oder eines anderen Elements an einem einzigen Blech oder auch an einer Anordnung aus zwei oder mehr Blechen angewandt werden.

Die Erfindung beruht auf der Kombination der folgenden drei Maßnahmen:

1. die Ausbildung des Schafts des Niete oder eines ähnlichen Befestigungselements derart, daß er ein Blech oder dergleichen selbst durchdringt;

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2. die Ausbildung wenigstens einer Nut oder Ausnehmung um den Schaft nahe der selbstlochenden Spitze, die mit Material des Teils gefüllt werden kann, das durchdrungen wird, um einen axialen Halt des Niets bew. Befestigungselements zu schaffen;

3. die Verwendung eines Werkzeugs zum Halten des Teils während der Lochung und Befestigung, das einen Vorsprung hat, der in das gelochte Material nahe dem Schaft des Befestigungselements eindringt und die Verdränung von Material um das gebildete Loch in die Nut(en) bzw. Ausnehmung(en) hervorzurufen.

Das Befestigungselement kann durch Kaltverformung oder durch spanabhebende Bearbeitung z.B. aus Stahl und nachfolgende Einsatzhärtung und Verzinken aus ästhetischen Gründen oder zur Korrosionsfestigkeit hergestellt werden. Die äußere Spitze des Befestigungselements ist vorzugsweise eben und senkrecht zu der Achse des Schafts des Befestigungselemente und der Schaft ist über seine gesamte Länge mit Ausnahme der Ausnehmnung zylindrisch und hat an seinem der Spitze gegenüberliegenden Ende einen Kopf. Das für das Befestigungselement geführte Material und seine Härte und ebenso die Länge eines geraden, zylindrischen Stücks, das zwischen der ebenen Stirnseite und der Nut liegt, hängen von den Konstruktionsparametern, der Dicke und der Härte der Materialien ab, die bei der Anwendung des Befestigungselements durchdrungen werden müssen. Im allgemeinen hat das zylindrische Stück, das zwischen der ebenen Stirnseite und der Nut liegt, die maximal mögliche Länge, um den Rand des ebenen Stücks zu verstärken, der als Lochstempel dient, ohne daß die Nut längs des Schaftes soweit nach hinten verdrängt wird, daß sie außerhalb des unteren der beiden Blechteile liegt, wenn diese vernietet sind. Das untere Teil ist dasjenige, das von dem Kopf des Befestigungselements am weitesten entfernt ist und dessen Spitze am nächsten liegt. Die Konstruktionsparameter eines Be-

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festigungselements gemäß der Erfindung hängen somit (innerhalb eines Bereichs von Möglichkeiten) von der Dicke der zu verbindenden Bleche und davon ab, ob das dickere oder das dünnere Blech das untere ist. Dies ist bei besonders kurzen Befestigungselementen oder besonders dünnen Blechen am meisten kritisch. Die Nut bzw. Ausnehmung ist vorzugsweise V-förmig und hat einen Winkel von 90 zwischen ihren Flanken, die symmetrisch um eine Ebene parallel zu der ebenen Spitze des Schaftsund damit senkrecht zu der Achse des Schafts angeordnet sind. Die Abmessungen der Nut stehen wenigstens zu dem zugehörigen Werkzeug in Beziehung und im allgemeinen ist das Volumen des Vorsprungs an dem Werkzeug wenigstens gleich dem Volumen der Nut und in bestimmten Fällen ist das Volumen des Vorsprungs ein mehrfaches des Volumens der Nut. Wenn Versuche durchgeführt werden, um die beiden Teile zu trennen, die mit dem Befestigungselement dadurch verbunden werden, daß eine Kraft axial zu dem Befestigungselement aufgebracht wird, wird das in die Nut verdrängte Material abgeschert und je geringer der Winkel der Flanke einer Nut zu einer Ebene senkrecht zu der Achse ist, desto größer ist der Vektorwiderstand gegen die Abscherung des Materials. Die größeren Winkel der Flanken verbessern jedoch den Materialfluß und führen daher zu besser gefüllten Nuten. Der bevorzugte Winkel von 90° wird ale der derzeit beste Kompromiß für diese Zwecke angesehen.

Die Verdrängung des Materials in die Nut wird von dem Vorsprung des Werkzeugs bewirkt, das an dem unteren Blech (wenn zwei oder mehrere Bleche übereinander durch ein einziges Befestigungselement verbunden werden sollen) um den Umfang des durch Verschiebung des Befestigungselemente durch die Bleche zu stanzenden Lochs angreift. Das Loch durch das Werkzeug verjüngt sich vorzugsweise, so daß es von dem Vorsprung aus divergiert. Der Vorsprung

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ist vorzugsweise eine einzige, kontinuierliche Rippe mit rechteckigem oder z.B. quadratischem Querschnitt. Das Werkzeug wirkt als Matrize in Verbindung mit dem Befestigungselement, das als Loch - stempel wirkt, und die Scheiben des abgetrennten Materials können durch das Loch in der Mitte des Werkzeugs fallen.

Im allgemeinen ist der Materialfluß in die Nut während des Befestigungsvorgangs umso besser, je näher die Nut an der stempelartigen Spitze des Befestigungselements liegt, jedoch sollte die Rippe nicht so hoch sein, daß sie über die untere Nut greift, da sie dann nicht nur Metall in die Nut verdrängt, sondern auch dazu neigt, das aus der umgebenden Masse verdrängte Material abzuscheren.

Versuche haben gezeigt, daß die geeignete Werkzeugkonstruktion bis zu einem gewissen Grad von der Materialdicke und der Härte (der zu verbindenden Bleche) abhängt, und daß härtere Materialien, die sich einem Metallfluß stärker entgegensetzen, größere Verhältnisse von Vorsprungvolumen zu Nutvolumen als weichere Materialien erfordern.

Dennoch sollten alle zuvor erläuterten Konstruktionsparameter bis zu einem gewissen Grad an einem Bereich von Befestigungselementen angepaßt werden, von denen jedes für eine bestimmte Gesamtdicke der zu verbindenden Bleche (diese Dicke entspricht der axialen Länge des Befestigungselements, da sich das Befestigungselement in der Form bzw. Länge während des Einsetzens nicht ändert) geeignet ist. Hierbei können zwei Bleche gleicher Dicke oder (innerhalb von Grenzen) zwei Folien verschiedener Dicke in irgendeiner möglichen Art angeordnet werden. Bei der Verwendung besonders dünner Bleche und bei besonderen Befestigungselementkonstruktionen

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kann es notwendig sein, vorzuschreiben, daß das dickere Blech das untere ist, oder es kann notwendig sein,eine andere Konstruktion (die in der Lage der Nut bezüglich der Spitze verschieden ist) zu wählen.

Der Kopf des Befestigungselemente kann aus einer vergrößerten ebenen Schulter bestehen, die an der oberen Stirnseite der Anordnung aus Blechen oder dergleichen anliegt. Dies ist insbesondere anwendbar, wenn das Befestigungselement mit einem Gewindestift oder einem anderen Hilfsmittel versehen ist, der bzw. das von der Unterseite des oberen Blechs vorsteht. Der Kopf kann auch ein Senkkopf sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Senkniets gemäß der Erfindung für zwei Bleche der gleichen Dicke,

Figur 2 eine Darstellung, aus der die erste Stufe eines Einsetzvorgangs hervorgeht, und

Figur 3 eine Ansicht in Aufriß und Schnitt des eingesetzten Befestigungselements.

Das in Fig. 1 gezeigte Befestigungselement ist für zwei Folien mit einer Dicke von je etwa 0,8 mm geeignet. Die Ebene, in der die Folien aufeinanderliegen, ist durch die strichpunktierte Linie 10-10 in Fig. 1 angegeben.

Wie Fig. 1 zeigt, hat das Befestigungselement eine ebene Endfläche 12, die als Lochstempel dient und an die sich ein zylindrisches Stück 14 anschließt, das bei der gezeigten Ausführungsform eine axiale Länge von etwa 0,3 ■■ hat. Die Nut 16 erstreckt sich um den gesamten

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Umfang des des Befestigungselemente und hat zwei Flanken 18, 20 mit einem Winkel von 90°, die symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zu der Achse des Befestigungselement s liegen. Die Gesamtbreite der Nut beträgt bei dieses besonderen Beispiel maximal etwa 0,5 mm.

Das Kopfende des Befestigungselements besteht aus einem schmalen zylindrischen Abschnitt 22, der eine axiale Länge von etwa 0,12 mm hat, und einem Senkabschnitt mit einer Länge von etwa 0,38 mm. Der Schaft besteht aus dem Abschnitt 14, der Nut 16 und einem weiteren zylindrischen Abschnitt 26, der ebenfalls in dem unteren Blech aufgenommen wird, daswrterderLinie 10-10 der Fig. 1 liegt, wenn das Befestigungselement eingesetzt ist, und der bei dieser Ausführungsform eine axiale Länge von etwa 0,1 mn hat, sowie einem Endabschnitt 28, der eine axiale Länge von etwa 0,39 mm hat. Die Abschnitte 28, 26 und 14 haben alle den gleichen Durchmesser und eine gerade zylindrische Form.

Es ist wichtig, daß das Befestigungselement genau ohne Grate und dergleichen hergestellt wird. Wie zuvor erwähnt wurde, kann das Befestigungselement aus Stahl hergestellt, danach einsatzgehärtet und dann zinkplattiert werden.

Das anhand der Fig. 2 erläuterte Einsetzverfahren besteht darin, daß das Befestigungselement 30 an irgendeiner gewünschten Stelle über den Blechen angeordnet und mit dem Werkzeug 32 genau zur Fluchtung gebracht wird. Das Werkzeug ist mit einer ringförmigen Rippe mit quadratischem Querschnitt versehen, auf der die BIechanordnung ruht. Das Befestigungselement wird dann durch eine mit einem einzigen Druck in Richtung des Pfeils A in Fig. 2 aufgebrachte Kraft eingesetzt, die

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Scheiben aus den Blechen schneidet, die durch das Loch 36 fallen und die Blechanordnung auf der Rippe 34 so verschiebt, daß die Vertiefung 38 (Fig. 3) gebildet und ein Metallfluß in die Nut hervorgerufen wird, um das Befestigungselement zu arretieren, wie Fig. 3 zeigt.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Befestigungselement in Form eines Niets zur Befestigung an einem aus einem einzigen Teil bestehenden Werkstück oder zur Verbindung wenigstens zweier Teile eines Werkstücks aus Blech oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Nietschaft als Lochstempel ausgebildet ist und eine umlaufende Nut 16 zur Aufnahme von beim Einsetzen des Niets durch ein Gegenhalterwerkzeug (32) verdrängten Werkstückmaterials aufweist.
2. 2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft eine ebene Endfläche (12) an der Spitze, einen sich daran anschließenden zylindrischen Abschnitt (14) , die Nut (16) und einen weiteren zylindrischen Abschnitt (28) aufweist.
3. 3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (16) V-förmig ausgebildet ist, und daB ihre Planken (28) symmetrisch zu einer zu der Schaftachse senkrechten Achse verlaufenden Ebene verlaufen und einen Winkel von 90° einschließen.
4. 4. Gegenhalterwerkzeug zum Einsetzen des Befestigungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Rippe (34) an einer ebenen Stirnfläche zur Verdrängung von Werkstückmaterial in die Nut (16) des Befestigungselements.
5. 5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (34) ringförmig ausgebildet ist.
6. 6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (34) einen quadratischen Querschnitt hat.

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   Werkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine öffnung (36) zur Aufnahme der von dem Befestigungselement ausgestanzten Werkstückscheiben.

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