DE3742493A1 - Befestigungselement und verfahren zu dessen anbringung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement und ein Verfahren zu dessen Anbringung.Ein erfolgreiches Befestigungselement dieser Art ist in US-PS 36 95 324 offenbart. Es handelt sich um ein nietloses Befestigungselement mit einer Mutterplatte, das vor allem in der Luft- und Raumfahrt-Industrie verwendet wird und das aus drei Komponenten besteht, nämlich einer Mutter, einem Korb und einer Hülse. Die Hülse hat einander gegenüberliegende Seiten­ wände mit Schlitzen in diesen und mit einer die Seitenwände verbindenden Bodenwand. Die Mutter wird zwischen den Seitenwänden des Korbs aufgenommen und hat Laschen, die sich durch die Öffnungen in den Seitenwänden hindurch­ erstrecken, wodurch ein begrenzte freie Bewegung der Mutter gestattet ist, wodurch aber eine wesentliche Verdrehung verhindert ist. Die Hülse hat einen Kopfteil, der Laschen aufweist, die auf der Oberfläche des Korbs unterhalb der Mutter aufliegen und sich in die Schlitze hineinerstrecken, sowie einen rohrförmigen Teil, der durch die Öffnung in der unteren Fläche des Korbs hindurch in eine Öffnung in einem Werkstück ragt. Bei der Installa­ tion wird das äußere Ende der Hülse nach außen zur Bildung eines Flansches aufgeweitet, wodurch die Befestigungsanordnung mit dem Werkstück verbunden wird. Ein Abschnitt des rohrförmigen Teils der Hülse nahe des Kopfes ist mit einer kurzen geraden Rändelung versehen, die in die Wand des Werkstücks an der Öffnung eingebettet wird, um eine Verdrehung der Anordnung in bezug auf das Werkstück zu verhindern.

Diese Art von Befestigungselement war im allgemeinen auf nicht kritische bzw. nicht tragende Anwendungen beschränkt wegen des Bedenkens, daß die Rändelung Beanspruchungskonzentrationen in dem Werkstück an der Stelle schaffen könnte, wo sie in das Werkstück eindrang und in diesem eingebettet wurde. Infolge solcher Beanspruchungskonzentrationen könnte die Ermüdungs- Lebensdauer des Werkstücks negativ beeinflußt werden. Es wurden Bemühungen unternommen, die Ermüdungs-Lebensdauer des Werkstücks durch Anderung der Ausbildung der Rändelung zu verbessern, indem die Rändelung auf der Hülse als Rippen einer speziellen Konfiguration ausgebildet wurde. Diese Modifi­ kation ist in US-PS 45 57 650 veranschaulicht. Trotzdem wurde die Ermüdungs- Lebensdauer des Werkstücks durch Anwesenheit des Befestigungselements in der in dem Werkstück ausgebildeten Öffnung, die das Befestigungselement aufnimmt, nicht verbessert.

Die Erfindung schafft ein nietloses Befestigungselement mit einer Mutter­ platte, das eine wesentlich verbesserte Ermüdungs-Lebensdauer des Werkstücks ergibt. Versuche haben gezeigt, daß die Ermüdungs-Lebensdauer etwa zwanzigmal größer ist, wenn die Ausbildung nach der Erfindung anstelle bekannter Aus­ bildungen verwendet wird.

Wie früher weist das Befestigungselement eine Mutter, einen Korb und eine Hülse auf, die einen rohrförmigen Teil hat, der sich von einem Kopf her erstreckt, der auf der unteren Fläche des Korbs aufliegt. Veränderungen an der Hülse und in der Art und Weise ihrer Installation ergeben erfindungs­ gemäß eine Kompression und Kaltverfestigung des Werkstücks, um eine wesent­ lich verbesserte Ermüdungs-Lebensdauer zu bewirken.

Die Rippen werden außen abgerundet, aber ihre Wurzeln werden weggelassen, so daß zwischen benachbarten Rippen die zylindrische Oberfläche des rohrför­ migen Teils freiliegend verbleibt. Dies bedeutet, daß beim Eindrücken der Rippen in die Wand der Öffnung des Werkstücks keine Hohlräume oder Freiräume um den Umfang des Befestigungselements herum verbleiben, wie es bei bekannten Ausbildungen der Fall war. Bei gewissen Befestigungselementen nach dem Stand der Technik, die zwischen den äußeren Spitzen der Rippen vertiefte Wurzeln hatten, konnte das Material des Werkstücks den Wurzelraum zwischen den Rippen nicht vollständig ausfüllen, wodurch sich Hohlräume an diesen Stellen ergaben. Bei der Erfindung werden außerdem die Rippen länger gemacht als bei dem bekannten nietlosen Befestigungselement mit Mutterplatte, und die Rippen erstrecken sich nun über die volle Länge- der Öffnung in dem Werkstück. Dies verbessert die Ermüdungs-Lebensdauer, indem es den Rippen ermöglicht wird, das Material des Werkstücks über die volle Länge der Öff­ nung zusammenzupressen.

Zusätzlich wird die Hülse mit einem Abschnitt am Kopf versehen, der einen relativ großen äußeren Durchmesser hat und der komplementär in die Öffnung in dem Korb hineinpaßt. Ein rohrförmiger Teil mit kleinerem Durchmesser erstreckt sich jenseits des relativ großen ersten Teils des rohrförmigen Teils der Hülse. Diese zwei Teile sind durch einen dritten Abschnitt mit­ einander verbunden, der eine abgerundete konkave äußere Ecke zwischen den beiden Teilen bildet. Die Rippen können sich in diesen Eckbereich hinein erstrecken und verjüngen sich in ihrem Querschnitt oder in ihren Abmessungen, während sie sich an den Bereich mit dem größeren Durchmesser annähern. Wenn das Befestigungselement in die Öffnung in dem Werkstück hineingedrückt wird, wird der Eckbereich der Hülse veranlaßt, gegen die Ecke an der Öffnung in dem Werkstück anzuliegen. Dies verformt den entsprechenden Teil des Werkstücks durch Druckverformung, wodurch das Werkstück kaltverfestigt und unter Kompression gesetzt wird. Dies trägt zu einer wesentlich verbes­ serten Ermüdungs-Lebensdauer bei.

Nachdem die Hülse in die Öffnung hineingedrückt worden ist, wird sie auf­ geweitet, um sicherzustellen, daß ihr gesamter Umfang dicht gegen die Wand der Öffnung anliegt. Dies ist ein anderer Faktor zur Verbesserung der Ermü­ dungs-Lebensdauer des Werkstücks. Ein Werkzeug mit einer ringförmigen Aus­ bauchung wird in das Ende der Hülse hineingedrückt, um dies zu erreichen, wodurch die Hülse allmählich aufgeweitet wird, während sich das Werkzeug durch die Hülse hindurchbewegt.

Das äußere Ende des rohrförmigen Teils der Hülse wird dann nach außen auf­ geweitet, um einen Flansch zu bilden, der das Befestigungselement mit dem Werkstück verbindet. In manchen Fällen können sich die Rippen in diesen äußeren Teil der Hülse hineinerstrecken, wobei sie wiederum in ihren Abmes­ sungen in Richtung auf das Ende der Hülse hin abnehmen oder sich verjüngen. Wenn das Ende des rohrförmigen Teils der Hülse nach außen gebogen wird, um den Flansch zu bilden, wird eine Kraft auf die Innenseite der Hülse aufgebracht, um diese nach außen gegen die Wand des Werkstücks an der Ecke der Öffnung in dem Werkstück zu drücken. Hier wird wiederum das Material des Werkstücks kaltverfestigt und unter Kompression gesetzt, und die Ermü­ dungs-Lebensdauer wird weiter verbessert.

Somit ist das Befestigungselement gemäß der Erfindung leicht herstellbar, resultiert jedoch in wesentlich verbesserten Eigenschaften im Vergleich zu früheren Ausbildungen.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeich­ nung beschrieben:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt des Befestigungselements und einer Platte, an der es zu befestigen ist;

Fig. 3 ist ein Längsschnitt des an der Platte befestigten Befestigungsele­ ments;

Fig. 4 ist ein vergrößerter, bruchstücksweiser Querschnitt nach der Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 5, 6 und 7 sind Längsschnitte, die aufeinanderfolgende Schritte bei der Befestigung des Befestigungselements an einem Werkstück veran­ schaulichen;

Fig. 8 ist ein bruchstücksweiser Längsschnitt einer Abwandlung des Befesti­ gungselements;

Fig. 9 ist eine bruchstücksweise perspektivische Ansicht der Hülse des Befestigungselements;

Fig. 10 ist ein Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels eines an einer Platte befestigten Befestigungselements; und

Fig. 11 ist ein Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Be­ festigungselements.

Das Befestigungselement weist eine Mutter 10, einen Korb 11 und eine Hülse 12 zur Befestigung der Anordnung an einem Werkstück, beispielsweise einer Platte 13, auf. Der Korb 11 ist in Seitenansicht im wesentlichen U-förmig und weist eine Bodenwand 14 und einander gegenüberliegende, nach oben ra­ gende Seitenwände 15 und 16 auf. An den oberen Enden der Seitenwände 15 und 16 befinden sich nach außen vorragende Flansche 17 und 18. Schlitze 19 und 20 erstrecken sich durch die Seitenwände 15 und 16, benachbart zu der Bodenwand 14, und eine relativ große kreisförmige Öffnung 21 ist in der Mitte der Bodenwand 14 ausgebildet. Der Korb 11 ist vorzugsweise aus nachgiebigem oder elastischem Material hergestellt, so daß die Seitenwände 15 und 16 ausgebogen oder ausgelenkt werden können, um ein Entfernen der Mutter 10 und ein Wiedereinsetzen zu ermöglichen.

Die Mutter 10 weist einen mit Gewinde versehenen Hauptteil 22 und an einem Ende 24 des Hauptteils einen Flansch 23 mit flacher Unterseite auf, der Laschen 25 und 26 bildet, die sich radial auswärts in entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Die Laschen 25 und 26 passen in die Schlitze 19 und 20 in den Seitenwänden 15 und 16 des Korbs 11 hinein. Hierdurch wird die Mutter 10 gegen eine wesentliche Bewegung in bezug auf den Korb 11 festgehalten. Jedoch ist der Hauptteil 22 mit Abstand nach innen gegenüber den Seitenwänden 15 und 16 angeordnet, und an den Schlitzen 19 und 20 befin­ det sich ein Spiel um die Laschen 25 und 26 herum, wodurch der Mutter eine begrenzte freie Bewegung in bezug auf den Korb 11 ermöglicht ist.

Die Hülse 12 weist einen Kopf 28 und einen rohrförmigen Teil 29 auf, der senkrecht zu dem Kopf ist. Ein Teil des Kopfs 28 weist diametral einander entgegengesetzt vorragende Laschen 30 und 31 auf, die über der Bodenwand 14 des Kopfs 11 liegen und sich durch die Schlitze 19 und 20 in den Seiten­ wänden 15 und 16 des Korbs hindurcherstrecken. Der unterseitige Flansch 23 der Mutter 10 liegt über dem Kopf 28, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, und die Laschen 25 und 26 der Mutter sind oberhalb der Laschen 30 und 31 der Hülse angeordnet.

Die untere Oberfläche des Kopfs 28 der Hülse 12, d.h. die von der Mutter 10 entfernte Oberfläche, hat eine abgestufte Form, die eine flache radiale Oberfläche 33 aufweist, die an der Bodenwand 14 des Korbs 11 anliegt. Von der Oberfläche 33 erstreckt sich eine kurze zylindrische Oberfläche 34, die koaxial mit dem rohrförmigen Teil 29 der Hülse 12 ist. Die Oberfläche 34 läuft kontinuierlich um den Umfang der Hülse herum. Die Länge der Ober­ fläche 34 ist gleich mit der Dicke der Bodenwand 14 des Korbs 11. Die Ober­ fläche 34 ist so dimensioniert, daß dieser Teil der Hülse 12 komplementär in die Öffnung 21 in der Bodenwand 14 des Korbs 11 hineinpaßt. Eine abge­ rundete, konkave Oberfläche 35 verbindet das äußere Ende der zylindrischen Oberfläche 34 der Hülse mit dem rohrförmigen Teil 29. Die Oberfläche 35 erstreckt sich axial zu der Hülse von der Oberfläche 34 her und geht sanft in die äußere Oberfläche des rohrförmigen Teils 29 über. Die Ecke 36 zwi­ schen den Oberflächen 34 und 35 ist bündig mit der unteren Oberfläche der Bodenwand 14 des Korbs 11.

Von dem rohrförmigen Teil 29 der Hülse 12 ragen nach außen axial verlaufen­ de Rippen 39 vor, die konvex abgerundet sind. Die Wurzeln der Rippen sind weggelassen, so daß die Scheitellinien der Rippen in Umfangsrichtung des rohrförmigen Teils 29 unter gegenseitigen Abständen angeordnet sind, und zwischen benachbarten Rippen bleiben Segmente der zylindrischen äußeren Oberfläche des rohrförmigen Teils 29 stehen. An ihren oberen Enden 40, d.h. an den dem Kopf 28 der Hülse 12 benachbarten Enden, erstrecken sich die Rippen 39 längs der konkaven Oberfläche 35 und nehmen in ihren Abmes­ sungen ab, so daß sie nahe der Ecke 36 enden. Die entgegengesetzten Enden 41 der Rippen 39 verjüngen sich ebenfalls und enden an einer Stelle, die mit Abstand von dem äußeren Ende 42 der Hülse 12 liegt.

Das Werkzeug zum Verbinden des Befestigungselements mit der Platte bzw. dem Werkstück 13 ist in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt und kann ein Glied 43 aufweisen, das beim Eindrücken des rohrförmigen Teils 29 der Hülse 12 in die zylindrische Öffnung 44 der Platte bzw. des Werkstücks verwendet wird. Das Glied 43 hat an einem Ende einen Kopf 45 mit einem Zapfen 46, der senkrecht von der Mitte des Kopfs vorragt, sowie einen rohrförmigen Teil 47, der sich in der gleichen Richtung von dem Umfang des Kopfs her erstreckt. Das äußere Ende des rohrförmigen Teils 47 wird zur Anlage gegen den Flansch 23 der Mutter 10 gebracht, wobei der Zapfen 46 sich dann durch die Mutter zu dem Kopfende der Hülse 12 hin erstreckt. Eine Kraft wird auf das Glied 43 aufgebracht, wie es durch den Pfeil 48 angedeutet ist, die auf den Flansch 23 der Mutter 10 wirkt, der die Kraft auf den Kopf 28 der Hülse überträgt. Hierdurch wird der rohrförmige Teil 29 der Hülse in die Öffnung 44 hineingetrieben, so daß die Bodenwand 14 des Korbs in Eingriff mit der flachen oberen Oberfläche 49 der Platte 13 gebracht wird. Die Hülse 12 ist länger als die Öffnung 44, so daß das äußere Ende 42 der Hülse dann über die untere Oberfläche 50 der Platte vorragt.

Der rohrförmige Teil 29 ist so dimensioniert, daß seine zylindrische äußere Oberfläche im wesentlichen komplementär zu der Wand der Öffnung 44 ist. Wenn die Hülse in die Öffnung 44 hineingedrückt wird, graben sich daher die Rippen 39, die über die Oberfläche des rohrförmigen Teils 29 vorragen, in die Wand der Öffnung ein, wodurch ein Festsitz gebildet und eine Ver­ drehung der Hülse relativ zu der Platte 13 ausgeschlossen wird. Das Ein­ treten der Hülse in die Öffnung 44 wird durch die verjüngten Enden 41 der Rippen 39 erleichtert.

Aufgrund der Tatsache, daß die Rippen 39 in Umfangsrichtung mit Abstän­ den voneinander angeordnet sind, ohne daß zwischen ihnen vertiefte Wurzel­ abschnitte angeordnet sind, ist die Oberfläche der Hülse zwischen den Rip­ pen nahe der Wand der Öffnung angeordnet, ohne daß beträchtliche Freiräume zwischen der Hülse und der Wand der Öffnung verbleiben. Bei früheren Aus­ führungen, die tiefere Wurzeln zwischen den Rippen hatten, gab es Lücken zwischen der Hülse und der Wand der Öffnung im Bereich der Wurzeln. Die Rippen 39 üben eine Druckkraft auf die Platte 13 aus, während sie das Ma­ terial der Platte radial nach außen und seitlich in bezug auf die Rippen verlagern. Die Rippen 39 sind so dimensioniert, daß sie sich über die ganze Länge der Öffnung 44 erstrecken, so daß sie auf diese Weise die Platte längs der gesamten Öffnung zusammendrücken.

Die Axialkraft, die auf das Befestigungselement aufgebracht wird, um den rohrförmigen Teil 29 der Hülse 12 in die Öffnung 44 der Platte 13 einzutrei­ ben, veranlaßt auch die Verbindungsoberfläche 35 der Hülse und die verjüngten inneren Enden 40 der Rippen 39 zu einer Reaktion gegen die Plat­ te 13 an der Ecke 51 zwischen der oberen flachen Oberfläche 49 der Platte und der Öffnung 44. Durch diese Reaktion wird die Platte 13 an der Ecke 51 zusammengepreßt, wodurch die Platte kaltverfestigt wird, so daß sie eine konvex abgerundete Gestalt annimmt, die der Krümmung der Oberfläche 35 entspricht, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Kompression des Werkstücks zur Erhöhung der Ermüdungsfestig­ keit bzw. der Lebensdauer der Platte geschaffen.

Das zum Zusammenfügen verwendete Werkzeug weist auch eine Anordnung 53 zum Aufweiten der Hülse und zum Erweitern ihres äußeren Endes 42 auf. Die Anordnung 53 wird betätigt, nachdem die Hülse in die Öffnung 44 durch das Glied 43 hineingedrückt worden ist. Die Anordnung 53 weist eine zen­ trale Stange 54 auf, die eine konvex abgerundete ringförmige Ausbauchung 55 nahe ihres äußeren Endes 56 aufweist. Der Durchmesser der Ausbauchung 55 ist geringfügig größer als der Innendurchmesser der Hülse 12. Die Stange 54 ist axial durch eine Öffnung in einem Körper 57 hindurch beweglich. Dieser hat ein schmales Ende 58, durch das sich die Stange erstreckt, sowie eine abgerundete konkave ringförmige Form- oder Gesenk-Oberfläche 59, die von dem Ende 58 sich nach außen erweitert.

Bei der Anwendung wird die Anordnung 53 so bewegt, daß sie die Stange 54 axial vorschiebt und sie veranlaßt, in den rohrförmigen Teil 29 der Hülse 12 an dessen äußerem Ende 42 einzutreten. Das Glied 43 fährt fort, eine Kraft in der entgegengesetzten Richtung während dieser Zeit aufzubringen. Die durch den Pfeil 60 in Fig. 6 veranschaulichte Bewegung der Stange 54 wird fortgesetzt, bis das Ende 56 der Stange das Ende 61 des Zapfens 46 berührt. Diese aneinander angreifenden Oberflächen bilden Anschläge, die die axiale Bewegung der Stange 54 beenden. Die Ausbauchung 55 der Stange 54 liegt dann nahe der Ecke 51 der Hülse. Da sich die Ausbauchung 55 praktisch längs der gesamten Länge des rohrförmigen Teils 29 der Hülse in diese Position bewegt, erweitert die Ausbauchung 55 die Hülse fort­ schreitend und veranlaßt ihren gesamten Umfang, dicht an der Wand der Öff­ nung 44 in der Platte 13 anzuliegen. Der nach außen gerichtete Druck, der durch die aufgeweitete Hülse ausgeübt wird, trägt zu der Ermüdungs-Wider­ standsfähigkeit des Werkstücks bei.

Nachdem die Stange 54 axial bewegt worden ist, wird der Körper 57 relativ zu der Stange 54 und zu der Hülse 12 in der gleichen Richtung bewegt, wie es durch den Pfeil 62 in Fig. 7 angedeutet ist. Dies veranlaßt die Form- oder Gesenk-Oberfläche 59, an dem äußeren Ende 42 des rohrförmigen Teils 29 der Hülse 12 anzugreifen und diesen nach außen aufzuweiten, um einen Flansch 63 zu bilden, der die Befestigungsanordnung an der Platte 13 hält. Der Körper 57 wird gegen das Ende 42 des rohrförmigen Teils 29 mit einer Kraft gedrückt, die ausreichend ist, nicht nur den Endabschnitt zu verformen, sondern auch die Ecke 64 der Platte 13 an dem äußeren Ende der Öffnung 44 zu verformen. Die Formoberfläche 59 ist so gestaltet, daß sie die Platte an der Ecke 64 zusammendrückt und ihr eine abgerundete konvexe Gestalt gibt, wie es in Fig. 3 und 7 gezeigt ist. Dies verbessert weiter­ hin die Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit des Werkstücks. Der Flansch 63 wird auch dicht gegen die Oberfläche 50 der Platte gepreßt.

Das Werkzeug wird dann entfernt, wobei das Befestigungselement an der Platte 13 befestigt zurückgelassen wird. Nachdem die Ausbauchung 55 die Hülse 12 verlassen hat, besteht in dem Material der Hülse eine Tendenz, um einen geringen Betrag zurückzuspringen. Jedoch verhindert der Eingriff des Flansches 63 mit der Oberfläche 50 der Platte 13 dieses. Infolgedessen versucht eine Beanspruchung innerhalb der Hülse die Hülse zu verkürzen, was jedoch wegen des Eingriffs mit der Platte 13 an den Enden der Öffnung 44 nicht geschehen kann. Dies erhöht die Kraft des Flansches 63 gegen die Oberfläche 50 der Platte 13 und trägt ebenfalls zu der vorteilhaften Kom­ pression des Werkstücks bei.

Die sich hiernach ergebende Anordnung des Befestigungselements im befestig­ ten Zustand schafft eine drastisch verlängerte Ermüdungs-Lebensdauer des Werkstücks, die sich aus der Kaltverfestigung des Werkstücks und aus den auf dieses ausgeübten Kompressionskräften ergibt. Die Ermüdungs-Lebens­ dauer ist sehr viel größer nicht nur im Vergleich zu früheren Ausbildun­ gen von Mutter-Anordnungen, wie sie in den US-Patenten 36 95 324 und 45 57 650 gezeigt sind, sondern auch sehr viel größer als die Lebensdauer der Platte, wenn eine vernietete Mutterplatte an ihr befestigt wäre.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig . 8 und 9 verjüngen sich die Rippen 65 an der Hülse 66 sowohl in ihrer Breite als auch in ihrer Höhe. Der Hauptteil 67 der Rippen 65 verjüngt sich längs der zylindrischen äußeren Oberfläche 68 der Hülse 66 von der abgerundeten inneren Ecke 69 zu einer Stelle, die mit Abstand von dem Ende 70 der Hülse angeordnet ist. Ein kür­ zerer Abschnitt 71 der Rippe verjüngt sich längs der gekrümmten oder ab­ gerundeten Ecke 69 bis zu der Verbindungsstelle mit einer kurzen zylindri­ schen Oberfläche 72 an dem Kopf 73 der Hülse.

Die äußere Oberfläche 74 der Hülse jenseits der Rippen 65 verjüngt sich unter dem gleichen Winkel wie die Verjüngung der Rippen. Dies verschafft dem äußeren Endabschnitt der Hülse eine verminderte Wanddicke, um den Auf­ weitvorgang zu erleichtern und den Flansch 75 herzustellen, der zur Halte­ rung der Hülse an dem Werkstück 76 verwendet wird. Die Verjüngung der Rip­ pen 65 erleichtert deren Eintritt in die Öffnung 77 in dem Werkstück 76, wenn das Befestigungselement installiert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 sind die Rippen 79 auch bis zu dem äußeren Ende 80 der Hülse 81 hin verjüngt, und sie erstrecken sich in diesem Fall über die gesamte Länge bis zu dem äußeren Ende 80. Die innere Oberfläche 82 des äußeren Endabschnitts der Hülse 81 ist verjüngt, wodurch die Wandstärke der Hülse vermindert wird, um das Umbiegen des Flan­ sches 83 über die Platte 84 zu erleichtern. Das Vorhandensein von Rippen an dem Endabschnitt der Hülse verstärkt die Kompression des Werkstücks an der äußeren Kante der Ecke der Öffnung in dem Werkstück und um die Öff­ nung herum, was zur Erhöhung der Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit erwünscht ist. Jedoch machen es die Rippen 79 auch schwerer, den äußeren Abschnitt der Hülse zur Bildung des Flansches umzubiegen, so daß eine erhöhte Kraft zum Umbiegen des Flansches dicht gegen die Oberfläche des Werkstücks nötig sein wird.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 11 veranschaulicht das an einem Werkstück 85 angebrachte Befestigungselement, wobei das Werkstück 85 mit einer Gegenboh­ rung 86 an dem äußeren Ende der Öffnung 87 für die Hülse 88 versehen ist. Der äußere Endabschnitt der Hülse 88 ist nach außen gebogen, um an der Oberfläche der Gegenbohrung 86 anzuliegen, und bei der Durchführung dieses Vorgangs wird genügend Kraft aufgewandt, um das Material des Werkstücks längs der Gegenbohrung 86 und um die Ecke 89 herum zusammenzupressen, wo die zylindrische Öffnung 87 mit der Gegenbohrung 86 zusammentrifft. Eine Gegenbohrung 90 am äußeren Ende der Hülse 88 bewirkt eine verminderte Wand­ stärke, um das Umbiegen zur Bildung des Flansches zu erleichtern. Rippen 91 an der Hülse 88 dringen in die Wand der Öffnung 87 ein, wenn die Hülse installiert wird, um einen Verdrehwiderstand zu liefern und eine Kompression und Kaltverfestigung des Werkstücks zu erzeugen. Auch hier wird die innere Ecke 92 des Werkstücks am Ende der Öffnung 87 durch die abgerundete Ecke 93 des Befestigungselements benachbart zu dessen Kopf zusammengedrückt.

Claims (22)

1. Befestigungselement mit einem mit Gewinde versehenen Glied (10), mit einer Einrichtung zum Befestigen des mit Gewinde versehenen Glieds an einem Werkstück (13), wobei diese Einrichtung (11, 12) ein Element aufweist, das eine Wand (14) hat, die auf der Oberfläche (49) eines Werkstücks (13) aufliegen kann, das eine durchgehende Öffnung (44) auf­ weist, sowie mit einer zylindrischen Hülse (12), die von der genannten Wand (14) vorragt und die entfernt von dieser Wand einen biegbaren äußeren Endabschnitt (42) aufweist, wobei das Element (11, 12) einen äußeren Oberflächenabschnitt (34, 35) hat, der von der Wand (14) weg­ ragt und radial nach innen geneigt ist, um in die äußere Oberfläche der Hülse (12) an einer Stelle überzugehen, die mit Abstand von der Wand (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hülse (12) eine Vielzahl von abgerundeten Rippen (39) vorgesehen ist, die sich axial wenigstens von der Verbindungstelle des äußeren Oberflächen­ abschnitts (34, 35) mit der Hülse (12) zu dem biegbaren äußeren Endab­ schnitt (42) der Hülse (12) erstrecken, daß die Hülse (12) so ausgebil­ det ist, daß sie in eine Öffnung (44) in einem Werkstück (13) hineinge­ drückt werden kann, die so dimensioniert ist, daß die Rippen (39) über die volle Länge der Wand der Öffnung (44) in diese eingebettet werden, wobei das äußere Ende (42) der Hülse (12) über das Werkstück (13) an dessen Öffnung (44) hinausragt, um anschließend nach außen zur Bildung eines Flansches (63) umgebogen zu werden, und daß der äußere Oberflä­ chenabschnitt (34, 35) des Elements (11, 12) so ausgebildet ist, daß er das Werkstück (13) an der Ecke (51) der Öffnung (44) zusammendrückt, wenn die Hülse (12) in die Öffnung (44) hineingedrückt wird, um dadurch das Material des Werksatücks (13) kalt zu verfestigen und dessen Ermü­ dungs-Lebensdauer zu erhöhen.

2. Befestigungselement mit einer Mutter (10), einem die Mutter haltenden Korb (11), der aneinander gegenüberliegende Seitenwände (15, 16) und eine Bodenwand (14) hat, die die Seitenwände miteinander verbindet und die eine durchgehende Öffnung (21) aufweist, und mit einer Hülse (12), die einen Kopf (28) hat, der auf der Bodenwand (14) des Korbs (11) aufliegt, und die einen rohrförmigen Teil (29) hat, der sich von dem Kopf her erstreckt, wobei der rohrförmige Teil (29) einen ersten Teil mit relativ großem Außendurchmesser (34) hat, der sich durch die Öff­ nung (21) in der Bodenwand (14) des Korbs (11) erstreckt und im wesent­ lichen an der unteren Oberfläche (37) der Bodenwand (14) endet, und wobei der rohrförmige Teil (29) einen zweiten Teil mit relativ kleinem äußeren Durchmesser hat, der in Längsrichtung der Hülse (12) mit Ab­ stand gegenüber dem ersten Teil angeordnet und dazu bestimmt ist, in eine Öffnung (44) in einem Werkstück (13) einzutreten, dadurch gekennzeichnet, daß von dem ersten Teil (34) ein dritter Teil (35) aus­ geht, der den ersten und den zweiten Teil (34, 29) der Hülse (12) mit­ einander verbindet und der zum Eingriff mit dem Eckbereich (51) der Öffnung (44) in dem Werkstück (13) bestimmt ist, um das Material des Werkstücks (13) an der Ecke (51) zusammenzudrücken und kalt zu verfesti­ gen, wobei der zweite Teil (29) ein biegbares äußeres Ende (42) hat, das zum Umbiegen nach außen zur Bildung eines Flansches (63) bestimmt ist, der zum Halten des Befestigungselements an dem Werkstück (13) dient, und daß eine Vielzahl von abgerundeten Rippen (39) an dem zweiten Teil (29) sich in dessen Längsrichtung erstreckt, und zwar wenigstens von der Verbindungsstelle zwischen dem zweiten Teil (29) und dem dritten Teil (35) bis wenigstens zu dem biegsamen äußeren Ende (42) des zweiten Teils (29), um mit dem Material des Werkstücks (13) in Eingriff zu kom­ men und dieses zusammenzudrücken, wenn der zweite Teil (29) in einer Öffnung (44) in dem Werkstück aufgenommen wird, um die Ermüdungs-Lebens­ dauer des Werkstücks (13) zu erhöhen und eine Verdrehung der Hülse (12) in bezug auf das Werkstück (13) zu verhindern.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (39) sich in den dritten Teil (35) des rohrförmigen Teils der Hülse (12) hineinerstrecken.

4. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (39) sich in dem dritten Teil (35) der Hülse (12) in ihren Abmessungen in Richtung auf den ersten Teil (34) hin vermindern.

5. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (39) sich in Richtung auf den äußeren Endabschnitt (42) der Hülse (12) verjüngen.

6. Befestigungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende (41) der Rippen (39) sich in seiner Dicke zum äußeren Ende (42) der Hülse (12) hin verjüngt.

7. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Teil (35) abgerundet und konkav ist.

8. Befestigungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (34) der Hülse (12) im wesentlichen komplementär zu der Wand der Öffnung (21) in der Bodenwand (14) des Korbs (11) ist.

9. Verfahren zum Anbringen eines Befestigungselements an einem Werkstück derart, daß das Befestigungselement sich in bezug auf das Werkstück nicht verdrehen kann, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Zurverfügungstellung einer Anordnung mit einem Befestigungselement (10), das zum Eingriff mit einem zugehörigen Befestigungselement geeignet ist,
• - wobei eine Hülse (12) mit dem Befestigungselement verbunden ist und an einem Ende einen Kopf (28) aufweist,
• - Ausbildung von Rippen (39) auf der Hülse (12), die sich axial zu dieser erstrecken,
• - Zurverfügungstellung eines Werkstücks (13) mit einer zylindrischen Öffnung (44), die kürzer ist als die Länge der Hülse (12) und die einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser der Hülse (12) an den äußeren Spitzen der Rippen (39),
• - Eindrücken der Hülse (12) in die Öffnung (44) derart, daß die Rippen (39) in die Wand der Öffnung (44) eingebettet werden, so daß der Kopf (28) in Eingriff mit dem Werkstück (13) an einem Ende der Öffnung (44) gebracht wird, und zwar so, daß das äußere Ende (42) der Hülse (12) über das andere Ende der Öffnung (44) vorragt,
• - Aufweiten der Hülse (12) derart, daß wenigstens ein wesentlicher Teil ihrer äußeren Oberfläche gegen die Wand der Öffnung (44) gedrückt wird, um das Werkstück (13) an dieser Öffnung (44) zusammenzudrücken und kalt zu verfestigen, und
• - Umbiegen des äußeren Endes (42) des rohrförmigen Teils (29) der Hülse (12) nach außen zur Bildung eines Flansches (63), der das Werkstück (13) zur axialen Halterung der Hülse (12) an dem Werkstück (13) überlappt.

10. Verfahren zum Anbringen eines Befestigungselements an einem Werkstück derart, daß das Befestigungselement sich in bezug auf das Werkstück nicht verdrehen kann, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Zurverfügungstellung eines Befestigungselements, das zum Eingriff mit einem zugehörigen Befestigungselement bestimmt ist,
• - Herstellung einer Verbindung zwischen dem Befestigungselement (10) und einer Hülse (12),
• - wobei die Hülse (12) einen Kopf (28) an einem Ende und einen mit Ab­ stand von dem Kopf (28) angeordneten rohrförmigen Teil (29) hat, und wobei ein Verbindungsteil (35) vorgesehen ist, der eine äußere Ober­ fläche hat, die gegenüber dem Kopf (28) mit axialem Abstand angeordnet ist oder seitlich vorragt und die radial nach innen zu dem rohrförmigen Teil (29) hin geneigt ist,
• - Ausbildung von Rippen (39) auf dem rohrförmigen Teil (29), die sich in axialer Richtung erstrecken,
• - Zurverfügungstellung eines Werkstücks (13) mit einer zylindrischen Öffnung (44), die kürzer ist als die Länge des rohrförmigen Teils (29) und die einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser des rohrförmigen Teils (29) an den äußeren Spitzen der Rippen (39), und die eine Ecke (51, 64) an jedem Ende hat,
• - Eindrücken des rohrförmigen Teils (29) in die Öffnung (44) derart, daß die Rippen (39) in die Wand der Öffnung (44) eingebettet werden, wodurch dieselbe zusammengedrückt und kalt verfestigt wird, und so, daß die äußere Oberfläche des Verbindungsteils (35) an einer der Ecken (51) des Werkstücks (13) angreift, um dieses an dieser Ecke (51) zusam­ menzudrücken und kalt zu verfestigen, und so, daß das äußere Ende (42) des rohrförmigen Teils (29) über die andere Ecke (64) hinaus vor­ ragt,
• - Aufweiten des rohrförmigen Teils (29) derart, daß wenigstens ein wesent­ licher Teil seiner äußeren Oberfläche gegen die Wand der Öffnung (44) gepreßt wird,
• - Umbiegen des äußeren Endes (42) des rohrförmigen Teils (29) nach außen zur Bildung eines Flansches (63), der das Werkstück (13) übergreift, um die Hülse (12) axial an dem Werkstück (13) zu halten, und
• - Andrücken des rohrförmigen Teils (29) im Bereich der Unterseite bzw. Innenseite des Flansches (63) gegen die andere Ecke (64) des Werkstücks (13), um das Werkstück an der anderen Ecke (64) zusammenzudrücken und kalt zu verfestigen.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (39) so ausgebildet werden, daß sie sich wenigstens über die ganze Länge der Öffnung (44) in dem Werkstück (13) erstrecken, wenn die Hülse (12) in die Öffnung (44) in dem Werkstück (13) hineingedrückt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (39) zum äußeren Ende (42) der Hülse (12) hin verjüngt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil (29) der Hülse (12) so aufgeweitet wird, daß dessen äußere Oberfläche gegen die Wand der Öffnung (44) über im wesentlichen deren ganze Länge angepreßt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umbiegen des äußeren Endes (42) des rohrförmigen Teils (29) nach außen und zum Zusammendrücken und Kaltverfestigen der anderen Ecke (64) ein Werkzeugglied (57) vorgesehen wird, das eine Formoberfläche (59) auf­ weist, die gegen das äußere Ende (42) des rohrförmigen Teils (29) gedrückt wird, um zunächst das äußere Ende (42) des rohrförmigen Teils (29) nach außen zur Bildung eines Flansches (63) umzubiegen und dann in das Innere der Hülse (12) im Bereich des Flansches (63) einzugreifen.

15. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Verbindungsteils (35) mit einer abgerundeten konkaven Krümmung versehen ist und die erste Ecke (51) mit einer abge­ rundeten konvexen Krümmung versieht, wenn der Verbindungsteil (35) gegen die eine Ecke (51) gedrückt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (39) in den Verbindungsteil (35) hinein verlängert sind, und daß die Verlängerungsabschnitte (40) der Rippen (39) in die erste Ecke (51) des Werkstücks (13) eingebettet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil (29) allmählich von seinem äußeren Ende (42) her bis zu einer Stelle innerhalb seines äußeren Endes (42) aufgeweitet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufweiten des rohrförmigen Teils (29) ein Werkzeug (57) vorgesehen ist, das einen größeren Durchmesser als den Innendurchmesser des rohr­ förmigen Teils (29) aufweist und daß in den rohrförmigen Teil (29) von dessen äußerem Ende (42) her hineingedrückt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (57) so ausgebildet ist, daß es an einer Stelle eine ringförmige Aus­ bauchung (55) aufweist, die axial in bezug auf den rohrförmigen Teil (29) bewegt wird und die diesen fortschreitend aufweitet.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag­ glied (46, 61) in die Hülse (12) an deren einem Ende eingeführt wird, und daß das Werkzeug (57) mit einem Anschlag (56) versehen ist und in den rohrförmigen Teil (29) bis zu einer Stellung hineingedrückt wird, in der der Anschlag (56) an dem Werkzeug (57) in Eingriff mit dem Anschlagglied (46, 61) gelangt.

21. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung der Verbindung zwischen dem Befestigungselement (10) und der Hülse (12) ein Glied (11) ausgebildet wird, das einander gegenüber­ liegende Seitenwände (15, 16) hat, in denen Schlitze (19, 20) vorgesehen sind, und das eine Verbindungswand (14) aufweist, die eine durchge­ hende Öffnung (21) hat, wobei das Befestigungselement (10) mit nach außen vorragenden Laschen (25, 26) versehen wird, die sich in diese Schlitze (19, 20) hineinerstrecken, daß die Hülse (12) mit nach außen vorragenden Laschen (30, 31) versehen wird, die sich in diese Schlitze (19, 20) hineinerstrecken, und daß der Kopf (28) der Hülse (12) mit einem relativ kurzen Abschnitt (34) versehen wird, der sich zu dem Verbindungsteil (35) hin erstreckt, wobei dieser relativ kurze Ab­ schnitt (34) im wesentlichen mit der Länge der Öffnung (21) in der Verbindungswand (14) hergestellt und innerhalb dieser angeordnet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (21) in der Verbindungswand (14) kreisförmig ausgebildet wird und daß der re­ lativ kurze Abschnitt (34) zylindrisch und mit einer Abmessung ausgebil­ det wird, daß er im wesentlichen komplementär in der Öffnung (21) in der Verbindungswand (14) aufgenommen wird.