DE3521653C2 - - Google Patents
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- F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
- F16B19/05—Bolts fastening by swaged-on collars
Description
Die Erfindung betrifft einen Dorn für ein Befestigungselement des
jenigen Typs, welches einen Dorn und ein aufgepreßtes rohrförmiges
Glied aufweist. Solche Befestigungselemente werden üblicherweise dazu
benutzt, zwei oder mehr Werkstücke, wie beispielsweise Metallplatten
zu verbinden, welche gegeneinander ausgerichtete Löcher aufweisen,
durch die das Befestigungselement eingeführt wird.
Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Befestigungselementen. Bei
der ersten Art weist der Dorn einen radial erweiterten Kopf an seinem
einen Ende auf, wobei der Kopf an einer außenliegenden Fläche des
Werkstückes anschlägt, der Schaft des Dornes sich durch die Löcher
hindurcherstreckt und von der anderen außenliegenden Fläche des
Werkstückes hervorsteht, und wobei das rohrförmige Glied auf den her
vorstehenden Teil des Dorns aufgepreßt wird, so daß es an der ande
ren Fläche des Werkstückes anliegt und das rohrförmige Glied am Dorn
verriegelt. Solche Befestigungselemente sind allgemein als Verriege
lungsbolzen bekannt, und zum Setzen des Befestigungselementes ist
ein Zugang zu beiden Seiten des Werkstückes erforderlich.
Die zweite Art von Befestigungselementen erfordert einen Zugang zu
lediglich einer Seite der Werkstücke und ist daher als "Blind-Befe
stigungselement" bekannt. Bei dieser Art von Befestigern weist das
rohrförmige Glied einen vergrößerten Kopf an seinem einen Ende auf,
welcher an der näheren außenliegenden Fläche der Werkstücke anschlägt,
wobei sich das rohrförmige Glied durch die gegeneinander ausgerichte
ten Löcher hindurcherstreckt und jenseits der entfernt liegenden oder
blinden Außenfläche der Werkstücke hervorsteht. Der Dorn erstreckt
sich innerhalb des rohrförmigen Gliedes und kommt mit ihm am oder
nahe des Endes des rohrförmigen Gliedes, welches dem Kopf gegenüber
liegt, in Eingriff. Üblicherweise (jedoch nicht notwendigerweise)
weist der Dorn einen vergrößerten Kopf auf, welcher mit dem rohrför
migen Glied in Eingriff steht. Ein solcher Kopf weist üblicherweise
einen Durchmesser auf, welcher nicht größer ist als derjenige des
rohrförmigen Gliedes, um das Einfügen durch die gegeneinander ausge
richteten Löcher sowie das Füllen derselben mittels des rohrförmigen
Gliedes zu erleichtern. Anstelle des Versehens des Dornes mit einem
vergrößerten Kopf kann das rohrförmige Glied in eine Nut des Dornes
umgebogen werden. Der Dorn wird gezogen, um zu bewirken, daß sich
das entferntliegende Ende des rohrförmigen Gliedes in radialer Rich
tung vergrößert und den Blindkopf ausbildet, welcher an der entfernt
liegenden oder blinden Fläche der Werkstücke anschlägt. Das Kopfende
des rohrförmigen Gliedes wird dann auf den Dorn aufgepreßt, um den
Dorn am rohrförmigen Glied zu verriegeln.
Die vorliegende Erfindung wurde in erster Linie zur Anwendung an der
ersten Art von Befestigungselementen, d. h. an Verriegelungsbolzen,
entwickelt, und sie wird weiter unten im Detail in Bezug auf Verrie
gelungsbolzen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise
anwendbar auf Blind-Befestigungselemente der zweiten, oben beschrie
benen Art.
Um zu ermöglichen, daß das rohrförmige Glied auf den Dorn aufgepreßt
werden kann, ist der Dorn mit einer Anzahl von ringförmigen Nuten
(den Verriegelungsnuten) versehen, wobei das rohrförmige Glied in
eine oder mehrere dieser rohrförmigen Glieder (teilweise) mittels
eines ringförmigen Ambosses eingepreßt werden kann, welcher mit dem
Äußeren des rohrförmigen Gliedes in Eingriff steht, um das rohrför
mige Glied am Dorn zu verriegeln. Üblicherweise wird ein Setzwerkzeug
verwendet, bei welchem das Schwanzende des Dornes sich durch den
ringförmigen Amboß hindurcherstreckt, wo er mittels eines im Werkzeug
ausgebildeten Greifgerätes (beispielsweise einem Paar von Backen)
gegriffen werden kann, wobei das Werkzeug auch eine Zugeinrichtung
umfaßt, um die Greifeinrichtung gegen die durch den Amboß auf dem
rohrförmigen Glied aufgenommene Reaktionskraft zu ziehen.
Um es zu ermöglichen, daß die Greifeinrichtung das Schwanzende des
Dornes greifen kann, ist dieses üblicherweise mit einer Anzahl von
ringförmigen Nuten (den Zugnuten) versehen, mit denen die Greifein
richtung in Eingriff kommen kann, um den Dorn zu ziehen.
Nachdem es ein sich aus der Praxis ergebendes Erfordernis ist, daß
nach Beendigung des Aufpreßvorganges der Dorn an einer Position ab
bricht, welche im wesentlichen in einer Ebene mit dem außenliegenden
Ende des aufgepreßten rohrförmigen Gliedes liegt (die sogenannte
"Bedingung" "bündig brechen"), wurde der Dorn üblicherweise mit einer
Sollbruchstelle versehen, welche von einer ihn umgebenden ringförmi
gen Sollbruchstellen-Nut definiert ist und in Längsrichtung des Dorns
gesehen zwischen den Verriegelungsnuten und den Greifnuten liegt.
Die Sollbruchstelle muß der schwächste Teil des Dorns sein, so daß
die Sollbruchstellen-Nut tiefer als die Verriegelungsnuten und die
Greifnuten sein muß.
Das Vorsehen einer einzigen Sollbruchstellen-Nut, welche im wesent
lichen in einer Ebene mit dem außenliegenden Ende der aufgepreßten
Hülse angeordnet sein muß, um das bündige Abbrechen zu ermöglichen,
stellt schwerwiegende Begrenzungen an den Bereich der Gesamtdicke der
Werkzeuge (bekannt als "Greifbereich"), für den identische Befesti
gungselemente der gleichen Bauart zufriedenstellend geeignet sind.
Ein Greifbereich, der so groß wie möglich ist, stellt einen sehr be
deutsamen praktischen Vorteil solcher Befestigungselemente dar. Dem
entsprechend wurden von Zeit zu Zeit Vorschläge geäußert, die einzelne
Sollbruchstellen-Nut fortzulassen und statt dessen eine Anzahl von
Kombinations-Nuten vorzusehen, von denen eine jede in der Lage ist,
entweder als Verriegelungsnut oder als Sollbruchstellen-Nut zu wirken,
wobei diese so angeordnet sind, daß der Dorn an derjenigen dieser
Nuten bricht, welche im wesentlichen bündig mit dem äußeren Ende des
aufgepreßten rohrförmigen Gliedes ist. Auf diese Weise wird ein Be
reich von möglichen Positionen des auf den Dorn aufgepreßten rohrför
migen Gliedes ermöglicht, es hat sich jedoch in der Praxis schwierig
erwiesen, sicherzustellen, daß das Abbrechen des Dornes zuverlässig
am oder nahe des äußeren Endes der Hülse geschieht.
Eine vorgeschlagene Lösung dieses Problemes ist es gewesen, nach Be
endigung des Aufpressens eine seitwärts gerichtete bzw. Beuge-Kraft
am Schwanzende des Dornes anzuwenden, dies macht es jedoch erforder
lich, daß das Setzwerkzeug und/oder das Befestigungselement in spe
zieller Weise modifiziert wird. Eine weitere vorgeschlagene Lösung
bestand darin, Kombinations-Verriegelungs-Sollbruchstellen-Nuten vor
zusehen, welche an unterschiedlichen Positionen entlang des Dornes
eine unterschiedliche Querschnittsform aufwiesen. Dies kann jedoch
schwierig sein, zuverlässig herzustellen, teilweise aufgrund der
praktischen Beschränkungen des Walzverfahrens, aufgrund dessen solche
Dorne üblicherweise hergestellt werden. Weiterhin müssen zwischen
einer jeden solchen Nut und der nächsten signifikante Unter
schiede sein, damit ein solches System wirksam ist. Solche Unter
schiede sind natürlich kumulativ entlang aufeinanderfolgender Nuten,
und der Abstand ist, abgesehen von den begrenzenden Fällen der Quer
schnittsform der Nut, die richtig sowohl als Verriegelungsnut als
auch als Bruch-Nut funktionieren wird, die Grenze der Zunahme des
Griff-Bereichs.
In der Praxis wurde auch herausgefunden, daß es wünschenswert ist,
die Dimensionen des Durchmessers der Sollbruchstelle unterhalb eines
bestimmten Verhältnisses zu der Dimension der Ganghöhe der Nuten
(d. h. dem Abstand zwischen benachbarten Sollbruchstellen) zu halten.
Bei Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik mit Kombination von
Verriegelungs- und Sollbruchstellen-Nuten hat dies zu Schwierigkeiten
geführt, nachdem aus dem Ansteigen der maximalen Tiefe der Nuten bei
gleichzeitigem Konstanthalten des Gangunterschiedes zu Nut-Quer
schnittsformen führt, welche die Wirksamkeit der Verriegelung zwi
schen der aufgepreßten Hülse und dem Dorn vermindern kann, wodurch
die Haltekraft der erzeugten Verbindung geschwächt wird.
Diese Probleme würden noch zunehmen, wenn gewünscht werden sollte,
eine einzige Ausbildung eines Nut-Querschnittes vorzusehen, welcher
auch als Zugnut wirken könnte, so daß eine jede Nut eine Kombination
einer Verriegelungs-, Sollbruchstellen- und Zug-Nut ist.
Als nächstliegender Stand der Technik wird hierbei die deutsche Of
fenlegungsschrift DE 32 02 280 angesehen. Diese zeigt einen
Dorn für ein aus einem Dorn und einem aufgepreßten, rohrförmigen Teil be
stehendes Befestigungselement, bei welchem der Dorn eine Vielzahl ring
förmiger, kombinierter Verriegelungs- und Sollbruchstellennuten aufweist,
wobei der rohrförmige Teil auf eine oder mehrere der ringförmigen Nuten
zur Verriegelung aufpreßbar ist, wobei die ringförmigen Nuten jeweils zwei
Seitenwandungen und jeweils einen Boden aufweisen, und wobei mindestens
eine der Seitenwandungen der ringförmigen Nuten mindestens so steil gegenüber
der Dornachse angeordnet ist, daß nach erfolgter Verriegelung das äußere
Ende des aufgepreßten, rohrförmigen Teils auf diese Seitenwandung
derjenigen ringförmigen Nut, welche als äußerste von dem äußeren Ende
im wesentlichen vollständig ausgefüllt ist, eine Axialspannung ausübt,
welche in Zusammenwirkung mit der durch das Setzwerkzeug auf den Dorn
ausgeübten Axialspannung zum Bruch des Dorns in dieser Nut führt.
Der Dorn bricht bei dieser Anordnung nach erfolgter Verriegelung in der
jenigen Nut, welche als äußerste von dem äußeren Ende des aufgepreßten,
rohrförmigen Teils im wesentlichen vollständig ausgefüllt ist. Auf die
äußere Seitenwandung dieser Nut wird in Zusammenwirkung mit der vom Setz
werkzeug auf den Dorn ausgeübten Axialspannung eine unkompensierte Axial
spannung durch den aufgepreßten, rohrförmigen Teil ausgeübt.
Diese Axialspannung ist deshalb unkompensiert, weil die
nächstäußere Nut von dem aufgepreßten, rohrförmigen Teil nicht im wesent
lichen vollständig ausgefüllt ist und daher auch keine entgegengesetzte
Axialspannung auf die innenliegende Seitenwandung dieser nächstäußeren
Nut ausgeübt wird.
Bei dieser bekannten Anordnung ist mindestens eine der beiden Seitenwandungen
einer jeweiligen kombinierten Verriegelungs- und Sollbruchstellennut so steil
gegenüber der Dornachse angeordnet, daß die unkompensierte, vom aufgepreßten,
rohrförmigen Teil ausgeübte Axialspannung in Zusammenwirkung mit der vom
Setzwerkzeug auf den Dorn ausgeübten Axialspannung stark genug ist, daß es
an der vorgesehenen Nut zum Bruch des Dorns kommt.
Der große Nachteil bei dem bekannten Dorn liegt darin, daß die kombinierten
Verriegelungs- und Sollbruchstellennuten insbesondere wegen der Sollbruch
funktion derart tief sein müssen, daß es zu Schwierigkeiten bei der voll
ständigen Ausfüllung der Nuten durch das aufgepreßte, rohrförmige Teil
kommt. Das rohrförmige Teil muß daher aus einem derart weichen Material
hergestellt sein, daß die Fließfähigkeit beim Aufpressen groß genug ist, um
die Nuten vollständig auszufüllen. Ohne diese vollständige Ausfüllung wäre
die auf die Seitenwandungen ausgeübte Spannung zu schwach, um die Soll
bruchfunktion zu erfüllen. Der Nachteil eines Dorns, auf welchen ein
derart weiches rohrförmiges Teil aufgepreßt werden mußt, liegt darin, daß
die eigentliche Verriegelungsfunktion nur ungenügend gewährleistet ist.
Das Befestigungelement führt hierbei zu einer zu schwachen Verbindung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Befestigungselement bereitzustellen,
bei welchem der Dorn an der gewünschten Sollbruchstelle zuverlässig
abbricht, bei dem aber eine ausreichend starke Befestigung gewährleistet
ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche 2 bis 6 enthalten besonders vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung.
Im folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung
sowie einige Modifikationen beispielsweise unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch ein Befestigungselement
mit einem erfindungsgemäßen Dorn, der durch gegeneinander
ausgerichtete Löcher in den zu verbindenden Werkstücken hin
durchgeführt ist, wobei sich ein Setzwerkzeug in anfänglichem
Eingriff mit dem Befestigungselement befindet,
Fig. 2 und 3 vergrößerte Teilschnittansichten durch die Nuten des Dornes
gemäß Fig. 1, woraus die Form der Nuten ersichtlich wird,
Fig. 4, 5 u. 6 eine Folge von Ansichten ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1, wo
bei jedoch die Folge des Setzens dargestellt ist vom anfängli
chen Einpressen bis zum Abschließen des Einpressens und zum
Abbrechen des Dorns,
Fig. 7 eine Ansicht entsprechend Fig. 6, wobei jedoch die Anwendung
der Erfindung an einer anderen Art von Befestigungselement
dargestellt ist, und
Fig. 8 bis 11 ähnliche Darstellung wie in Fig. 2, wobei jedoch mehrere mög
liche alternative Formen der Nut dargestellt sind.
Bei dem in Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das
Befestigungselement von der eingangs genannten ersten Art, die allge
mein als Verriegelungsbolzen bekannt ist. Das Befestigungselement um
faßt einen Dorn 10 zusammen mit einem getrennten rohrförmigen Glied
in Form einer Hülse 12, die beide aus Stahl bestehen. Der Dorn 10
umfaßt einen langgestreckten Schaft 14, der einen radial vergrößerten
Kopf 16 aufweist, der mit dem Schaft an einem Ende einstückig ausge
bildet ist. Mit Ausnahme eines kurzen zylindrischen Abschnittes 18
unmittelbar neben dem Kopf und einer kurzen Abschrägung oder Neigung
20 am entferntliegenden freien Ende des Schaftes (d. h. am Schwanz
ende des Schaftes) ist der Rest der Länge des Schaftes mit einer
Vielzahl von im wesentlichen identischen, ringförmigen Kombinations-
Verriegelungs-, Sollbruchstellen- und Zug-Nuten 22 versehen, deren
Form in größerem Detail in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Diese
identischen Kombinations-Nuten erstrecken sich daher fast über die
gesamte Länge des Dorn-Schaftes.
Wie in den Fig. 2 und 3, welche den Querschnitt der Nuten darstellen,
besser gezeigt ist, ist bei jeder der Kombinations-Nuten 22 ein radi
al äußerer Teil 24 und ein radial innerer Teil 26 vorgesehen. Der
radial innere Teil 26 umfaßt zwei Seitenwände 28a, 28b auf gegenüber
liegenden Seiten der Nuten, welche sich bis zum Boden 30 der Nut er
strecken. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Form des Bodens
30 der Nut einen Kreisbogen, wobei die unmittelbar anschließenden
Teile einer jeden Seitenwandung eine V-Form bilden, wobei diese Teile
in weitere Teile übergehen, die im wesentlichen zueinander parallel
sind und unter rechtem Winkel zur Längsrichtung des Dornes verlaufen.
Der radial äußere Teil 24 einer jeden Nut umfaßt zwei Seitenwände 32a,
32b, welche voneinander beabstandet sind, um diesen Teil 24 der Nut zu defi
nieren, in den die Hülse hineingepreßt werden kann, wie weiter unten
beschrieben werden wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sei
tenwände 32a, 32b unter einem bestimmten Winkel zueinander geneigt,
wobei die Seitenwände 32a bzw. 32b im wesentlichen parallel sind zu
den innersten Teilen der Seitenwände 28a bzw. 28b, welche nahe dem
Nutboden 30 eine V-Form bilden. Eine jede Seitenwand 32a, 32b defi
niert eine Seite einer der ringförmigen Rippen 34, von denen eine
jede den äußeren Teil einer Kombinationsnut 22 von der nächsten, be
nachbarten Nut teilt. Die Form des Scheitels 36 einer jeden Rippe
ist kreisbogenförmig, wobei dieser Kreisbogen in die beiden Seiten
wandungen übergeht.
Zwischen der radial äußeren Kante der Seitenwandung 28a des inneren
Teils einer jeden Nut und der radial inneren Kante der benachbarten
Seitenwand 32a des radial äußeren Teiles ist eine Diskontinuität vor
handen. Diese Diskontinuität weist die Form einer Schulter oder Stu
fenfläche 38a auf, die in Richtung über die Breite der Nut und ent
lang der Länge des Dorns eine Versetzung darstellt, so daß die äußere
Seitenwand 32a von der inneren Seitenwand 28a in eine Richtung weg
von der gegenüberliegenden Seitenwand 28b, 32b versetzt ist. Diese
andere Seitenwand weist ebenfalls eine ähnliche Diskontinuität auf,
und zwar in Form einer Schulter oder Stufenfläche 38b, welche die
äußere Seitenwand 32b von der benachbarten inneren Seitenwand 28b
in Richtung über die Breite der Nut und weg von der gegenüberliegen
den Seitenwandung 28a, 32a versetzt.
Aus den Fig. 2 und 3 wird deutlich, daß die Querschnittsform einer
jeden Nut spiegelsymmetrisch ausgebildet ist um eine imaginäre
Ebene unter rechten Winkeln zu der Längsrichtung des Dorns und durch
den Boden 30 der Nut hindurch. Die beiden Stufen 38a, 38b sind in
radialer Richtung gesehen auf gleicher Höhe und befinden sich in
einer radialen Position annähernd in der Mitte zwischen dem Nutboden
30 und dem Rippenscheitel 36.
Es kann jedoch die Querschnittsform einer jeden Nut und die Form der
Diskontinuität oder der Diskontinuitäten zwischen den benachbarten
Seitenwandteilen unterschiedlich sein, wie weiter unten beschrieben
werden wird.
Zurückkommend auf Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Befestigungselement
auch die weiter oben erwähnte Hülse 12 umfaßt. Diese weist im allge
meinen zylindrische Form auf mit einem sich nach außen erstreckenden
Flansch 40 an einem Ende, welcher dazu dient, an einer der Werkstück
flächen anzuschlagen. Die Hülse befindet sich in Spielpassung über
den Rippenscheiteln des Dornes 10 und ihre axiale Länge ist ausrei
chend, um eine Anzahl von benachbarten Nuten auf dem Dorn zu über
decken, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ungefähr sechs
oder sieben Nuten.
Das verwendete Ziehwerkzeug 44 ist von der zum Setzen von Verriege
lungsbolzen üblichen Ausführungsart. Es weist einen ringförmigen
Einpreßamboß 46 auf, der sich von dem Nasenabschnitt 48 des Werkzeu
ges nach vorne erstreckt. Der Amboß 46 weist eine zentrale, kegel
stumpfförmig ausgebildete Öffnung bzw. Maul 50 auf, welches einen
ersten, relativ stark abgeschrägten Teil 52 an seinem äußeren
Ende und einen zweiten, weniger steil abgeschrägten Teil 54 hinter
dem Teil 52 aufweist. Der äußere abgeschrägte Teil 52 ist so ausge
bildet, daß der Außendurchmesser des zylindrischen Teils der Hülse 12
gerade in der Lage ist, dessen weiteres Ende zu betreten. Das Werk
zeug umfaßt auch eine Greif- und Zugeinrichtung, die von Backen 56
gebildet ist, welche in einem Backenlager 58 getragen sind. Die Bak
ken weisen Zähne von geeigneter Form auf, um in die äußeren Teile 24
der Kombinations-Nuten 22 des Dorns des Verriegelungsbolzens einzu
greifen. Eine Betätigung des Zugwerkzeuges bewirkt, daß die Backen
56 mit den Nuten des Dorns in Eingriff kommen und den Dorn bezüglich
auf den Dorn auszuüben.
Das Verfahren zum Benutzen des Befestigungselements wird nun unter
Bezugnahme auf die Fig. 1, 4, 5 und 6 beschrieben.
Der Verriegelungsbolzen wird dazu verwendet, zwei Metallplatten 60,
62, zwischen denen anfänglich ein Zwischraum 64 sein kann, mitein
ander zu verbinden. In den beiden Platten sind gegeneinander ausge
richtete Löcher 66, 68 vorgesehen, wobei diese Löcher kreisförmigen
Querschnitt und einen Durchmesser aufweisen, der eine Spielpassung
mit dem Dornschaft 14 darstellt, jedoch kleiner als der Durchmesser
des Dornkopfes 16 und des Hülsenflansches 40 ist. Der Dorn 10 wird
von der Rückseite der Platten (d. h. in der Fig. 1 von links) einge
führt, bis der Kopf 16 des Dorns an der entsprechenden Rückseite 70
der rückwärtigen Platte 60 anliegt und das freie Ende des Schaftes
14 von der vorderen oder naheliegenden Seite 72 der anderen Platte
62 vorsteht. Die Hülse 12 wird über den Schaft geschoben und entlang
des Schaftes gedrückt, bis der Flansch 40 an der Vorderseite 72 der
vorderen Platte anschlägt. Das Ziehwerkzeug 44 wird zum vorstehenden
Schaft geführt, so daß der Schaft das Maul 50 des Amboß betritt und
zwischen die Backen 56 gelangt. Das Werkzeug wird nach vorne gedrückt,
bis der äußere Teil 52 des Amboß das äußere Ende der Hülse 12
kontaktiert. Das Ziehwerkzeug 44 wird dann betätigt, so daß zunächst
die Backen 56 schließen und den Dorn ergreifen, wobei die Zähne der
Backen die radial äußeren Teile 24 derjenigen Kombinationsnuten 22
auf dem Dorn betreten, welche zwischen den Zähnen liegen. Dies ist
die in Fig. 1 dargestellte Position.
Bei weitergehender Betätigung des Werkzeuges werden die Backen bezüg
lich des Amboß zurückgezogen. Nachdem sich die Backen in Eingriff
mit den Dorn-Nuten befinden und der Dorn sich aufgrund seines Ein
griffes seines Kopfes 16 mit der Plattenfläche 17 nicht bewegen kann,
wird der Amboß 46 nach vorne getrieben, d. h. in den Fig. 1, 4, 5
und 6 nach links. Hierdurch wird die vordere Platte 62 nach hinten
gedrückt, wodurch der Zwischenraum 64 geschlossen wird, bis die bei
den Platten 60, 62 aneinander anschlagen.
Nun beginnt der abgeschrägte äußere Teil 52 des Amboßmauls, über die Hülse
12 getrieben zu werden. Hierdurch wird die Hülse radial nach innen
deformiert, so daß die Hülse zumindest in die radial äußeren Teile
derjenigen Kombinations-Nuten 22 eingepreßt wird, welche innerhalb
der Hülse liegen. Fig. 4 zeigt ein frühes Stadium bei diesem Prozeß,
wobei der Endteil der Hülse 12 in die erste Nut innerhalb des Endes
der Hülse eingepreßt wird.
Eine weitere Betätigung des Setzwerkzeuges bewirkt, daß der Amboß 46
weiter über die Hülse getrieben wird, wobei eine größere Länge der
Hülse 12 in die radial offenliegenden Teile aufeinanderfolgender
Kombinations-Nuten 22 im Dorn eingetrieben wird. Fig. 5 zeigt eine
Position, bei der das Einpressen abgeschlossen ist und die Hülse
nicht mehr weiter deformiert werden kann.
Die Hülse wurde in die radial äußeren Teile dieser Kombinations-
Nuten in einem Maß eingepreßt, welches nicht das gleiche für alle
Nuten ist, sondern progressiv zum Flansch 40 der Hülse hin, d. h. weg
vom äußeren Ende des Dorns abnimmt. Die nach vorne gerichtete Bewe
gung des Amboß 46 mit seinem abgeschrägten Maul 50, die progressiv
entlang der Hülse 12 erfolgt ist, hat eine leichte Längung der Hülse
bewirkt. Nachdem das rückwärtige Ende der Hülse in den Nuten auf dem
Dorn verriegelt ist, hat dies den Effekt, den Flansch 40 des Dorns
nach vorne zu pressen, so daß die Platten 60 und 62 zwischen dem
Dornkopf 16 und dem Hülsenflansch 40 zusammengedrückt werden, wenn
die Hülse vollständig eingepreßt worden ist, wobei im Dorn eine Span
nung verbleibt. Zusätzlich ist es möglich, daß die Hülse an ihrem
Schwanzende oder freien Ende geringfügig länger wird. Dies ist in
Fig. 5 dargestellt, wobei das Ende 74 der Hülse sich geringfügig
nach hinten über die Nut erstreckt hat, in der es anfänglich in Fig.
4 lag. Nachdem die Hülse nicht weiter verformt werden kann, bewirkt
ein erhöhter Zug auf den Dorn, resultierend aus einer fortdauernden
Betätigung des Zugwerkzeugs, ein Brechen des Dorns. Es wurde heraus
gefunden, daß dieser Bruch an derjenigen Kombinations-Nut 22 des
Dorns auftritt, welche am oder neben dem Schwanzende 74 der Hülse
liegt, so daß das gewünschte "bündig brechen"-Resultat erzielt wird.
Nachdem alle Kombinationsnuten die gleiche maximale Tiefe aufweisen,
d. h. der Durchmesser einer jeden Sollbruchstelle ist der gleiche,
sollten alle Sollbruchstellen die gleiche Stärke aufweisen. Es wird
davon ausgegangen, daß der Bruch an derjenigen Nut auftritt, die die
maximale zusätzliche Spannung aufweist, die ihr mittels des Materials
zugeführt wird, welches von der eingepreßten Hülse stammt, wobei die
ses Material die beiden Rippen, die auf beiden Seiten der Nut ange
ordnet sind, keilförmig auseinandertreibt. Diese zusätzliche Spannung
wird an der dem Schwanzende zugewandten Nut am stärksten sein, bei
der das eingepreßte Hülsenmaterial die äußerste Nut im wesentlichen
vollständig betritt, um einen solchen Keileffekt zu bewirken. Bei
Betrachtung von zwei nebeneinanderliegenden Nuten 22, in die die
Hülse in gleichem oder im wesentlichen gleichen Ausmaß eingepreßt
ist, ist festzustellen, daß die auf diejenige Rippe, welche zwischen
den Nuten angeordnet ist, einwirkende resultierende Kraft sehr gering
ist, da die beiden Keilkräfte im wesentlichen gleich sind. Beim äuße
ren Ende der vollständig eingepreßten Hülse jedoch ist eine ringför
mige Rippe vorhanden, bei der die Axialkraft im wesentlichen unbalan
ciert ist. Die hieraus resultierende Axialkraft wird in Richtung zum
Schwanzende des Dornes hin gerichtet sein, und zwar aufgrund der Ab
wesenheit oder des relativ geringen Ausmaßes von Hülsenmaterial, wel
ches in die Nut an der schwanzseitig gelegenen Seite der Rippe einge
preßt ist, verglichen mit demjenigen Material, welches in die Nut an
der anderen Seite der Rippe, d. h. an der Seite zum Kopf hin, einge
preßt ist. Folglich wird davon ausgegangen, daß die zusätzliche
Axialkraft am größten ist an derjenigen Nut, welche an derjenigen
Seite der zuvorgenannten Rippe angeordnet ist, welche sich zum Kopf
hin befindet, und der Dorn bricht an dieser Sollbruchstelle.
Fig. 6 zeigt die Position unmittelbar nach dem Bruch, wobei der
schwanzseitig gelegene Teil 15 des Dornes vom Rest getrennt ist und
der Amboß 46 frei von der vollständig eingpreßten Hülse ist. Der
Dorn ist an derjenigen Nut gebrochen, die gerade innerhalb des
äußeren Endes 74 der eingepreßten Hülse liegt, wobei eine gebrochene
Fläche 76 zurückgelassen wird.
In Abhängigkeit von der präzisen Beziehung des Schwanzendes 74 der
vollständig eingepreßten Hülse in Bezug auf die Kombinations-Nut, an
der es gelegen ist, und zwar in Längsrichtung des Dornes gesehen,
kann der Bruch innerhalb, in einer Ebene mit oder gerade außerhalb
des Schwanzendes der vollständig eingepreßten Hülse auftreten.
Fig. 8, 9, 10 und 11 zeigen mögliche alternative Formen von Quer
schnitten von Kombinations-Nuten.
In Fig. 8 hat der radial innere Teil 26 der Nut im wesentlichen
parallele Seitenwände 28a, 28b, die sich im wesentlichen in radialen
Ebenen durch den Dorn erstrecken, so daß dieser Teil der Nut von im
wesentlichen konstanter Dicke ist. Der radial äußere Teil 24 hat
zwei Seitenwände 32a, 32b, welche voneinander weg nach außen und zu
einer radialen Ebene durch den Dorn geneigt sind, und eine jede
Rippe 34 weist einen flachen Scheitel 36 auf. Bei diesem Ausführungs
beispiel ist die Diskontinuität zwischen den inneren und äußeren
Seitenwänden eine Diskontinuität der Richtung, nachdem zwischen be
nachbarten Seitenwänden des radial inneren Teils und des radial äuße
ren Teils ein abrupter Wechsel in der Neigung besteht, jedoch keine
Versetzung. Zwischen den gegenüberliegenden Wänden 28b, 32b ist
eine ähnliche Diskontinuität.
Fig. 9 zeigt eine Nut, bei der die Verbindung zwischen einer jeden
äußeren Wand 32a, 32b und der danebenliegenden radial inneren Wand
28a, 28b an den gegenseitigen Verbindungsstellen, die Form einer
relativ kleinen Versetzung zusammen mit einer Änderung der Neigung
einnimmt, d. h. eine Kombination der Merkmale der Nuten gemäß Fig. 2
und Fig. 8. Im Falle von Fig. 9 weist die Seitenwand 32a, die an
der dem Kopf näherliegenden Seite der Nut angeordnet ist (links, wie
in Fig. 9 dargestellt), eine größere Neigung bezüglich der Längsachse
des Dornes auf als die Seitenwandung 32b, welche an der vom Dornkopf
weiter entfernten Seite der Nut ausgebildet ist.
In Fig. 10 ist die Anordnung ähnlich, die Form der Nut ist jedoch
umgekehrt, so daß die Neigungsmaße der Seitenwände 32a, 32b unterein
ander ausgetauscht sind.
Fig. 11 zeigt eine weitere mögliche Nutform. Diese ist in bestimmtem
Umfang derjenigen in Fig. 2 gezeigten ähnlich, da die Seitenwände 28a
und 32a eine Versetzungsdiskontinuität an ihrer Verbindungsstelle
aufweisen, die von einer Schulter 38a gebildet wird. Die gegenüber
liegenden Seitenwände 28b, 32b weisen jedoch zwischen sich keine
Diskontinuität auf, weder in Form einer Versetzung noch in Form einer
unterschiedlichen Neigung.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines
Blind-Befestigungselements der zweiten, eingangs genannten Art. Das
rohrförmige Glied ist hier von der Hülse 80 eines Blindniets gebildet,
wobei der Dorn 82 in die Hülse eingezogen wird, um die Hülse zu de
formieren, um einen Blindkopf 84 zu bilden. Das äußere Ende der Hülse
weist einen vorgeformten Kopf 86 auf, von dem ein Teil in die Nuten
88 auf dem Dorn eingepreßt wird, um den Dorn an der Hülse zu verrie
geln. Die Nuten können jede beliebige der vorstehend beschriebenen
Formen aufweisen.
Ein Vorteil der vorstehend beschriebenen und dargestellten Kombina
tions-Nuten besteht darin, daß sie es ermöglichen, daß die maximale
Tiefe der Nut an ihrem radial innersten Teil bei ein gewünschten Wert
gewählt werden kann, ohne notwendigerweise die Form des radial äußeren
Teils der Nut zu ändern. Dies bedeutet, daß innerhalb gewisser Grenzen
die Tiefe der Brechnuten und folglich der Sollbruchstellen-Durchmesser
und damit die Brechkraft des Dorns bei einem gewünschten Wert gewählt
werden kann, während die Form des radial äußeren Teils der Nut und
insbesondere der Abstand zwischen seinen Seitenwandungen, der Nei
gungswinkel einer jeden Seitenwand und der Abstand zwischen benach
barten Nuten bei der jeweils optimalen Anordnung belassen werden kann,
um die eingepreßte Hülse aufzunehmen und mit ihr in Eingriff zu kommen
und/oder um die Zähne der Backen des Zugwerkzeuges aufzunehmen und mit
diesen in Eingriff zu kommen. Bei den Kombinations-Nuten gemäß dem
Stand der Technik, welche nach bestem Wissen und Glauben der Anmelde
rin allesamt einen V-förmigen Querschnitt aufweisen (entweder symme
trisch oder asymmetrisch) oder Serpentinenform (d. h. annähernd
sinusförmig), und ohne jedwede Diskontinuität in den Seitenwandungen
des Nut-Querschnitts, bewirkt eine Änderung der maximalen Nuttiefe
auch eine Änderung der Form desjenigen Teiles der Nut, welcher mit
der eingepreßten Hülse und/oder mit den Zähnen der Backen des Zugwerk
zeuges in Eingriff kommt. Weiterhin erforderten bei solchen Nuten ge
mäß dem Stand der Technik die Beschränkungen des Walzverfahrens
(welches ähnlich ist dem wohlbekannten "Gewindewalz"-Verfahren mit
der Ausnahme, daß anstelle von Schraubengewinden ringförmige Nuten
gebildet werden, daß die gewählte Tiefe der Nut und die gewählte
Ganghöhe der Nut im Verhältnis zueinander außerhalb eines gewissen
begrenzten Bereiches nicht variiert werden konnten. Die in den Fi
guren dargestellten Nutformen ermöglichen es, daß diese Beschränkung
ganz wesentlich reduziert wird und daß der erlaubte Bereich vergrö
ßert wird.
Bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 beispielsweise beschriebenen Dorn
sind sämtliche Nuten über die gesamte Länge des Dornes identische
Kombinations-Verriegelungs-, Brech- und Zug-Nuten. Dies ergibt den
größten Griffbereich (d. h. Bereich der gesamten Dicke der Werkstücke,
welche eine bestimmte Ausführungsform und Größe eines Befestigungs
elements zufriedenstellend verbinden kann), nachdem die Backen des
Setzwerkzeuges nicht dahingehend beschränkt sind, wie weit sie zum
Dornkopf hin mit den Nuten in Eingriff kommen können (d. h. unge
schränkter minimaler Griff), der minimale Griff ist vielmehr nur
durch die praktisch minimale Plattendicke und die praktische
minimale Hülsenlänge bestimmt. Gleichzeitig ist die Position derjeni
gen Nut, bei der der Bruch auftritt, in Richtung weg vom Dornkopf
unbeschränkt (d. h. unbeschränkter maximaler Griff), und lediglich
abhängig von der Anzahl der vom Setzwerkzeug aufgenommenen Nuten.
Diese beiden Beschränkungen bedeuten, daß eine gewisse Anzahl von
Nuten nahe dem Dornkopf und eine gewisse Anzahl von Nuten nahe dem
Schwanzende des Dornes nicht notwendigerweise in der Lage sein müssen,
als Sollbruchstellen-Nuten zu wirken. Die Anmelderin ist jedoch der
Auffassung, daß die Dorn-Nuten mittels eines Walzvorganges leichter
herzustellen sind, wenn alle im Dorn zu walzenden Nuten identischen
Querschnitt aufweisen.
Die Erfindung ist nicht auf Details der vorstehenden Ausführungsbei
spiele beschränkt. Beispielsweise müssen Dorn und Hülse nicht notwen
digerweise aus Stahl sein, sie könnten vielmehr aus jedwedem anderen
geeigneten Material, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, gefer
tigt sein.
Claims (6)
1. Dorn für ein aus einem Dorn und einem aufgepreßten,
rohrförmigen Teil bestehendes Befestigungselement, bei wel
chem der Dorn eine Vielzahl ringförmiger, kombinierter Ver
riegelungs- und Sollbruchstellennuten aufweist, wobei das
rohrförmige Teil auf eine oder mehrere der ringförmigen
Nuten zur Verriegelung aufpreßbar ist, wobei die ringför
migen Nuten jeweils zwei Seitenwandungen und jeweils einen
Boden aufweisen, und wobei mindestens eine der Seitenwan
dungen der ringförmigen Nuten mindestens so steil gegen
über der Dornachse angeordnet ist, daß nach erfolgter Ver
riegelung das äußere Ende des aufgepreßten, rohrförmigen
Teils auf diese Seitenwandung derjenigen ringförmigen Nut,
welche als äußerste von dem äußeren Ende im wesentlichen
vollständig ausgefüllt ist, eine Axialspannung ausübt, wel
che in Zusammenwirkung mit der durch das Setzwerkzeug auf
den Dorn ausgeübten Axialspannung zum Bruch des Dorns in
dieser Nut führt, dadurch gekennzeich
net, daß die ringförmigen, kombinierten Verriegelungs
und Sollbruchstellennuten (22) jeweils einen radial inneren
Teil (26) und einen radial äußeren Teil (24) aufweisen, indem
im Boden der kombinierten Verriegelungs- und Sollbruchstellen
nuten (22) eine weitere Nut (28a, 28b, 30) ausgebildet ist,
welche den radial innenliegenden Teil (26) bildet, daß der
radial innere Teil (26) einen weiteren Boden (30) und
zwei weitere Seitenwandungen (28a, 28b) aufweist, daß der
radial äußere Teil (24) die beiden Seitenwandungen (32a, 32b)
zur Aufnahme des aufgepreßten, rohrförmigen Teils (12 oder
80) aufweist, daß mindestens an einer Seite jeweils einer
ringförmigen Nut (22) zwischen der radial äußeren Kante
der weiteren Seitenwandung (28a oder 28b) des radial inneren
(32a oder 32b) des radial äußeren Teils (24) eine Stufe oder Un
stetigkeit im Wandverlauf vorgesehen ist, und daß die weiteren Seitenwandungen
(28a, 28b) des radial inneren Teils (26) gegenüber der Achse
des Dorns mindestens ebenso steil angeordnet sind wie die
Seitenwandungen (32a, 32b) des radial äußeren Teils (26).
2. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stufe durch einen zylindrischen
Abschnitt (38a oder 38b) des Bodens des radial äußeren
Teils (24) zwischen der radial inneren Kante einer der beiden
Seitenwandungen (32a, 32b) des radial äußeren Teils (24) und
der radial äußeren Kante der benachbarten weiteren Seitenwan
dung (28a oder 28b) des radial inneren Teils (26) in Richtung
über die Breite der Nut (22) und längs des Dorns (10) gebil
det wird.
3. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens an einer Seite jeweils einer
ringförmigen Nut (22) die radial innere Kante der Seitenwan
dung (32a oder 32b) des radial äußeren Teils (24) unmittelbar
an die radial äußere Kante der weiteren Seitenwandung (28a
oder 28b) des radial inneren Teils (26) anschließt, und daß
die Unstetigkeit im Wandverlauf lediglich von einem Unterschied zwischen
den Neigungen der Seitenwandung (32a oder 32b) des radial
äußeren Teils (24) und der benachbarten weiteren Seitenwan
dungen (28a oder 28b) des radial inneren Teils (26) bezüglich
der Dornachse gebildet wird.
4. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stufe oder Unstetigkeit im Wandverlauf
sowohl von einem zy
lindrischen Abschnitt (38a oder 38b) des Bodens des radial
äußeren Teils (24) zwischen der radial inneren Kante einer
der beiden Seitenwandungen (32a, 32b) des radial äußeren
Teils (24) und der radial äußeren Kante der benachbarten wei
teren Seitenwandung (28a oder 28b) des radial inneren Teils
(26) in Richtung über die Breite der Nut (22) und längs des
Dorns (10) als auch von einem Unterschied zwischen den Nei
gungen der Seitenwandung (32a oder 32b) des radial äußeren
Teils (24) und der benachbarten weiteren Seitenwandung (28a
oder 28b) des radial inneren Teils (26) bezüglich der Dorn
achse gebildet wird.
5. Dorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß bei den jeweiligen ring
förmigen, kombinierten Verriegelungs- und Sollbruchstellen
nuten (22) zwischen den radial inneren Kanten beider Seiten
wandungen (32a, 32b) des radial äußeren Teils (24) und den
radial äußeren Kanten der jeweiligen benachbarten weiteren
Seitenwandungen (28a, 28b) des radial inneren Teils (26)
Stufen oder Unstetigkeitsstellen im Wandverlauf vorgesehen sind.
6. Dorn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die ringförmigen, kombinier
ten Verriegelungs- und Sollbruchstellennuten (22) über die
volle Länge des Dorns (10) bis zu dessen äußerem Ende (20)
angeordnet, und daß die Verriegelungs- und Sollbruchstellen
nuten (22) gleichzeitig als Greif- und Zugnuten für den Ein
griff des Setzwerkzeuges ausgebildet sind.
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