DE102005053987B4

DE102005053987B4 - A shape memory alloy fastener and method of attaching such fastener in at least one workpiece

Info

Publication number: DE102005053987B4
Application number: DE102005053987A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. Hoffmann; Piet WÖLCKEN
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: DE102005053987A1

Abstract

Befestigungselement, umfassend
ein Element (1) aus einer Formgedächtnislegierung, das eine Längserstreckung (Z) und in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung (Z) eine Radialrichtung (R) sowie eine erste (X) und ein zweite (Y) Richtung aufweist;
wobei das Element (1) durch thermische Aktivierung unter Kontraktion in Längsrichtung (Z) und Expansion in Radialrichtung (R) oder Expansion in erster (X) und/oder zweiter (Y) Richtung in einen zweiten Zustand überführbar ist,
wobei zumindest ein Ende (2, 3) des Elements (1) eine Erweiterung (20, 30) aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Erweiterung (20, 30) im ersten Zustand des Elements (1) sich bezüglich der Radialrichtung (R) unter einem ersten Neigungswinkel (α₁) nach außen erstreckt; und
beim thermisch aktivierten Übergang vom ersten in den zweiten Zustand der Neigungswinkel der zumindest einen Erweiterung (20, 30) verringert ist.Fastening element comprising
a shape memory alloy element (1) having a longitudinal extent (Z) and in a plane perpendicular to the longitudinal extent (Z) a radial direction (R) and a first (X) and a second (Y) direction;
wherein the element (1) can be converted into a second state by thermal activation with contraction in the longitudinal direction (Z) and expansion in the radial direction (R) or expansion in the first (X) and / or second (Y) direction,
wherein at least one end (2, 3) of the element (1) has an extension (20, 30);
characterized in that
the at least one extension (20, 30) of the element in the first state (1) with respect to the radial direction (R) at a first angle of inclination (α ₁₎ extends outwardly; and
is reduced in the thermally activated transition from the first to the second state of the inclination angle of the at least one extension (20, 30).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement aus einer Formgedächtnislegierung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anbringen eines derartigen Befestigungselements in mindestens einem Werkstück. Die Erfindung findet insbesondere beim Verbinden von Werkstücken Anwendung.The The present invention relates to a fastener of a Shape memory alloy. The The invention also relates to a method of attaching such Fastening element in at least one workpiece. The invention finds particular when joining workpieces Application.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Es ist bekannt, dass Formgedächtnislegierungen (engl. „Shape Memory Alloys" (SMA)), die auch als Memory-Metalle oder Gedächtnislegierungen bezeichnet werden, da sie sich an eine frühere Formgebung trotz nachfolgender starker Verformung scheinbar „erinnern" können, im Vergleich zu konventionellen Strukturwerkstoffen besondere Eigenschaften aufweisen.It It is known that shape memory alloys (English "Shape Memory Alloys "(SMA)), also referred to as memory metals or memory alloys be, since they adhere to an earlier shaping despite subsequent strong deformation seemingly "remember" in the Compared to conventional structural materials special properties exhibit.

Formgedächtnislegierungen zeigen eine reversible, strukturelle Umwandlung, die auch durch eine Temperaturveränderung hervorgerufen werden kann. Gibt man Werkstücken aus solchen Legierungen in ihrer Hochtemperaturphase (Austenit) eine Form, können sie in ihrer Tieftemperaturphase (Martensit) dauerhaft, d.h. scheinbar plastisch, verformt werden. Bei Erwärmung über die Umwandlungstemperatur nehmen sie jedoch ihre ursprüngliche Form wieder an. Kühlt man sie erneut ab, behalten sie makroskopisch ihre Form, verändern ihre Mikrostruktur aber zum Martensit. In dieser Form können sie erneut scheinbar plastisch verformt werden, nehmen aber, sofern sie entsprechend erwärmt werden, ihre makroskopische, ursprüngliche Hochtemperaturform wieder an. Grund hierfür ist die mit der Umwandlung verbundene Rückkehr zu ihrer mikrostrukturellen Hochtemperaturform. Diese strukturelle Umwandlung ist mit einem Energieumsatz verbunden, der als Wärme dissipiert.Shape Memory Alloys show a reversible, structural transformation, which is also due to a temperature change can be caused. Are workpieces made of such alloys in their high-temperature phase (austenite) a mold, they can in its low temperature phase (martensite) permanently, i. seemingly plastic, deformed. When heated above the transformation temperature however, take their original one Shape again. cools When they are removed again, they retain their shape macroscopically, altering their shape Microstructure but to martensite. In this form you can again apparently plastically deformed, but take, if they are heated accordingly, their macroscopic, original High temperature mold again. This is due to the conversion associated with it return to their microstructural high temperature form. This structural Transformation is associated with energy turnover that dissipates as heat.

Bei der Phasenumwandlung Austenit/Martensit und der damit verbundenen Formänderung können bekanntlich zwei Effekte ausgenutzt werden, der Ein-Weg-Effekt und der Zwei-Weg-Effekt. Der Ein-Weg-Effekt ist durch eine einmalige Formänderung beim Aufheizen einer zuvor im martensitischen Zustand pseudoplastisch (insbesondere zwillings-pseudoelastisch) verformten Probe gekennzeichnet. D.h. beim Ein-Weg-Effekt beginnt sich ein Element bestehend aus einer Formgedächtnislegierung, welches im Temperaturbereich, in dem die Legierung in der martensitischen Phase vorliegt, plastisch verformt wurde, bei Erwärmung über die Temperatur, bei der die Umwandlung zur austenitischen Phase beginnt (Austenit-Start-Temperatur A_s), zurückzuverformen. Die Legierung erinnert sich an die ursprüngliche Form und wandelt aus der deformierten austenitischen Phase das Element in seinen unverformten Zustand zurück. Beim Abkühlen in den martensitischen Zustand verändert sich die Form des Elements jedoch nicht noch einmal. Formgedächtnislegierungen mit Ein-Weg-Effekt können somit ohne externe Rückstellmechanismen nur für eine einmalige Umformung verwendet werden.In the austenite / martensite phase transformation and the associated change in shape, it is known that two effects can be exploited, the one-way effect and the two-way effect. The one-way effect is characterized by a unique change in shape during heating of a previously deformed in the martensitic state pseudoplastic (in particular twin-pseudoelastic) sample. That is, in the one-way effect, an element consisting of a shape memory alloy, which has been plastically deformed in the temperature range in which the alloy is in the martensitic phase, when heated above the temperature at which the transformation to the austenitic phase begins (austenite Start temperature A _s ), to be deformed. The alloy remembers the original shape and transforms the deformed austenitic phase back into its undeformed state. Upon cooling to the martensitic state, however, the shape of the element does not change again. Shape memory alloys with one-way effect can thus be used without external reset mechanisms only for a single forming.

Der Zwei-Weg-Effekt beschreibt hingegen die Tatsache, dass sich die Formgedächtnislegierung sowohl an eine bestimmte Form in der Hochtemperaturphase Austenit als auch an eine Form in der Tieftemperaturphase Martensit erinnert. Dadurch ist ein mehrfaches Durchlaufen des Verformungszyklus alleine durch Temperaturänderungen möglich.Of the Two-way effect, however, describes the fact that the Shape memory alloy both to a specific form in the high-temperature austenite phase as well reminiscent of a form in the low-temperature martensite. Thereby is a multiple pass through the deformation cycle alone temperature changes possible.

Formgedächtnislegierungen werden sowohl auf Grund ihrer superelastischen (insbesondere umwandlungs-pseudo-elastischen) Eigenschaften als auch wegen ihres „Erinnerungsvermögens" für eine Vielzahl unterschiedlicher Zwecke eingesetzt, beispielsweise als Gestell von Sportbrillen oder als Abschalter im Wasserkocher.Shape Memory Alloys are both due to their superelastic (especially conversion pseudo-elastic) Properties as well as because of their "memory" for a variety used for different purposes, for example as a frame of sports glasses or as a switch in the kettle.

Ferner sind derzeit diverse Niet- und Befestigungssysteme kommerziell erhältlich. Allerdings besteht insbesondere beim Nieten mittels bekannten Befestigungselementen das Problem, dass sie in der Regel weder für eine Einseitenhandhabung geeignet sind, noch dass sie einen niedrigen axialen bzw. einen hohen radialen Kraftübertrag auf das umgebende Material nach dem Anbringen bzw. Installieren des Befestigungselements gewährleisten, ohne dass die Einwirkung äußerer Kräfte erforderlich ist.Further Currently, various riveting and fastening systems are commercially available. However, in particular when riveting by means of known fasteners the problem is that they are usually neither for one-sided handling are suitable, nor that they have a low axial or a high radial force transmission on the surrounding material after installation or installation ensure the fastener without the application of external forces required is.

Klemmbefestigungselemente, die zumindest in einem beim kraftschlüssigen Zusammenklemmen verformten Bereich aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, sind beispielsweise aus DE 39 33 407 A1 bekannt.Clamping fastening elements, which consist of a shape memory alloy, at least in a region deformed during frictional clamping, are for example made of DE 39 33 407 A1 known.

Ferner ist aus DE 198 43 966 C1 ein temperaturgesteuerter Drahthalter aus einer Formgedächtnislegierung bekannt, wobei ein Draht in einer Öffnung des Drahthalters durch Zusammendrücken der Öffnung eingeklemmt wird. Bei Temperaturerhöhung des Drahthalters auf Betriebstemperatur öffnet sich die zusammengedrückte Öffnung selbsttätig und gibt den Draht wieder frei.Furthermore, it is off DE 198 43 966 C1 a temperature-controlled wire holder made of a shape memory alloy, wherein a wire is clamped in an opening of the wire holder by squeezing the opening. When the temperature of the wire holder increases to the operating temperature, the compressed opening automatically opens and releases the wire again.

Aus US 5,120,175 A ist ein Befestigungselement aus einer Formgedächtnislegierung bekannt, das an einem Ende eine Erweiterung in Form eines Kopfes aufweist.Out US 5,120,175 A For example, there is known a shape memory alloy fastener having an extension in the form of a head at one end.

In US 6,688,828 B1 ist ein Befestigungselement beschrieben, das eine Expansion bzw. Kontraktion in axialer Richtung ausführt und zumeist aus zwei separaten Komponenten besteht.In US 6,688,828 B1 a fastener is described which performs an expansion or contraction in the axial direction and consists mostly of two separate components.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement zu schaffen, das schnell und kosteneffizient einsetzbar ist, insbesondere beim Verbinden von Werkstücken, und durch das gleichzeitig das Ermüdungsverhalten und die Lebensdauer im Vergleich zu Verbindungen, die mittels herkömmlichen Befestigungselementen erzeugt werden, signifikant verbessert werden.Of the present invention is based on the object, a fastener in particular, that can be used quickly and cost effectively when joining workpieces, and at the same time the fatigue behavior and the service life compared to compounds using conventional fasteners be significantly improved.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechendes, technisch einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Anbringen von derartigen Befestigungselementen in Werkstücken zu schaffen.A Another object of the invention is to provide a corresponding, technically simple and inexpensive Method for attaching such fasteners in workpieces to accomplish.

Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is characterized by a fastener with the features of Claim 1 and by a method having the features of the claim 8 solved. Preferred embodiments are in the dependent claims specified.

Zentraler Gedanke der Erfindung ist, dass das Befestigungselement eine Element aus einer Formgedächtnislegierung umfasst, das eine Längserstreckung und in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung eine Radialrichtung bzw. eine erste und eine zweite Richtung definiert, wobei das Element durch thermische Aktivierung unter Kontraktion in Längsrichtung und Expansion in Radialrichtung oder Expansion in erster und/oder zweiter Richtung in einen zweiten Zustand überführbar ist. Bevorzugt stehen dabei die erste und die zweite Richtung senkrecht zueinander.central Thought of the invention is that the fastener an element from a shape memory alloy includes, that a longitudinal extension and in a plane perpendicular to the longitudinal extent a radial direction or a first and a second direction defined, wherein the element by thermal activation under longitudinal contraction and expansion in Radial direction or expansion in the first and / or second direction can be converted into a second state. Preferably, the first and the second direction are perpendicular to each other.

Ein derartiges Befestigungselement zeichnet sich vorteilhafterweise durch eine einfache Ausgestaltung und Handhabung aus, da die gewünschte Formänderung lediglich durch Erwärmen (und ggf. Abkühlen) erzielt wird. Durch eine Kontraktion in Längsrichtung und Expansion in Radialrichtung oder Expansion in erster und/oder zweiter Richtung bei Erwärmung des Elementes können hohe Druckeigenspannungsfelder auf das das Befestigungselement umgebende Material ausgeübt werden, wodurch zudem ein sicherer Halt des Befestigungselements gewährleistet wird. Verbindungen, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Befestigungselements hergestellt werden, weisen auf Grund der eingebrachten Eigenspannungen zudem ein deutlich verbessertes Ermüdungsverhalten und eine höhere Lebensdauer als beispielsweise herkömmlich genietete Strukturen auf.One Such fastener is advantageously characterized by a simple design and handling, since the desired shape change only by heating (and if necessary cooling down) is achieved. By a contraction in the longitudinal direction and expansion in Radial direction or expansion in the first and / or second direction when heated of the element high compressive stress fields on the surrounding the fastener Material exercised be, which also provides a secure hold of the fastener guaranteed becomes. Compounds made using the fastener of the invention Be due to the introduced residual stresses also a significantly improved fatigue behavior and a higher one Lifetime than, for example, conventionally riveted structures on.

Das verwendete Element kann dabei jegliche Art thermisch induzierter Formgedächtniseffekte aufweisen. Typischerweise liegt das Formgedächtnis-Element in seinem ersten Zustand in der Tieftemperaturphase Martensit und in seinem zweiten Zustand in der Hochtemperaturphase Austenit vor, so dass das Element durch Erwärmung eine mit einer Formänderung einhergehende Umwandlung vom Martensit in den Austenit erfährt.The used element can be any kind of thermally induced Have shape memory effects. Typically, the shape memory element is in its first state in the low temperature martensite and in his second state in the high-temperature austenite before, so that the element by heating one with a shape change accompanying transformation from martensite to austenite.

Es kann auch ein Formgedächtnis-Element mit Zwei-Weg-Effekt verwendet werden, so dass vorteilhafterweise das Element durch Abkühlen und Umwandlung vom Austenit in den Martensit wieder von dem zweiten in den ersten Zustand rücküberführbar ist. Das Befestigungselement kann dann mehrere Umwandlungszyklen ohne äußere mechanische Eingriffe durchlaufen. Dadurch ist eine Reversibilität gewährleistet. Folglich kann das Befestigungselement mehrfach verwendet werden bzw. entsprechende Verbindungen können auf einfache Weise wieder gelöst werden.It can also use a shape memory element Two-way effect can be used, so that advantageously Element by cooling and transformation from austenite to martensite again from the second can be reconverted to the first state. The fastener may then undergo several conversion cycles without external mechanical Undergo interventions. This ensures a reversibility. Consequently, the fastener can be used multiple times or corresponding connections can be made easily again solved become.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Element zumindest an einem Ende eine Erweiterung, d.h. einen Bereich mit größeren Außenabmessungen, insbesondere einen Bereich mit größerem Durchmesser, der nachfolgend auch aus Aufweitung oder verdickter Bereich bezeichnet wird, aufweist, wodurch eine Klemmwirkung beim Übergang vom ersten in den zweiten Zustand hervorgerufen wird. Dadurch wird ein besonders sicherer Halt des Befestigungselements gewährleistet. Vorzugsweise sind beide Enden aus Herstellungsgründen identisch ausgebildet. Selbstverständlich kann auch nur ein Ende des Elements eine Erweiterung aufweisen, oder es können die Enden des Elements unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise können sich die Außenseiten der Erweiterungen unter verschiedenen Neigungswinkeln nach außen erstrecken.Especially It is advantageous if the element at least at one end of a Extension, i. an area with larger external dimensions, in particular an area of larger diameter, hereinafter also referred to as widening or thickened area is, whereby a clamping action in the transition from the first to the second Condition is caused. This will be a particularly safe Guaranteed support of the fastener. Preferably both are Ends for manufacturing reasons identically formed. Of course, only one end of the Elements have an extension, or they can be the ends of the element be formed differently, for example, can the outsides extend the extensions at different angles of inclination to the outside.

Zweckmäßigerweise ist die Erweiterung zumindest teilweise, d.h. zumindest in einer Ebene parallel zur Längserstreckung des Elements, trichterförmig ausgebildet. Bei einem Formgedächtnis-Element, das beispielsweise eine quaderförmige Grundform bzw. einen rechteckigen Querschnitt aufweist, kann die trichterförmige Erweiterung in einer ersten Ebene, die parallel zur Längserstreckung des Elements verläuft und/oder in einer zweiten Ebene, die ebenfalls parallel zur Längserstreckung des Elements verläuft und vorzugsweise senkrecht zur ersten Ebene steht, vorgesehen sein. Bei einem im wesentlichen zylinder- oder rohrförmigen Formgedächtnis-Element ist die trichterförmige Erweiterung typischerweise rotationssymmetrisch ausgebildet.Conveniently, the extension is at least partially, i. at least in one Plane parallel to the longitudinal extent of the element, funnel-shaped educated. In a shape memory element, for example, a cuboid Basic shape or having a rectangular cross section, the funnel-shaped Extension in a first plane, parallel to the longitudinal extent of the element runs and / or in a second plane which is also parallel to the longitudinal extent of the element runs and preferably perpendicular to the first plane, be provided. In a substantially cylindrical or tubular shape memory element is the funnel-shaped Extension typically formed rotationally symmetrical.

Alternativ kann die Erweiterung auch einen in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung des Elements sternförmigen oder sternähnlichen Querschnitt aufweisen. Dabei ist die Zackenanzahl des sternförmigen oder sternähnlichen Querschnitts beliebig.alternative The extension can also be one in a plane perpendicular to the longitudinal extent of the element star-shaped or star-like Have cross-section. Here, the number of teeth of the star-shaped or starlike Cross section arbitrary.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Element im wesentlichen stab- oder rohrförmig ausgebildet, so dass das Element durch thermische Aktivierung unter radialer Expansion und Kontraktion in Längsrichtung – was nachfolgend auch als axiale Kontraktion bezeichnet wird – vom ersten in den zweiten Zustand überführbar ist.According to a preferred embodiment the element is substantially rod-shaped or tubular, so that the element by thermal activation with radial expansion and contraction in the longitudinal direction - which is also referred to below as axial contraction - from the first to the second state can be transferred.

Besonders bevorzugt weist das im wesentlichen stab- oder rohrförmige Element zumindest an einem Ende einen Bereich mit größerem Durchmesser, d.h. eine Erweiterung, auf. Somit weist das Befestigungselement in seinem ersten Zustand einen minimalen Durchmesser (nachfolgend als D*_R1 bezeichnet) sowie einen maximalen Durchmesser (nachfolgend als D*_R2) auf, und hat analog in seinem zweiten Zustand einen minimalen Durchmesser (nachfolgend als D_R1 bezeichnet) und einen maximalen Durchmesser (nachfolgend als D_R2 bezeichnet), wobei D_R1 > D*_R1 und DR₂ > D*_R2 ist. Die Erweiterung bedingt ferner, dass dem Befestigungselement eine maximale sowie eine minimale Länge zugeordnet werden kann, wobei die maximale Länge der Gesamtlänge des Befestigungselements entspricht, und die minimale Länge die Länge des Bereiches mit geringerem Durchmesser definiert. Die minimale und maximale Länge des Befestigungselements im ersten Zustand wird nachfolgend mit L*_R1 bzw. L*_R2 bezeichnet. Entsprechend wird nachfolgend die minimale und maximale Länge des Befestigungselements im zweiten Zustand mit L_R1 bzw. L_R2 bezeichnet, wobei L_R1 < L*_R1 und L_R2 < L*_R2 gilt. Mit anderen Worten, die Gestalt eines derartigen Befestigungselementes im ersten Zustand kann mit der Bezeichnung „lang und dünn" und im zweiten Zustand mit „kurz und dick" charakterisiert werden.Particularly preferably, the substantially rod-shaped or tubular element has at least at one end a region with a larger diameter, ie an enlargement. Thus, in its first state, the fastener has a minimum diameter (hereinafter referred to as D * _R1 ) and a maximum diameter (hereinafter D * _R2 ), and similarly has a minimum diameter (hereinafter referred to as D _R1 ) in its second state a maximum diameter (hereinafter referred to as D _R2 ), wherein D _R1 > D * _R1 and DR ₂ > D * _R2 . The extension also requires that the fastener can be assigned a maximum length and a minimum length, the maximum length corresponding to the total length of the fastener, and the minimum length defining the length of the smaller diameter portion. The minimum and maximum length of the fastener in the first state is hereinafter referred to as L * _R1 and L * _R2 , respectively. Accordingly, hereinafter the minimum and maximum length of the fastener in the second state will be referred to as L _R1 and L _R2, respectively, where L _R1 <L * _R1 and L _R2 <L * _R2 . In other words, the shape of such a fastener in the first state may be characterized as "long and thin" and "short and thick" in the second state.

Erfindungsgemäß ist der Bereich mit größerem Durchmesser, d.h. die Erweiterung, des zumindest einen Ende des im wesentlichen stab- oder rohrförmigen Formgedächtnis-Elements derart ausgebildet, dass sich die Außenseite des aufgeweiteten Endes im ersten Zustand unter einem ersten, spitzen Neigungswinkel α₁ bezüglich der Radialrichtung schräg nach außen erstreckt. Im zweiten Zustand ist das Element derart radial expandiert und axial komprimiert, dass sich die Außenseite des aufgeweiteten Endes unter einem zweiten, spitzen Neigungswinkel α₂ bezüglich der Radialrichtung, der kleiner als der erste, spitze Neigungswinkel α₁ ist, schräg nach außen erstreckt.According to the invention, the region of larger diameter, ie the extension, of the at least one end of the substantially rod-shaped or tubular shape memory element is designed such that the outside of the flared end in the first state at a first, acute angle of inclination α ₁ with respect to the radial direction extends obliquely outwards. In the second state, the member being expanded radially and axially compressed so that the outer side of the flared end at a second acute angle of inclination α ₂ with respect to the radial direction which is smaller than the first acute angle of inclination α ₁ obliquely outwardly.

Eine derartige aufgeweitete bzw. endseitig verdickte Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass mit dem thermisch aktivierten radialen Expandieren und axialen Kontrahieren auch eine Verringerung des Neigungswinkels einhergeht, was gleichzeitig zu einer verbesserten Klemmwirkung des Befestigungselementes bezüglich dem das Befestigungselement umgebenden Material führt, und somit einen besonders sicheren Halt gewährleistet.A Such expanded or end thickened embodiment has in particular the advantage that with the thermally activated radial Expanding and axial contracting also reduce the Incident angle is accompanied, which at the same time to an improved Clamping action of the fastener with respect to the fastener surrounding material leads, and thus ensures a particularly secure grip.

Vorzugsweise besteht das Element aus einer Formgedächtnislegierung auf Basis von NiTi, Kupfer oder Eisen, wobei die Austenit-Start-Temperatur der unbearbeiteten Legierung typischerweise im Bereich von –50°C bis +150°C liegt.Preferably the element consists of a shape memory alloy based on NiTi, copper or iron, where the austenite start temperature of the unprocessed Alloy typically ranges from -50 ° C to + 150 ° C.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Anbringen eines Befestigungselements in mindestens einem Werkstück gelöst, wobei zunächst ein Element aus einer Formgedächtnislegierung, das eine Längserstreckung und in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung eine Radialrichtung sowie eine erste und eine zweite Richtung aufweist, in einem ersten Zustand in eine Aussparung, die in dem zumindest einen Werkstück vorgesehen ist und größere Abmessungen als das Element in seinem ersten Zustand aufweist, eingeführt wird. Anschließend wird das in die Aussparung eingeführte Element auf Befestigungstemperatur (d.h. Austenit-Finish-Temperatur) der Formgedächtnislegierung erwärmt, so dass das Element vom ersten in einen zweiten Zustand unter Kontraktion in Längsrichtung und Expansion in Radialrichtung oder Expansion in erster und/oder zweiter Richtung übergeht, wobei die Abmessungen des Elements im zweiten Zustand größer als die Abmessungen der Aussparung sind.According to one Another aspect of the invention achieves the above object a method for attaching a fastener in at least a workpiece solved, being first a shape memory alloy element, the one longitudinal extension and in a plane perpendicular to the longitudinal extent of a radial direction and a first and a second direction, in a first state in a recess provided in the at least one workpiece is and larger dimensions is introduced as the element in its first state. Subsequently the element inserted into the recess becomes fixing temperature (i.e., austenite finish temperature) of the shape memory alloy, so that the element from the first to a second state under contraction in the longitudinal direction and Expansion in the radial direction or expansion in the first and / or second Direction passes, wherein the dimensions of the element in the second state greater than the dimensions of the recess are.

Vorteilhafterweise wird dabei beim Erwärmen des Elements die Umwandlung vom Martensit in den Austenit ausgenutzt, die der Gestalt ist, dass damit eine Kontraktion in Längsrichtung und Expansion in Radialrichtung bzw. Expansion in erster und/oder zweiter Richtung des Befestigungselements einhergeht. Dies bewirkt eine sichere Verbindung und führt zum Aufbau von hohen Druckeigenspannungsfeldern um die Aussparung (d.h. Loch, Bohrung, etc.). Gleichzeit wird das Ermüdungsverhalten der Verbindung verbessert und erhöht deren Lebensdauer. Die Erhöhung der Lebensdauer ergibt sich dadurch, dass die zusätzlichen radialen Druckeigenspannungen den Zugbeanspruchungen (Ermüdung) entgegen wirken und die Kerbwirkung des Loches bzw. der Bohrung verringern. Die zusätzlichen Zugeigenspannungen in tangentialer Richtung verstärken zwar die lokalen Ermüdungsspannungen am Loch- bzw. Bohrungsrand, aber die Kerbwirkung des Loches bzw. der Bohrung ist bei lokaler Betrachtung geringer zu bewerten.advantageously, is doing while heating the element exploits the transformation from martensite to austenite, which is the shape that with it a contraction in the longitudinal direction and expansion in the radial direction or expansion in the first and / or second Direction of the fastener is accompanied. This causes a secure connection and leads to Build up high compressive stress fields around the recess (i.e. Hole, bore, etc.). At the same time, the fatigue behavior of the compound improved and increased their life. The increase the lifetime results from the fact that the additional radial compressive residual stresses counteract the tensile stresses (fatigue) and reduce the notch effect of the hole or bore. The additional Although residual tensile stresses in the tangential direction increase the local fatigue stresses at the hole or hole edge, but the notch effect of the hole or the Borehole is to be valued less locally.

Zweckmäßigerweise wird dabei ein Formgedächtnis-Element verwendet, welches zumindest an dessen einem Ende eine Erweiterung aufweist, die im ersten Zustand kleinere Abmessungen als die Aussparung aufweist, und wobei beim Übergang vom ersten in den zweiten Zustand durch die Erweiterung eine Klemmwirkung bezüglich der Aussparung hervorgerufen wird.Conveniently, becomes a shape memory element used, which at least at one end an extension has, in the first state smaller dimensions than the recess and at the transition from first in the second state by expanding a clamping action in terms of the recess is caused.

Besonderst vorteilhaft ist es, ein im wesentlichen stab- oder rohrförmiges Formgedächtnis-Element zu verwenden, das in seinem ersten Zustand einen maximalen Durchmesser D*_R2 aufweist, und das in eine in dem mindestens einen Werkstück vorgesehene Bohrung eingeführt wird, wobei die Bohrung einen minimalen Durchmesser D_H1 aufweist, der größer als der maximale Durchmesser D*_R2 des Elements im ersten Zustand ist. Anschließend wird das in die Bohrung eingeführte Element auf Befestigungstemperatur (d.h. Austenit-Finish-Temperatur) erwärmt, so dass das Element vom ersten in den zweiten Zustand unter radialer Expansion und axialer Kontraktion übergeht, wobei der minimale Durchmesser D_R1 des Elements im zweiten Zustand größer als der minimale Durchmesser der Bohrung D_H1, und der maximale Durchmesser D_R2 des Elements im zweiten Zustand größer als der maximale Durchmesser D_H2 der Bohrung ist.It is particularly advantageous to have a in wesentli to use chen rod-shaped or tubular shape memory element having in its first state has a maximum diameter D * _R2, and which is inserted into an opening provided in the at least one workpiece bore, said bore having a minimum diameter D _H1, the greater when the maximum diameter D * _{R2 of} the element is in the first state. Thereafter, the member inserted into the bore is heated to attachment temperature (ie austenite finish temperature) such that the member transitions from the first to the second state under radial expansion and axial contraction, the minimum diameter D _{R1 of} the member being larger in the second state as the minimum diameter of the bore D _H1 , and the maximum diameter D _{R2 of} the element in the second state is greater than the maximum diameter D _{H2 of} the bore.

Die Längenkontraktion führt zu Druckkräften in axialer Richtung, wobei die Relation L*_R1 > L_H1 > L_R1 und L*_R2 > L_H2 > L_R2 gilt. Durch die Expansion in radialer Richtung werden radiale Druckkräfte erzeugt, wobei D*_R1 < D_H1 < D_R1 und D*_R2 < D_H2 < D_R2 ist. Durch die voranstehend beschriebene Verringerung des Neigungswinkels des endseitig verdickten Formgedächtnis-Elements beim Übergang vom ersten in den zweiten Zustand, kann zudem die Klemmwirkung unterstützt werden, was einen besonders sicheren Halt gewährleistet.The length contraction leads to compressive forces in the axial direction, the relation L * _R1 > L _H1 > L _R1 and L * _R2 > L _H2 > L _R2 . Radial compressive forces are generated by expansion in the radial direction, where D * _R1 <D _H1 <D _R1 and D * _R2 <D _H2 <D _R2 . By the above-described reduction of the inclination angle of the end-thickened shape memory element in the transition from the first to the second state, in addition, the clamping action can be supported, which ensures a particularly secure fit.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement sowie das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere beim Verbinden. von Werkstücken angewendet. Dabei können die Werkstücke z.B. in Überlapp- oder Stoßanordnung (insbesondere T-Stoß) miteinander verbunden werden. Die Befestigungselemente sind typischerweise in Form von Nieten oder Ösen, um nur einige Beispiele zu nennen, ausgebildet.The inventive fastener as well as the method according to the invention especially when connecting. applied by workpieces. The can workpieces e.g. in overlapping or push arrangement (especially T-joint) be connected to each other. The fasteners are typical in the form of rivets or eyelets, just to name a few examples.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen exemplarisch erläutert, in denen zeigt:in the The invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained by way of example, in which shows:

1a eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements in dreidimensionaler Darstellung, die ein rotationssymmetrisches Befestigungselement mit einem stabförmigen Formgedächtnis-Element zeigt; 1a a first embodiment of the fastener according to the invention in three-dimensional view, showing a rotationally symmetrical fastener with a rod-shaped shape memory element;

1b eine Modifikation des Befestigungselements gemäß 1a mit rohrförmigem Formgedächtnis-Element; 1b a modification of the fastener according to 1a with tubular shape memory element;

2a eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements in dreidimensionaler Darstellung, die ein Befestigungselement mit quaderförmigem Formgedächtnis-Element zeigt, das an seine Enden in der ZX-Ebene trichterförmig erweitert ist; 2a a third embodiment of the fastener according to the invention in three-dimensional representation, showing a fastener with parallelepiped shape memory element which is flared funnel-shaped at its ends in the ZX plane;

2b eine Modifikation des Befestigungselements gemäß 1b, mit sowohl in der ZX-Ebene als auch in der ZY-Ebene trichterförmigen Erweiterungen; 2 B a modification of the fastener according to 1b with funnel-shaped extensions in both the ZX plane and the ZY plane;

3a eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements in dreidimensionaler Darstellung, die ein Befestigungselement mit sternförmigen Erweiterungen zeigt; 3a a third embodiment of the fastener according to the invention in three-dimensional view, showing a fastener with star-shaped extensions;

3b eine Querschnittsansicht der Erweiterungen des Ausführungsbeispiels gemäß 3a; 3b a cross-sectional view of the extensions of the embodiment according to 3a ;

4 eine weitere sternförmige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements in dreidimensionaler Darstellung; 4 a further star-shaped embodiment of the fastener according to the invention in a three-dimensional representation;

5a eine schematische Schnittansicht des in 1a dargestellten Befestigungselements zur Definition seiner Abmessungen im martensitischen Zustand; 5a a schematic sectional view of the in 1a illustrated fastener to define its dimensions in the martensitic state;

5b eine schematische Schnittansicht des in 1a dargestellten Befestigungselements zur Definition seiner Abmessungen im austenitischen Zustand; 5b a schematic sectional view of the in 1a illustrated fastener to define its dimensions in the austenitic state;

6a eine schematische Schnittansicht zur Definition der Abmessungen einer Bohrung, die zur Aufnahme des in 1a dargestellten Befestigungselements in zwei übereinaderliegend angeordneten Werkstücken angebracht ist; 6a a schematic sectional view for defining the dimensions of a bore, which is used to hold the in 1a shown fastener is mounted in two übereinanderliegend arranged workpieces;

6b eine schematische Schnittansicht von zwei in T-Stoß angeordneten Werkstücken mit entsprechender Aussparung zur Aufnahme des in 1a dargestellten Befestigungselements; 6b a schematic sectional view of two arranged in T-joint workpieces with corresponding recess for receiving the in 1a illustrated fastener;

7 eine schematische Darstellung, die ein in eine Bohrung eingeführtes und anschließend erwärmtes Befestigungselement gemäß 1a darstellt; 7 a schematic representation of a introduced into a bore and then heated fastener according to 1a represents;

8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Entfernens eines Befestigungselements gemäß 1a mit Ein-Weg-Effekt; 8th a schematic representation for explaining the removal of a fastener according to 1a with one-way effect;

9 ein Temperatur-Zeit-Diagramm, das die unterschiedlichen Schritte von der Herstellung des Befestigungselements bis zum Lösen einer entsprechenden Verbindung zusammenfasst; und 9 a temperature-time diagram summarizing the different steps from the manufacture of the fastener to the release of a corresponding connection; and

10 ein Temperatur-Zeit-Diagramm analog 9, bei dem jedoch der sogenannte „First-Cycle"-Effekt berücksichtigt ist. 10 a temperature-time diagram analog 9 , but in which the so-called "first-cycle" effect is taken into account.

In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Komponenten mit identischen Bezugsziffern bezeichnet.In the figures are the same or similar components denoted by identical reference numerals.

BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF EXAMPLE AUSSFÜHRUNGSFORMEN THE INVENTION

1a zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements. Das Befestigungselement weist ein stabförmiges Element 1 aus einer Formgedächtnislegierung auf und hat eine Längserstreckung, die nachfolgend auch als axial bzw. Z-Richtung bezeichnet wird, sowie eine radiale Richtung R. Die Enden 2, 3 des Elements 1 weisen eine Erweiterung 20, 30 auf, d.h. einen Bereich mit größerem Durchmesser, der derart trichterförmig ausgebildet ist, dass die Seitenkanten 5 der Erweiterungen 20, 30 einen Winkel α₁ mit der Radialrichtung R einschließen (s. 5a). Der in 1a dargestellte Zustand entspricht dem ersten Zustand des Formgedächtnis-Elementes 1, d.h. dem martensitischen Zustand. Bei Erwärmung des Befestigungselementes über die Austenit-Start-Temperatur A_s der Formgedächtnislegierung dehnt sich das Element 1 in radialer Richtung aus und kontrahiert gleichzeitig in Längs- bzw. Axialrichtung, was in 1a mit den mit „+" bzw. „–" gekennzeichneten Doppelpfeilen zum Ausdruck gebracht wird. Das in 1a dargestellte Befestigungselement wird nachfolgend auch als „Vollniet" bezeichnet. 1a shows a first embodiment of the fastener according to the invention. The fastening element has a rod-shaped element 1 of a shape memory alloy and has a longitudinal extent, which is also referred to as axial or Z-direction hereinafter, and a radial direction R. The ends 2 . 3 of the element 1 have an extension 20 . 30 on, ie a region of larger diameter, which is funnel-shaped, that the side edges 5 the extensions 20 . 30 enclose an angle α ₁ with the radial direction R (see FIG. 5a ). The in 1a shown state corresponds to the first state of the shape memory element 1 ie the martensitic state. When the fastening element is heated above the austenite start temperature A _{s of} the shape memory alloy, the element expands 1 in the radial direction and contracts simultaneously in the longitudinal or axial direction, which in 1a is expressed with the double arrows marked with "+" or "-". This in 1a Fastener shown below is also referred to as "full rivet".

1b zeigt eine Modifikation der Ausführungsform gemäß 1a. Das Formgedächtnis-Element 1 weist eine im wesentlichen rohrförmige Gestalt auf, unterscheidet sich aber ansonsten in Form und Funktion nicht von dem in 1a dargestellten Befestigungselement. Auch in 1b ist die mit Erwärmung des Elements 1 einhergehende radiale Expansion und axiale Kontraktion durch entsprechende mit „+" bzw. „–" gekennzeichnete Doppelpfeile dargestellt. Das in 1b dargestellte Befestigungselement wird auch als „Hohlniet" bezeichnet. 1b shows a modification of the embodiment according to 1a , The shape memory element 1 has a substantially tubular shape, but otherwise does not differ in shape and function from that in 1a illustrated fastener. Also in 1b is the one with heating of the element 1 accompanying radial expansion and axial contraction represented by corresponding with "+" or "-" marked double arrows. This in 1b illustrated fastener is also referred to as "hollow rivet".

2a zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungselements, das im wesentlichen aus einem quaderförmigen Formgedächtnis-Element 1 besteht, das an seinen Enden 2, 3 eine trichterförmige Erweiterung 20, 30 aufweist. Die Längserstreckung ist dabei wiederum mit Z bezeichnet. Bei der in 2a dargestellten Ausführungsform sind die Enden 2, 3 nur einfach erweitert, d.h. das Element 1 ist lediglich in der ZX-Ebene trichterförmig erweitert. Wird das in 2a dargestellte Befestigungselement erwärmt, d.h. von seinem martensitischen Zustand in seinen austenitischen Zustand überführt, zieht sich das Befestigungselement in Längsrichtung, d.h. Z-Richtung, zusammen. Gleichzeitig expandiert das Befestigungselement in X- und/oder Y-Richtung. Die Kontraktion in Z-Richtung sowie die Expansion in X- und/oder Y-Richtung ist wiederum mit den mit „+" bzw. „–" bezeichneten Doppelpfeilen dargestellt. Dieses Befestigungselement kann als „Flachniet" bezeichnet werden. 2a shows a further embodiment of a fastener according to the invention, which consists essentially of a cuboid shape memory element 1 that exists at its ends 2 . 3 a funnel-shaped extension 20 . 30 having. The longitudinal extent is again denoted by Z. At the in 2a illustrated embodiment, the ends 2 . 3 just simply extended, ie the element 1 is only funnel-shaped in the ZX plane. Will that be in 2a Heated fastener shown, ie transferred from its martensitic state in its austenitic state, the fastener in the longitudinal direction, ie Z-direction, contracts. At the same time, the fastening element expands in the X and / or Y direction. The contraction in the Z direction as well as the expansion in the X and / or Y direction is again represented by the double arrows marked "+" or "-". This fastener may be referred to as a "flat rivet".

2b zeigt eine Modifikation der Ausführungsform gemäß 2a, wobei die Erweiterungen 20, 30 sowohl in ZY- als auch in ZX-Richtung trichterförmig ausgebildet sind. Auch hier ist mit dem Übergang vom ersten in den zweiten Zustand eine Kontraktion in Längsrichtung sowie eine Expansion in X- und/oder Y-Richtung verbunden (s. Doppelpfeile). Ein derartiges Befestigungselement kann als „Säulenniet" bezeichnet werden. 2 B shows a modification of the embodiment according to 2a , where the extensions 20 . 30 are funnel-shaped in both ZY and ZX direction. Here, too, a contraction in the longitudinal direction and an expansion in the X and / or Y direction are connected to the transition from the first to the second state (see double arrows). Such a fastener may be referred to as a "column rivet".

In 3a ist ein weiteres Befestigungselement gemäß der Erfindung dargestellt. Es umfasst ein zylinder- bzw. stabförmiges Formgedächtniselement 1, an dessen Enden 2, 3 Erweiterungen 20, 30 vorgesehen sind. Selbstverständlich kann auch ein rohrförmiges Formgedächtnis-Element wie bei der Ausführungsform gemäß 1b verwendet werden. Das Formgedächtnis-Element 1 weist wiederum eine axiale sowie eine radiale Richtung (Z- bzw. R-Richtung) auf. Im Unterschied zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen besteht lediglich das zylinder- oder rohrförmige Element 1 aus einer Formgedächtnislegierung. Die an dessen Enden 2, 3 vorgesehenen Erweiterungen 20, 30 können auch aus einer Formgedächtnislegierung oder aber auch aus einem anderen Material (z.B. Nickel oder Stahl) bestehen. Im letzteren Fall muss jedoch gewährleistet werden, dass beim Phasenübergang vom ersten zum zweiten Zustand mit der damit einhergehenden axialen Kontraktion und radialen Expansion auch eine entsprechende Expansion der Erweiterungen 20, 30 möglich ist. Wie in 3b zu sehen ist, weisen die Erweiterungen 20, 30 in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung einen sternförmigen Querschnitt auf. Diese Ausfürhrungsform kann als „Verbundniete" bezeichnet werden.In 3a is another fastener according to the invention shown. It comprises a cylindrical or rod-shaped shape memory element 1 at the ends 2 . 3 extensions 20 . 30 are provided. Of course, a tubular shape memory element as in the embodiment according to 1b be used. The shape memory element 1 again has an axial and a radial direction (Z or R direction). In contrast to the embodiments described above, there is only the cylindrical or tubular element 1 from a shape memory alloy. The at the ends 2 . 3 provided extensions 20 . 30 may also consist of a shape memory alloy or even of another material (eg nickel or steel). In the latter case, however, it must be ensured that during the phase transition from the first to the second state with the associated axial contraction and radial expansion also a corresponding expansion of the extensions 20 . 30 is possible. As in 3b you can see the extensions 20 . 30 in a plane perpendicular to the longitudinal extent of a star-shaped cross-section. This embodiment may be referred to as a "compound rivet".

In 4 ist eine weitere sternförmige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements dargestellt, bei dem sowohl das Formgedächtniselement 1 als auch die Erweiterungen 20, 30 einen sternförmigen Querschnitt aufweisen. Beim Phasenübergang vom Martensit in den Austenit erfolgt wiederum eine Kontraktion in Längsrichtung sowie eine Expansion in X- und/oder Y-Richtung. Um eine entsprechende Klemmwirkung hervorzurufen, ist auch es möglich, dass in eine der Richtungen, d.h. in X- oder in Y-Richtung, eine Kontraktion beim Übergang vom ersten in den zweiten Zustand erfolgt. Dies ist durch die Markierung „(–)" des Doppelpfeils in 4 zum Ausdruck gebracht. Diese Ausführungsform wird auch als „Nietklammer" bezeichnet.In 4 is shown a further star-shaped embodiment of the fastener according to the invention, in which both the shape memory element 1 as well as the extensions 20 . 30 have a star-shaped cross-section. In the phase transition from martensite to austenite, a contraction in the longitudinal direction and an expansion in the X and / or Y direction takes place again. In order to produce a corresponding clamping action, it is also possible that in one of the directions, ie in the X or Y direction, a contraction occurs during the transition from the first to the second state. This is indicated by the "(-)" mark of the double arrow in 4 expressed. This embodiment is also referred to as a "Nietklammer".

Die in 1–4 dargestellten Ausführungsformen sind rotationssymmetrisch ausgebildet. Dies ist selbstverständlich nicht zwingend notwendig. Weder die Querschnitte noch die Längsschnitte müssen symmetrisch sein.In the 1 - 4 embodiments shown are rotationally symmetrical. Of course this is not absolutely necessary. Neither the cross sections nor the longitudinal sections must be symmetrical.

Nachfolgen soll in näheren Einzelheiten die Funktionsweise sowie ein Verfahren zum Verbinden von Werkstücken mittels erfindungsgemäßen Befestigungselement erläutert werden. Der Einfachheit halber beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung auf eine Ausführungsform gemäß 1a, was jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellen soll.The operation and a method for connecting workpieces by means of fastening element according to the invention will be explained in more detail. For the sake of simplicity, the following description is limited to one embodiment 1a but this is not intended to limit the invention.

5a zeigt eine Schnittansicht des in 1a dargestellten Befestigungselements, das ein im wesentlichen stab- oder rohrförmiges Element 1 aus einer Formgedächtnislegierung umfasst. In 5a ist das Formgedächtnis-Element 1 in seiner Tieftemperaturphase Martensit dargestellt. Die Enden 2, 3 des Elements 1 weisen trichterförmige Erweiterungen 20, 30 auf, so dass sich ein Bereich mit größerem maximalen Durchmesser ergibt, wobei sich die Außenseiten 5 der aufgeweiteten bzw. verdickten Enden 20, 30 schräg nach außen erstrecken. Dabei schließen die Außenseiten 5 mit der Radialrichtung R, die in 1a strichpunktiert dargestellt ist, einen spitzen Winkel α₁ ein. Der Winkel α₁ ist der besseren Übersicht halber in 5a lediglich einmal eingezeichnet. Selbstverständlich kann die Erweiterung auch nur an einem Ende des Elements 1 vorgesehen sein, oder die Enden können unterschiedlich und/oder asymmetrisch verdickt sein. Nachfolgend soll jedoch lediglich eine symmetrische Ausgestaltung betrachtet werden. 5a shows a sectional view of the in 1a illustrated fastener, which is a substantially rod or tubular element 1 made of a shape memory alloy. In 5a is the shape memory element 1 martensite in its low-temperature phase. The ends 2 . 3 of the element 1 have funnel-shaped extensions 20 . 30 on, so that there is an area with larger maximum diameter, with the outsides 5 the flared or thickened ends 20 . 30 extend obliquely outwards. This close the outer sides 5 with the radial direction R, the in 1a dash-dotted lines, an acute angle α ₁ a. The angle α ₁ is for better clarity in 5a drawn only once. Of course, the extension can only be at one end of the element 1 be provided, or the ends may be different and / or asymmetrically thickened. In the following, however, only a symmetrical design will be considered.

Durch die derart ausgebildeten Enden 2, 3 weist das Element 1 einen maximalen Durchmesser D*_R2 auf, sowie einen minimalen Durchmesser D*_R1 der durch den nicht aufgeweiteten Bereich des Elements 1 definiert ist. Ferner ist in 5a die Gesamtlänge des Elements 1 mit L*_R2 bezeichnet, und die Länge des Elements 1 ohne Erweiterungen 20, 30 ist in 1a mit L*_R1 bezeichnet. Nachfolgend werden die Abmessungen des Befestigungselements im Martensit jeweils mit „*" gekennzeichnet.By the thus formed ends 2 . 3 assigns the element 1 a maximum diameter D * _R2 , as well as a minimum diameter D * _R1 of the unexpanded area of the element 1 is defined. Furthermore, in 5a the total length of the element 1 denoted by L * _R2 , and the length of the element 1 without extensions 20 . 30 is in 1a designated L * _R1 . Subsequently, the dimensions of the fastener in martensite each marked with "*".

In analoger Weise sind in 5b die Abmessungen des Befestigungselements gemäß 1a in dessen Hochtemperaturphase Austenit dargestellt. Der minimale Durchmesser ist mit D_R1 und der maximale Durchmesser ist mit D_R2 bezeichnet. Entsprechend ist die Gesamtlänge des Elements 1 (d.h. einschließlich der verdickten Enden 20, 30) mit L_R2 und die Länge des Elements 1 ohne Erweiterungen 20, 30 ist mit L_R1 bezeichnet. Aufgrund der erfindungsgemäßen radialen Expansion und axialen Kontraktion beim thermisch Aktiviertem Übergang vom Martensit in den Austenit gelten folgende Relationen: LR2 < L*R2 (1) LR1 < L*R1 (2) DR1 > D*R1 (3) DR2 > D*R2 (4) Analogously, in 5b the dimensions of the fastener according to 1a Austenite is shown in its high-temperature phase. The minimum diameter is D _R1 and the maximum diameter is D _R2 . Corresponding to the total length of the element 1 (ie including the thickened ends 20 . 30 ) with L _R2 and the length of the element 1 without extensions 20 . 30 is designated L _R1 . Due to the inventive radial expansion and axial contraction in the thermally activated transition from martensite to austenite, the following relations apply: L R2 <L * R2 (1) L R1 <L * R1 (2) D R1 > D * R1 (3) D R2 > D * R2 (4)

Die radiale Expansion und axiale Kontraktion hat ferner zur Folge, dass die Außenseiten 5 der Erweiterungen 20, 30 im austenitischen Zustand einen spitzen Neigungswinkel bezüglich der radialen Richtung R, der in 5b mit Bezugszeichen α₂ bezeichnet ist, kleiner ist als der spitze Neigungswinkel α₁ im martensitischen Zustand (5a) ist. Dies führt zu einer verbesserten Klemmwirkung, was nachfolgend noch genauer erläutert wird.The radial expansion and axial contraction also has the consequence that the outer sides 5 the extensions 20 . 30 in the austenitic state, an acute angle of inclination with respect to the radial direction R, in 5b is designated α ₂ , is smaller than the acute inclination angle α ₁ in the martensitic state ( 5a ). This leads to an improved clamping effect, which will be explained in more detail below.

6a zeigt in schematischer Darstellung zwei Werkstücke 10, 11, die überlappend angeordnet sind, und in denen eine Bohrung 6 angeordnet ist, in die das in 1a bzw. 5a dargestellte Befestigungselement (d.h. im martensitischen Zustand) einführbar ist. Die Bohrung 6 ist dabei an das aufzunehmende Befestigungselement angepasst und weist, wie 6a zu entnehmen ist, einen minimalen und maximalen Durchmesser D_H1 bzw. D_H2 sowie eine minimale und maximale Länge L_H1 bzw. L_H2 auf. Der Unterschied zwischen den minimalen und maximalen Abmessungen resultiert durch die Abschrägungen der Ecken der Werkstücke 10 und 11, wodurch die Bohrung 6 an die Form des einzuführenden Befestigungselements angepasst ist. 6a shows a schematic representation of two workpieces 10 . 11 which are arranged overlapping, and in which a bore 6 is arranged, in which the in 1a respectively. 5a shown fastener (ie in the martensitic state) can be inserted. The hole 6 is adapted to the male fastener and has, as 6a can be seen, a minimum and maximum diameter D _H1 and D _H2 and a minimum and maximum length L _H1 and L _H2 on. The difference between the minimum and maximum dimensions results from the bevels of the corners of the workpieces 10 and 11 , causing the bore 6 adapted to the shape of the introduced fastener.

Die Bohrung 6 kann auch als Aussparung oder dergleichen ausgebildet sein, was an Hand von 6b erläutert werden soll. 6b zeigt eine schematische Schnittansicht der in T-Stoß angeordneten Werkstücke 10 und 11. Zunächst wird von der Seite des Werkstücks 11 eine Bohrung 6 eingebracht, die das Werkstück 11 durchdringt und in das Werkstück 10 eindringt. Selbstverständlich muss die Bohrung 6 im Werkstück 10 an die Form des einzuführenden Befestigungselements angepasst werden, was durch den Begriff „Aussparung" zum Ausdruck kommen soll. Wie aus 6b zu sehen ist, weist die modifizierte Bohrung 6 einen maximalen und minimalen Durchmesser D_H2 bzw. D_H1 auf, sowie eine maximale und minimale Länge L_H2 bzw. L_H1 (analog der im Zusammenhang mit 6a erläuterten Bohrung).The hole 6 can also be formed as a recess or the like, which at hand of 6b should be explained. 6b shows a schematic sectional view of the arranged in T-joint workpieces 10 and 11 , First, from the side of the workpiece 11 a hole 6 introduced the workpiece 11 penetrates and into the workpiece 10 penetrates. Of course, the hole must 6 in the workpiece 10 be adapted to the shape of the introduced fastener, which is to be expressed by the term "recess" 6b can be seen, points to the modified hole 6 a maximum and minimum diameter D _H2 and D _H1 , as well as a maximum and minimum length L _H2 and L _H1 (analogous to that in connection with 6a explained hole).

Die Werkstücke 10, 11 können aber auch in Stumpfstoßanordnung miteinander verbunden werden, was jedoch nicht zeichnerisch dargestellt ist. Hierzu werden in den Werkstücken entlang des Stoßes Aussparungen mit entsprechenden Abmessungen eingebracht, in die in analoger Weise wie im Zusammengang mit 5a–6b beschrieben, im martensitischen Zustand ein Befestigungselement, insbesondere ein Verbundniet (s. 3a) oder eine Nietklammer (s. 4), eingebracht wird. Dabei wird insbesondere durch den sternförmigen Querschnitt der Erweiterungen und deren Expansion in radialer bzw. X- und/oder Y-Richtung bei Erwärmung und Phasenübergang in den Austenit, eine Klemmwirkung bezüglich der Werkstücke hervorgerufen.The workpieces 10 . 11 but can also be connected to each other in butt joint arrangement, which is not shown in the drawing. For this purpose, recesses of appropriate dimensions are introduced into the workpieces along the joint, in the manner analogous to in conjunction with 5a - 6b described, in the martensitic state, a fastener, in particular a composite rivet (s. 3a ) or a Nietklammer (s. 4 ) is introduced. In this case, in particular by the star-shaped cross-section the expansions and their expansion in the radial or X and / or Y direction when heated and phase transition into the austenite, a clamping action with respect to the workpieces caused.

Für die Größenverhältnisse Befestigungselement/Bohrung (bzw. Aussparung) der Ausführungsformen gemäß 5a–6b gelten dabei folgende zusätzlichen Relationen: DR1 < DH1 > D*R2 (5) L*R1 > LH1 > LR1 und L*R2 > LH2 > LR2 (6) D*R1 < DH1 < DR1 und D*R2 < DH2 < DR2 (7) For the size ratios fastener / bore (or recess) of the embodiments according to 5a - 6b the following additional relations apply: D R1 <D H1 > D * R2 (5) L * R1 > L H1 > L R1 and L * R2 > L H2 > L R2 (6) D * R1 <D H1 <D R1 and D * R2 <D H2 <D R2 (7)

Aufgrund der Größenverhältnisse kann das Befestigungselement in seinem martensitischen Zustand auf einfache Weise in die Bohrung 6 eingeführt werden, was in 7 schematisch dargestellt ist. Anschließend wird das Befestigungselement auf Austenit-Finish-Temperatur (A_f), d.h. Befestigungstemperatur, erwärmt, bei der bekanntlich die Umwandlung vom Martensit in den Austenit beendet ist, was bei der Ausführungsform gemäß 5a–6b mit einer radialer Expansion und einer axialer Kontraktion einhergeht. Dies wird in 7 mit entsprechenden Pfeilen zum Ausdruck gebracht. Der austenitische Zustand des Befestigungselements ist in 7 durch gestrichelte Linien dargestellt. Durch das radial expandierte Befestigungselement 1 werden gezielt hohe Druckeigenspannungen in dem die Bohrung 6 umgebenden Material der Werkstücke 10, 11 erzeugt. Dies führt zum sicheren Halt des Befestigungselements und hat zudem zur Folge, dass das Ermüdungsverhalten im Vergleich zu beispielsweise herkömmlich genieteten Verbindungen deutlich verbessert ist, was wiederum eine positive Auswirkung auf die Lebensdauer der Verbindung hat. Durch die Kontraktion des Befestigungselements in Längsrichtung werden Drückkräfte in axialer Richtung erzeugt, die eine Klemmwirkung hervorrufen. Diese Klemmwirkung wird durch die trichterförmigen Erweiterungen 20, 30 des Befestigungselementes, deren Neigungswinkel, wie im Zusammenhang mit 5a und 5b beschrieben, beim Übergang vom Martensit in den Austenit ebenso eine Änderung erfährt, unterstützt, da die Außenseiten 5 der Erweiterungen 20, 30 im austenitischen Zustand unter einem kleineren, steilen Neigungswinkel im Vergleich zum martensitischen Zustand schräg nach außen verlaufen.Due to the size relationships, the fastener in its martensitic state in a simple manner in the hole 6 be introduced in what 7 is shown schematically. Subsequently, the fastener is heated to austenite finish temperature (A _f ), ie, fastening temperature, at which, as is known, the transformation from martensite to austenite is completed, which in the embodiment according to FIG 5a - 6b associated with a radial expansion and an axial contraction. This will be in 7 with appropriate arrows expressed. The austenitic state of the fastener is in 7 represented by dashed lines. By the radially expanded fastener 1 are targeted high compressive residual stresses in the bore 6 surrounding material of the workpieces 10 . 11 generated. This leads to a secure hold of the fastener and also has the consequence that the fatigue behavior is significantly improved compared to, for example, conventionally riveted compounds, which in turn has a positive effect on the life of the compound. The contraction of the fastener in the longitudinal direction compressive forces are generated in the axial direction, which cause a clamping action. This clamping effect is due to the funnel-shaped extensions 20 . 30 of the fastener whose angle of inclination, as related to 5a and 5b described, as the transition from martensite to austenite also undergoes a change, supports, as the outsides 5 the extensions 20 . 30 in the austenitic state at a smaller, steep angle of inclination compared to the martensitic state obliquely outward.

Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können für das Befestigungselement beliebige Formgedächtnislegierungen verwendet werden, die den oben beschriebenen thermisch induzierten Effekt aufweisen. Wird eine Formgedächtnislegierung verwendet, die einen Zwei-Weg-Effekt aufweist, kann durch Abkühlung des Befestigungselements auf Temperaturen unterhalb der Martensit-Start-Temperatur M_s, bei der bekanntlich die Umwandlung vom Austenit in den Martensit einsetzt, das Befestigungselement unter Formänderung wieder in seinen martensitischen Zustand rücküberführt werden, was ein einfaches Lösen bzw. Wiederverwenden ermöglicht.In all embodiments according to the invention, any shape memory alloys which have the above-described thermally induced effect can be used for the fastening element. If a shape memory alloy is used which has a two-way effect, by cooling the fastener to temperatures below the martensite start temperature M _s , which is known to use the transformation from austenite to martensite, the fastener under shape change back into its martensitic state, allowing for easy disassembly or reuse.

Nachfolgend werden einzelnen Schritte von der Herstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungselements bis zum Lösen einer entsprechenden Verbindung in näheren Einzelheiten beschrieben (Schritte 1 bis 6). Dabei wird ein Formgedächtnis-Element mit Ein-Weg-Effekt betrachtet:
Schritt 1: Ein Element aus einer Formgedächtnislegierung wird bei einer Temperatur, die oberhalb der Austenit-Finish-Temperatur A_f liegt, in die im Betriebszustand (d.h. im Austenit) gewünschte Form gebracht. Dabei ist darauf zu achten, dass keine signifikanten plastischen Spannungen eingebracht werden, die andernfalls durch eine zusätzliche Wärmebehandlung entfernt werden müssten. Die Bearbeitung der Formgedächtnislegierung kann dabei durch einen Schneidprozess oder einen anderen geeigneten Prozess erfolgen. Gleichzeitig sollte die Martensit-Start-Temperatur M_s weit unterhalb der niedrigsten Betriebstemperatur der späteren Anwendung liegen.Hereinafter, individual steps from the production of a fastener according to the invention to the release of a corresponding connection will be described in more detail (steps 1 to 6 ). A shape-memory element with one-way effect is considered:
step 1 A shape memory alloy element is brought into the desired state in the operating state (ie, austenite) at a temperature higher than the austenite finish temperature A _f . It is important to ensure that no significant plastic stresses are introduced, which would otherwise have to be removed by an additional heat treatment. The processing of the shape memory alloy can be done by a cutting process or other suitable process. At the same time, the martensite start temperature M _{s should be} well below the lowest operating temperature of the later application.

Schritt 2: In einem zweiten Schritt wird das Formgedächtniselement bei einer Temperatur, die weit unterhalb der Martensit-Finish-Temperatur M_f liegt, in die Form gebracht, die zum Einführen in eine entsprechende Bohrung bzw. Aussparung erforderlich ist. Dies wird durch sogenanntes „Marforming" erreicht, bei dem eine plastische Deformation im Martensit eingebracht wird. Im Gegensatz zum ersten Schritt, muss bei diesem zweiten Schritt die Verformung ausschließlich durch plastische Deformation erfolgen.step 2 In a second step, the shape memory element is placed in the mold at a temperature which is far below the martensite finish temperature M _f , which is required for insertion into a corresponding bore or recess. This is achieved by so-called "marforming", in which a plastic deformation is introduced into the martensite In contrast to the first step, in this second step the deformation must take place exclusively by plastic deformation.

Schritt 3: Ein dritter Schritt bezieht sich auf das Lagern des im zweiten Schritt durch Marforming verformten Elements, was bei Temperaturen weit unterhalb der „wahren" Austenit-Start-Temperatur erfolgt. Die wahre Austenit-Start-Temperatur A_s ^FCE kann aufgrund des sogenannten „First-Cycle"-Effekts (nachfolgend mit FCE bezeichnet) weit oberhalb der Austenit-Start-Temperatur A_s der Ausgangs-Formgedächtnislegierung sein (s. 10). Diese Temperaturverschiebung kann zum Anbringen bzw. Betätigen des erfindungsgemäßen Befestigungselements gezielt ausgenutzt werden und ermöglicht beispielsweise eine Reduktion der Lagerkosten.step 3 A third step relates to the storage of the deformed element in the second step, which occurs at temperatures well below the "true" austenite start temperature The true austenite start temperature A _s ^FCE may be due to the so-called "First -cycle "effect (hereinafter referred FCE) well above the austenite start temperature A _s of the output shape memory alloy (s. 10 ). This temperature shift can be utilized specifically for attaching or actuating the fastening element according to the invention and makes it possible, for example, to reduce the storage costs.

Schritt 4: Im vierten Schritt wird das Formgedächtnis-Element in seinem martensitischen Zustand, d.h. bei Temperaturen unterhalb der Austenit-Start-Temperatur A_s bzw. A_s ^FCE, zentral in einen entsprechende Bohrung oder Aussparung eingeführt, wie das bereits im Zusammenhang mit 7 beschrieben wurde.step 4 In the fourth step, the shape memory element in its martensitic state, ie at temperatures below the austenite start temperature A _s or A _s ^FCE , is introduced centrally into a corresponding bore or recess, as already described in connection with FIG 7 has been described.

Schritt 5: Nachfolgend wird, wie ebenfalls im Zusammenhang mit 7 bereits erläutert, das Element über die Austenit-Finish-Temperatur A_s ^FCE erwärmt, die durch Behinderungen entstehen bzw. durch Druckeigenspannungen leicht erhöht ausfallen kann. Aufgrund der Temperaturverschiebung zwischen der wahren Austenit-Finish-Temperatur A_s ^FCE und der ursprünglicher Austenit-Finish-Temperatur A_f, die durch den „First-Cycle"-Effekt bedingt ist, kann die Erwärmung bereits durch das natürliche Aufwärmen des Elements von seiner Lagertemperatur, die typischerweise unterhalb Raumtemperatur liegt, auf Raumtemperatur erfolgen. Dabei nimmt das Formgedächtnis-Element seine in der austenitischen Phase aufgeprägte Form wieder an, die selbst bei Temperaturen unterhalb der früheren Martensit-Start-Temperatur M_s ^FCE beibehalten wird, nicht aber unterhalb der ursprünglichen Martensit-Start-Temperatur M_s. Aufgrund der Formänderung, die durch die Aussparung bzw. Bohrung behindert wird, wird, wie bereits voranstehend beschrieben, das Befestigungselement durch Ausbildung von Druckeigenspannungen sowie einer entsprechenden Klemmwirkung befestigt.step 5 : Below, as also related to 7 explained above, the element heated above the austenite finish temperature A _s ^FCE caused by obstructions or can be slightly increased by compressive stresses. Due to the temperature shift between the true austenite finish temperature A _s ^FCE and the original austenite finish temperature A _f , which is due to the "first-cycle" effect, the heating may already be due to the natural warming up of the element from its Storage temperature, which is typically below room temperature, takes place at room temperature.The shape memory element resumes its austenitic phase imprinted form, which is maintained even at temperatures below the previous martensite start temperature M _s ^FCE , but not below original martensite start temperature M _s. Because of the shape change, which is hindered by the recess or bore, as already described above, attached to the fastening element by the formation of compressive residual stresses as well as a corresponding clamping effect.

Schritt 6: Im optionalen abschließenden sechsten Schritt (s. 8) wird das Befestigungselement 1 durch Abkühlung unterhalb der Martensit-Finish-Temperatur M_f entfernt. Da das beschriebene Befestigungselement 1 lediglich einen Ein-Weg-Effekt aufweist, erfolgt beim Abkühlen keine makroskopische Formänderung. Allerdings werden durch das Befestigungselement 1 nur noch stark verringerte Druckkräfte ausgeübt, so dass es beispielsweise unter Verwendung eines Stempels 7 leicht aus der Bohrung 6 entfernt werden kann.step 6 In the optional final sixth step (s. 8th ) becomes the fastener 1 removed by cooling below the martensite finish temperature M _f . As the fastener described 1 has only a one-way effect, no macroscopic shape change occurs during cooling. However, due to the fastener 1 only greatly reduced compressive forces exerted, so that, for example, using a punch 7 slightly out of the hole 6 can be removed.

Die Schritte 1 bis 6 sind in 9 in Form eines Temperatur-Zeit-Diagramms nochmals schematisch zusammengefasst. 10. zeigt in analoger Weise ein Temperatur-Zeit-Diagramm, bei dem der oben beschriebene „First-Cycle"-Effekt berücksichtigt ist, und die damit verbundene Temperaturverschiebung verdeutlicht.The steps 1 to 6 are in 9 in the form of a temperature-time diagram again summarized schematically. 10 , shows in an analogous manner, a temperature-time diagram in which the above-described "first-cycle" effect is taken into account, and illustrates the associated temperature shift.

Das erfindungsgemäße Befestigungselement, das typischerweise in Form von Nieten oder Ösen verwendet wird, bietet besondere Vorteile bei Verbindungen unter Ermüdungsbelastungen, beispielsweise in Flugzeugen, Hubschraubern, Schiffen, Motoren, Leistungsbefestigungen von gas- oder flüssigkeitsführenden Leitungen, als auch als lebensdauererhöhende Reparaturmaßnahme. Das erfindungsgemäße Befestigungselement kann darüber hinaus als selbstdichtende Verbindung z.B. bei Schiffsrümpfen (z.B. Bilgenflansch und Ruderbefestigungen), bei U-Booten (Fensterrahmen), Bojen (Verankerungsringe), unterseeischen Pipelines (Direktverbindung und Reparatur), Flüssigkeitsleitungen, Tanks und Reservoirs sowie als Reparaturmaßnahme zum Einsatz kommen. Das erfindungsgemäße Befestigungselement ist auch für die Massenfertigung geeignet, beispielsweise für Nieten, die nur lose eingesetzt und nicht verpresst werden müssen, wie sie beispielsweise in der Automobiltechnik, bei Haushaltsgeräten, bei Computergehäusen, Schuhen, Kleidung und dergleichen eingesetzt werden.The inventive fastening element, typically used in the form of rivets or eyelets provides particular advantages in compounds under fatigue, for example in airplanes, helicopters, ships, engines, power mounts of gas or liquid-carrying Lines, as well as life-time-increasing repair measure. The fastening element according to the invention can over it as a self-sealing compound e.g. in ship hulls (e.g. Bilge flange and rudder mounts), in submarines (window frames), Buoys (anchoring rings), submarine pipelines (direct connection and repair), fluid lines, Tanks and reservoirs as well as a repair measure are used. The fastening element according to the invention is also for suitable for mass production, for example, for rivets, which are used only loosely and do not have to be pressed, as used in automotive technology, household appliances, computer housings, shoes, Clothing and the like can be used.

Für luftfahrttechnische Anwendungen werden vorzugsweise Formgedächtnislegierungen verwendet, die in einem Temperaturbereich von –80°C bis 100°C aktiv sind. Bei Anwendungen in der Seefahrt ist ein Temperaturbereich von –10°C bis 150°C in der Regel ausreichend. Bei Massenware reicht der Temperaturbereich in der Regel bis 80°C.For aviation technical Applications are preferably used shape memory alloys, which are active in a temperature range of -80 ° C to 100 ° C. For applications in the sea, a temperature range of -10 ° C to 150 ° C is usually sufficient. For mass-produced goods, the temperature range usually reaches 80 ° C.

Claims

Fastening element comprising an element ( 1 ) of a shape memory alloy having a longitudinal extent (Z) and in a plane perpendicular to the longitudinal extent (Z) a radial direction (R) and a first (X) and a second (Y) direction; where the element ( 1 ) can be converted into a second state by thermal activation with contraction in the longitudinal direction (Z) and expansion in the radial direction (R) or expansion in the first (X) and / or second (Y) direction, wherein at least one end ( 2 . 3 ) of the element ( 1 ) an extension ( 20 . 30 ) having; characterized in that the at least one extension ( 20 . 30 ) in the first state of the element ( 1 ) extends outward with respect to the radial direction (R) at a first inclination angle (α ₁ ); and in the thermally activated transition from the first to the second state, the angle of inclination of the at least one extension ( 20 . 30 ) is reduced.

Fastening element according to claim 1, wherein the element ( 1 ) can be converted from the first state to the second state by heating under transformation from martensite to austenite.

Fastening element according to claim 1 or 2, wherein the element ( 1 ) has a two-way effect, so that the element ( 1 ) is reconverted from the second to the first state by cooling with transformation from austenite to martensite.

Fastening element according to one of claims 1 to 3, wherein the extension ( 20 . 30 ) is at least partially funnel-shaped.

Fastening element according to one of claims 1 to 3, wherein the extension ( 20 . 30 ) in a plane perpendicular to the longitudinal extent (Z) of the element ( 1 ) has a star-shaped cross-section.

Fastening element according to Ansprü 1 to 5, where the element ( 1 ) is substantially rod-shaped or tubular, so that upon thermal activation the element ( 1 ) can be converted from the first to the second state under axial contraction and radial expansion.

Fastening element according to claim 6, wherein at least one end ( 2 . 3 ) of the substantially rod-shaped or tubular element ( 1 ) is widened so that the outside ( 5 ) of the widened end ( 2 . 3 ) in the first state at a first acute angle of inclination (α ₁ ) with respect to the radial direction (R) extends obliquely outwards, and wherein the element ( 1 ) is axially compressed in the second state and radially expanded, that the outside ( 5 ) of the widened end ( 2 . 3 ) at a second acute inclination angle (α ₂ ) with respect to the radial direction (R) smaller than the first acute inclination angle (α ₁ ) extends obliquely outward.

Method for attaching a fastening element according to one of Claims 1 to 7 in at least one workpiece ( 10 . 11 ), comprising the steps of: inserting an element ( 1 ) of a shape memory alloy, which has a longitudinal extent (Z) and in a plane perpendicular to the longitudinal extent (Z) a radial direction (R) and a first (X) and a second (Y) direction, which at at least one end ( 2 . 3 ) an extension ( 20 . 30 ), and which is in a first state, in a recess ( 6 ), which in the at least one workpiece ( 10 . 11 ) and larger dimensions than the element ( 1 ) in the first state and larger dimensions than the at least one extension ( 20 . 30 ) having; Heating in the recess ( 6 ) element ( 1 ) at the attachment temperature (A _f ; A _f ^FCE ) of the shape memory alloy such that the element ( 1 ) transitions from the first to a second state under longitudinal (Z) and radial (R) expansion or expansion (X) and / or second (Y) directions, the dimensions of the element ( 1 ) in the second state greater than the dimensions of the recess ( 6 ) are; characterized in that the at least one extension ( 20 . 30 ) in the first state of the element ( 1 ) extends outward with respect to the radial direction (R) at a first inclination angle (α ₁ ); and in the thermally activated transition from the first to the second state, the angle of inclination of the at least one extension ( 20 . 30 ) is reduced.

Method according to claim 8, comprising the steps of: inserting a substantially rod-shaped or tubular element ( 1 ) of a shape memory alloy, which in the first state has a maximum diameter (D * _R2 ), in one in the at least one workpiece ( 10 . 11 ) provided bore ( 6 ) having a minimum diameter (D _H1 ) greater than the maximum diameter (D * _R2 ) of the element ( 1 ) in the first state; Heating the into the hole ( 6 ) element ( 1 ) at the attachment temperature (A _f ; A _f ^FCE ) of the shape memory alloy such that the element ( 1 ) passes from the first to the second state under radial expansion and axial contraction, wherein the minimum diameter (D _R1 ) of the element ( 1 ) in the second state is greater than the minimum diameter of the recess (D _H1 ), and the maximum diameter (D _R2 ) of the element ( 1 ) in the second state greater than the maximum diameter (D _H2 ) of the bore ( 6 ).

Use of the fastener according to a the claims 1 to 7, for joining workpieces, in particular in overlapping or push arrangement.

Use of the method according to claim 8 or 9 for joining workpieces, especially in overlapping or push arrangement.