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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement, insbesondere zur Befestigung
an plattenartigen Bauteilen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1. Sie betrifft zudem ein Verfahren, zum Befestigen eines
Befestigungselements an insbesondere plattenartigen Bauteilen, mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
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Es
sind Befestigungselemente zum Einsetzen in ein Bohrloch bekannt,
die einen Nietdorn mit Sollbruchstelle und eine Niethülse
mit einer in Achsrichtung verlaufenden Durchgangsöffnung
zur Aufnahme des Nietdorns aufweisen. Insbesondere sind zur Befestigung
an plattenartigen Bauteilen Befestigungselemente bekannt, deren
Niethülse an ihrem in Einsteckrichtung vorderen Teil ein
Spreizelement und an ihrem in Einsteckrichtung hinteren Teil einen Klemmabschitt
zur klemmenden Befestigung eines Gegenstandes, dem sogenannten Anbauteil,
an das plattenartige Bauteil aufweist. Der Begriff „plattenartiges
Bauteil" umfasst sämtliche Bauteile, deren Länge und
Breite wesentlich größer als Ihre Dicke ist. Insbesondere
handelt es sich hierbei um Verkleidungsplatten wie sie im Innen-
und Außenbereich, beispielsweise im Fassadenbau, eingesetzt
werden. Diese Bauteile können beispielsweise aus Faserzement, Hochdruckschichtpressstoffplatten,
sogenannten HPL-Platten, Holzwerkstoffen, Naturwerkstein oder Glas
sein, wobei diese Aufzählung weitere Materialien nicht
ausschließt. Der Begriff Anbauteil umfasst sämtliche
Gegenstände, die an dem Bauteil oder an denen das Bauteil
befestigt werden soll. Anbauteile können beispielsweise
Agraffen, Plattentragprofile oder einfache Winkelprofile sein, wobei
auch diese Aufzählung nicht abschließend gemeint
ist. Die Anbauteile weisen meist eine Durchgangsbohrung für das
Befestigungselement auf.
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Die
Druckschrift
DE 42
03 774 A1 zeigt ein Befestigungselement, mit einer in einer
Hinterschneidung eines Bohrlochs aufspreizbaren, geschlitzten Spreizhülse
mit Spreizsegmenten. Die Spreizhülse wird durch einen Blindniet
aufgespreizt, dessen Setzkopf mit einem Nietdorn in den geschlitzten
Teil einer Innenbohrung der Spreizhülse eingezogen und
vernietet wird. Der Blindniet liegt mit seinem Bund an der dem plattenartigen
Bauteil abgewandten Seite des Anbauteils an. Durch Ziehen des Nietdorns
in die Niethülse kommt es zur Ausbildung eines konischen Spreizkörpers
der die Spreizsegmente der Spreizhülse aufweitet und in
die Hinterschnittbohrung drückt. Durch das Einpressen der
Spreizsegmente in die Hinterschnittbohrung wird an der Niethülse
gezogen und der Bund der Niethülse gegen den an der Fassadenplatte
zu befestigen Gegenstand gedrückt.
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Aus
der Druckschrift
EP
0 841 491 A1 ist ein in ein Sackloch einsetzbares Befestigungselement bekannt,
das eine Hülse mit einem Bund, einem Schaftteil und einem
Nietdorn zum Aufweiten der Hülse aufweist. Am Schaftteil
sind Erhebungen und Vertiefungen als Gewinde ausgeführt.
Das Anbauteil weist eine Durchgangsbohrung auf, durch die das Befestigungselement
in ein Sackloch einer Platte eingeführt wird, bis der Bund
am Anbauteil anliegt. Durch Ziehen des Nietdorns wird die Hülse
aufgeweitet, wodurch das Gewinde am Schaftteil der Hülse unter
Materialverformung in die Wand des Sacklochs gedrückt wird.
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Nachteilig
an beiden Lösungen ist, dass das Befestigungselement genau
auf die gewünschte Verankerungstiefe im Bauteil und die
Dicke des Anbauteils abgestimmt sein muss. Bei einem zu langen Befestigungselement
wird zwar das Befestigungselement im Bohrloch verankert. Allerdings
ist nicht gewährleistet, dass das Anbauteil durch das Befestigungselement
gegen das Bauteil gepresst wird. Eine unerwünschte Bewegung
zwischen Bauteil und Anbauteil ist somit möglich. Ist das
Befestigungselement zu kurz, wird die gewünschte Verankerungstiefe
nicht erreicht, wodurch die notwendige Lastübertragung
nicht gewährleistet ist. Dies kann ein sicherheitsrelevantes
Problem darstellen. Aus der Praxis ist ein System bekannt, dass
für HPL-Platten Kombinationen aus zwei verschiedenen Verankerungstiefen
und drei unterschiedliche Anbauteildicken vorsieht. Es werden somit
sechs in Ihrer Länge unterschiedliche Befestigungselementetypen
benötigt. Der Anwender ist daher gezwungen, einen entsprechende
Vorrat an verschiedenen Befestigungselementen vorzuhalten. Zudem
muss er gewährleisten, dass für eine entsprechende
Kombination von Verankerungstiefe und Anbauteildicke ausschließlich
das vorgesehene Befestigungselement verwendet wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher, ein Befestigungselement der beschriebenen
Gattung und ein Verfahren zum Setzen des Befestigungselements vorzuschlagen,
die eine ordnungsgemäße Funktion des Befestigungselements
bei unterschiedlichen Anbauteildicken und Verankerungstiefen gewährleisten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7 gelöst. Das erfindungsgemäße
Befestigungselement weist einen Nietdorn mit Sollbruchstelle und
eine Niethülse mit einer in Achsrichtung verlaufende Durchgangsöffnung
zur Aufnahme des Nietdorns auf. An seinem in Einsteckrichtung vorderen
Teil ist ein Spreizelement und an seinem in Einsteckrichtung hinteren
Teil ist ein Klemmabschnitt angeordnet. Grundsätzlich ist
es denkbar, dass die Niethülse selbst als Spreiz- und/oder
Klemmelement ausgebildet ist, oder das die Niethülse durch
eine weitere Hülse umfasst wird, die als Spreiz- und/oder
Klemmelement dient. Der Klemmabschnitt ist derart stauchbar, dass
beim Ziehen des Nietdorns zunächst das Spreizelement verspreizt,
danach das Klemmelement gestaucht wird und danach der Nietdorn an
der Sollbruchstelle reißt. Ziehen beschreibt hier den bei
Nieten üblichen Vorgang des Setzens der Niet, wobei mit einem
Nietsetzgerät der Nietdorn entgegen der Einsteckrichtung
in die Niethülse eingezogen und diese damit geweitet und
verspreizt wird, wobei sich das Nietsetzgerät an der Niethülse
abstützt. Durch das Stauchen des Klemmelements wird der
Klemmbereich verkürzt. Dies kann eine Vergrößerung
des Außendurchmessers des Klemmbereichs auf der dem Bauteil
abgewandten Seite des Anbauteils zur Folge haben. Die Aufweitung
führt zu einer bundartigen Auswölbung des Schafts,
die größer als die Durchgangsbohrung im Anbauteil
ist. Durch Anpressen der bundartigen Wölbung an das Anbauteil
wird dieses gegen das Bauteil gepresst und klemmend befestigt. Eine
alternative Ausführungsform weist einen vorgeformten Bund
an dem in Einsteckrichtung hinteren Teil des Klemmabschnitts auf.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Länge des Klemmbereichs
ideal auf die gewünschten Bohrloch und Anbauteilkombinationen abgestimmt
werden kann, da kein zusätzliches Material im Klemmbereich
zur Ausbildung der bundartigen Wölbung vorhanden sein muss.
Die Länge des Klemmbereichs ergibt sich dann aus der Differenz der
Summe der größten Bohrlochtiefe und der größten
Anbauteildicke und der Summe kleinsten Bohrlochtiefe und der kleinsten
Anbauteildicke. Im Regelfall dürfte dies 2 mm bis 8 mm
betragen.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung weist einen Klemmabschnitt mit
einer Schwächungszone auf. Die Schwächungszone
kann beispielsweise durch mindestens eine kontinuierliche oder diskontinuierliche
Nut, Ausnehmung oder Einprägung gebildet sein, die dazu
führt, dass mindestens eine definierte Biegestelle zur
Ausbildung der bundartigen Auswölbung vorhanden ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spreizelement
geschlitzt. Insbesondere durch eine mehrfache Schlitzung ist eine
gezielte Steuerung des Aufspreizverhaltens und der Anlage der durch
die Schlitzung entstandenen Spreizsegmente an die Bohrlochwand möglich.
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Eine
weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass das Spreizelement
mindestens eine Erhebung aufweist. Die Erhebung kann beispielsweise
dazu dienen, die Reibkräfte zwischen Spreizelement und Bohrlochwand
zu erhöhen, oder aber die Erhebung wird durch Aufweiten
der Hülse so in das Material des Bauteils gedrückt,
dass es zu einer formschlüssigen Verbindung kommt. Die
Erhebung kann beispielsweise als umlaufende Schneide ausgebildet
sein. Denkbar sind beispielsweise auch mehrere einzelne Körper.
Alternativ kann die Bohrung im Bauteil eine Hinterschneidung aufweisen,
in die die Erhebung formschlüssig eingreift. Es ist auch
denkbar, dass die Erhebung als Gewinde ausgebildet ist, oder aus
Teilabschnitten besteht, die ein Gewinde oder Teile eines Gewindes
sind. Hierdurch wird eine einfache Demontage des Befestigungselements
gewährleistet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen an Bauteilen,
die ein Bohrloch aufweisen, insbesondere an plattenartigen Bauteilen,
sieht vor, dass das erfindungsgemäße Befestigungselement
in das Bohrloch eingesetzt wird. Dies kann in Vorsteck- oder Durchsteckmontage
erfolgen. Dann wird der Nietdorn gezogen, wodurch der Nietdorn das
Spreizelement aufweitet und das Befestigungselement im Bohrloch
verankert. Dann wird durch weiteres Ziehen am Nietdorn der Klemmabschnitt
gestaucht und durch das Stauchen des Klemmabschnitts wird ein Anbauteil
klemmend an das plattenartige Bauteil befestigt. Erst danach reißt
der Nietdorn. Dass der Nietdorn beim Ziehen nicht vollständig
durch die Niethülse nach oben durchgezogen wird, bevor
der Klemmabschnitt abschließend gestaucht und das Anbauteil
klemmend an das plattenartige Bauteil befestigt ist, kann beispielsweise
durch die Ausbildung einer Anschlagschulter, einer entsprechende
Ausgestaltung der Durchgangsöffnung oder durch die Schlitzung
der Hülse erfolgen. Hierdurch kann der Widerstand, der
dem Nietdorn beim Ziehen entgegengesetzt wird, gesteuert werden.
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Eine
bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass durch das Stauchen
des Klemmabschnitts der Klemmabschnitt verkürzt und der Durchmesser
des Klemmabschnitts vergrößert wird.
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Das
Bohrloch, in das das Befestigungselement eingesetzt wird, kann beispielsweise
ein Sackloch oder eine Hinterschnittbohrung sein. Das Verfahren
ist grundsätzlich auf jede Bohrlochgeometrie und jede Verankerungsöffnung übertragbar.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes erfindungsgemäßes Befestigungselement in
einer Schnittdarstellung, vor dem Befestigen in einem Bohrloch;
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2 ein
zweites erfindungsgemäßes Befestigungselement
in einer Schnittdarstellung vor dem Befestigen in einem Bohrloch;
und
-
3 das
zweite erfindungsgemäße Befestigungselement in
einer Schnittdarstellung nach dem Befestigen in einem Bohrloch.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Befestigungselement 1 zum
Befestigen eines Anbauteils 16 an einem Bauteil 18.
Das Anbauteil 16 weist zum Einsetzen des Befestigungselements 1 eine
Durchgangsbohrung 15 und das Bauteil 18 ein Bohrloch 2 auf.
Das Befestigungselement 1 umfasst einen Nietdorn 3 mit
Sollbruchstelle 4 und eine Niethülse 5. Eine
in Achsrichtung der Niethülse 5 verlaufende Durchgangsöffnung 6 nimmt
den Nietdorn 3 auf. Die Niethülse 5 weist
an ihrem in Einsteckrichtung vorderen und in der 1 unteren
Teil ein Spreizelement 7 auf, das hier als einstückig
mit der Niethülse 4 verbundener, ungeschlitzter
Spreizabschnitt 8 ausgebildet ist. Am Spreizabschnitt 8 sind
umlaufende Erhebungen 9 als Schneiden angeordnet, die beim
Verspreizen des Spreizabschnitts 8 die Reibung zwischen
der Wand des Bohrlochs 2 und dem Befestigungselement 1 erhöhen
bzw. sich formschlüssig in die Wand des Bohrloches 2 eindrücken
und einen festen Halt gewährleisten. Die Durchgangsöffnung 6 ist
im Bereich des Spreizabschnitts 8 so gestaltet, dass eine
Anschlagschulter 10 als Widerlager für den Kopf 11 des
Nietdorns 3 ausgebildet ist. Der obere Teil der Niethülse 5 schließt
mit einem Klemmabschnitt 13 ab, der an seinem oberen Ende
einen Bund 12 aufweist. Zwischen Bund 12 und Spreizelement 7 bildet
die Niethülse 5 den stauchbaren Teil des Klemmabschnitts 13 mit
Schwächungszonen 14, die in diesem Fall umlaufend
angeordnet sind.
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Zum
Befestigen des Befestigungselements 1 wird der Nietdorn 3 in
ein nicht dargestelltes Mundstück eines Nietsetzgeräts
eingeführt, bis das Mundstück am Bund 12 der
Niethülse 5 anliegt. Das Befestigungselement wird
durch eine Durchgangsbohrung 15 eines Anbauteils 16 in
Vorsteckmontage in das Bohrloch 2 eingebracht, bis der
sich in Einsteckrichtung am vorderen Ende des Kopfs 11 angeordnete Kegel 17 am
Bohrlochgrund aufsteht. Der Öffnungswinkel des Kegels 17 entspricht
dem Schneidenwinkel des zur Erstellung des Bohrlochs 2 verwendeten Bohrwerkzeugs,
was bewirkt, dass das Befestigungselement 1 im Bohrloch 2 zentriert
wird und die Längsachse des Befestigungselements 1 mit
der Achse des Bohrlochs 2 zusammenfällt. Mit dem
Nietsetzgerät wird der Kopf 11 des Nietdorns 3 in
den Spreizabschnitt 8 der Niethülse 5 gezogen.
Die Erhebungen 9 greifen in die Wand der Bohrung 2 ein
und der Spreizabschnitt 8 wird dadurch im Bohrloch 2 verankert.
Spätestens wenn der Kopf 11 des Nietdorns 3 an
der Anschlagschulter 10 anliegt, wird die Bewegung des
Nietdorns 3 gestoppt. Da das Nietsetzgerät den
Nietdorn 3 aber weiter in das nicht dargestellte Mundstück
einzieht, erhöht sich der Druck des anliegenden Mundstücks
auf den Bund 12 und den sich daran anschließenden
stauchbaren Teil des Klemmabschnitts 13. Es kommt zu einer
Stauchung des Klemmabschnitts 13. Die Schwächungszonen 14 legen
Knickpunkte fest, zwischen denen der Klemmabschnitt sich aufweitet
und plastisch verformt. Der Stauchvorgang dauert so lange an, bis
der Bund 12 und der gestauchte Klemmabschnitt 13 vollständig auf
der oberen Seite des Anbauteils 16 aufliegt und es formschlüssig
klemmend an dem Bauteil 18 befestigt. Eine weitere Bewegung
des Nietdorns 3 in das Mundstück des Setzgeräts
ist nun nicht möglich. Dadurch entsteht eine große
Zugkraft im Nietdorn 3, was zum Abreißen des Nietdorns 3 an
der Sollbruchstelle 4 führt. Damit ist die Befestigung
des Anbauteils 16 am Bauteil 18 abgeschlossen.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Befestigungselements 1' vor dem Befestigen in einem Bohrloch 2' dargestellt.
Es unterscheidet sich im Wesentlichen durch eine zusätzliche
Spreizhülse 19' als Spreizelement 7' und durch
das Fehlen eines Bundes. Das Bohrloch 2' ist eine Hinterschnittbohrung.
Das Befestigungselement 1', bestehend aus Niethülse 5',
Nietdorn 3' und der geschlitzten Spreizhülse 19' mit
Spreizsegmenten 20', ist in das Bohrloch 2' in Vorsteckmontage
eingebracht. Ein nicht dargestelltes Nietsetzgerät zum
Befestigen des Befestigungselements 1' liegt direkt am oberen
Ende des Klemmabschnitts 13' an. Durch Ziehen des Nietdorns 3' mit
dem Nietsetzgerät wird die Niethülse 5' und
damit die Spreizsegmente 20' der Spreizhülse 19' verspreizt.
Die Situation nach Ziehen des Nietdorns 3' zeigt 3.
Durch das Verspreizen der Spreizhülse 19' werden
die Spreizsegmente 20' in den hinterschnittenen Teil des
Bohrlochs 2' gedrückt. Das Befestigungselement 1' ist
im Bohrloch 2' befestigt. Da der obere Teil der Spreizhülse 19' nicht
geschlitzt ist, kann der Nietdorn 3' mit dem Nietsetzgerät
nicht durch die Spreizhülse 19' durchgezogen werden.
Es kommt zur Stauchung des Klemmabschnitts 13', der eine
bundartige Wölbung 21' ausbildet, bis der Nietdorn 3' an
der Sollbruchstelle 4' reißt. Die bundartige Wölbung 21' klemmt
das Anbauteil 16' gegen das Bauteil 18'. Der untere
Teil des Nietdorns 3' verbleibt nach Versagen der Sollbruchstelle 4' im
Bohrloch. Idealerweise verspannt sich der verbleibende Teil des
Nietdorns 3' so in der Niethülse 5',
dass diese gemeinsam ein Rückfedern der Spreizsegmente 20',
auch unter Zuglast, verhindern.
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- 1,
1'
- Befestigungselement
- 2,
2'
- Bohrloch
- 3,
3'
- Nietdorn
- 4,
4'
- Sollbruchstelle
- 5,
5'
- Niethülse
- 6,
6'
- Durchgangsöffnung
- 7,
7'
- Spreizelement
- 8
- Spreizabschnitt
- 9,
9'
- Erhebung
- 10
- Anschlagschulter
- 11,
11'
- Kopf
des Nietdorns 3, 3'
- 12
- Bund
- 13,
13'
- Klemmabschnitt
- 14,
14'
- Schwächungszone
- 15,
15'
- Durchgangsbohrung
- 16,
16'
- Anbauteil
- 17
- Kegel
- 18,
18'
- Bauteil
- 19'
- Spreizhülse
- 20'
- Spreizsegmente
- 21'
- bundartige
Wölbung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4203774
A1 [0003]
- - EP 0841491 A1 [0004]