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Die Erfindung betrifft einen Nagel zum im Wesentlichen drehungsfrei axialen Eintreiben in mindestens ein Bauteil, vorzugsweise zum Verbinden von zwei oder mehreren Bauteilen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2006 002 238 A1 ist ein solcher Nagel bekannt, der einen Nagelkopf mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen Ringnut, einen Nagelschaft mit einer Oberflächenprofilierung und eine Nagelspitze aufweist. Das Verfahren zur Herstellung einer Nagelverbindung zwischen zwei ungelochten Bauteilen mittels eines solchen Nagels besteht darin, den Nagel mittels eines Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit im Fügebereich in die Bauteile im Wesentlichen drehungsfrei axial so einzutreiben, dass die Nagelspitze und der Nagelschaft in die Bauteile eindringen, bis der Nagelkopf an der Oberseite des Bauteils aufliegt und die Nagelspitze im nagelkopfabgewandten Bauteil austritt.
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Ferner ist aus der
DE 10 2008 018 429 A1 ein Verfahren zum Setzen eines Nagels bekannt, das einen Nagel verwendet, der außer einer Nagelspitze, einem Nagelschaft mit Oberflächenprofilierung und einem Nagelkopf zusätzlich einen am Nagelkopf angeformten Funktionsabschnitt aufweist. Dieser Funktionsabschnitt dient dazu, weitere Bauteile anzubringen und kann bspw. ein teilkugelförmiger Gelenkkopf für die Kugelpfanne einer Steckkupplung, ein mit einem Sägezahnprofil versehener Bolzen oder ein Halteabschnitt mit einer Hinterschneidung zum Einrasten eines zu haltenden Gegenstandes darstellen.
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Ein solcher Nagel mit Funktionsabschnitt wird in bekannter Weise mit einem Setzgerät in mindestens ein Bauteil im Wesentlichen drehungsfrei axial eingetrieben, bis der Nagelkopf an der Oberseite des Bauteils aufliegt.
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Besteht ein Funktionsabschnitt dieses bekannten Nagels bspw. aus einem Gewindebolzen, an den ein weiteres Bauteil angeschraubt wird, ist eine Drehsicherung an dem Nagel vorgesehen, um das Anziehen und Lösen der Verschraubung zu ermöglichen. Als Drehsicherung wird in dieser Druckschrift bspw. eine Rändelung oder eine andere Aufrauhung an der Unterseite des Nagelkopfes vorgeschlagen, die sich zusätzlich zu der dort umlaufenden Ringnut zur Aufnahme des beim Eintreiben entstehenden Materialaufwurfes befindet.
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Nachteil dieses bekannten Nagels mit Funktionsabschnitt und Verdrehsicherung liegt darin, dass das von einer solchen bekannten Verdrehsicherung aufzunehmende Drehmoment für viele Anwendungen zu gering ist. Zumal die restliche Fügeenergie, die in diesem Stadium des Setzvorganges noch vorhanden ist, zu gering ist, um diese Verdrehsicherung in die Oberfläche des oberen Bauteils einzupressen und so eine Verdrehsicherung des Nagels bewirken zu können. Zudem würde dadurch auch das obere Bauteil entscheidend geschwächt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nagel der eingangs genannten Art mit einer Verdrehsicherung anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik ein höheres Drehmoment aufnehmen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Nagel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Bei einem solchen Nagel zum im Wesentlichen drehungsfrei axialen Eintreiben in mindestens ein Bauteil, vorzugsweise zum Verbinden von zwei oder mehreren Bauteilen, umfassend einen Nagelkopf, einen Nagelschaft und eine Nagelspitze sowie eine auf der Unterseite des Nagelkopfes vorgesehene Verdrehsicherung, weist erfindungsgemäß die Unterseite des Nagelkopfes als Verdrehsicherung radial verlaufende Rippen auf.
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Damit wird eine wirksame Verdrehsicherung erzielt und zwar dadurch, dass der beim Eintreiben des Nagels entstehende Materialaufwurf von den Zwischenräumen der Rippen aufgenommen werden, wodurch eine hohe Verzahnung und ein weit wirksamerer Kraftschluss zwischen dem Material des Bauteils, in den der Nagel eingetrieben ist und dem Nagelkopf als im Stand der Technik entstehen.
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Der entscheidende Vorteil dieser Gestaltung der Unterseite des Nagelkopfes liegt somit darin, dass gerade nicht wie im Stand der Technik eine Verdrehsicherung in die Oberfläche des nagelkopfseitigen Bauteils eingepresst wird, sondern der Raum unterhalb des Nagelkopfes, in den das Material des beim Eintreiben entstehenden Materialaufwurfs eindringt, geometrisch entsprechend der Erfindung gestaltet wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das in die Zwischenräume der Rippen verdrängte Material des Materialaufwurfes auch über den Rand des Nagelkopfes austreten kann, wodurch unabhängig von der Menge des aufgeworfenen Materials bei einer reihenweise Verwendung solcher Nägel für eine Nagelverbindung alle Nagelköpfe die Oberfläche des Bauteils, in das die Nägel eingetrieben werden, mit gleichem Maß überstehen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Nagelkopf als Flachkopf ausgebildet, wobei das Verhältnis der Nagelkopfhöhe zur Dicke des Nagelkopfes zwischen den Rippen wenigstens 2 beträgt. Damit wird ein großer Hohlraum in der Unterkopfgeometrie des Nagels erreicht, mit der Folge, dass der Nagelkopf „weicher” wird, d. h. dass zum einen eine Vorspannung in der Nagelverbindung hervorgerufen wird und zum anderen bei Belastung der Nagelverbindung ein Ausgleich der Spannungen in der Nagelverbindung erzielbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Rippen in regelmäßigen Winkelabständen auf der Unterseite des Nagelkopfes anzuordnen, wodurch sich ein gleichmäßig auf den Nagelkopf verteilter Kraftschluss erzielen lässt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der Unterseite des Nagelkopfes eine umlaufende Ringschulter derart ausgebildet, dass sich die Rippen radial zwischen dem Nagelschaft und der Ringschulter erstrecken. Damit kann das beim Eintreiben des Nagels entstehende Material des Materialaufwurfs nicht über den Rand des Nagelkopfs austreten und wird damit unter hoher Verdichtung in die Zwischenräume der Rippen gepresst, wodurch sich ein erhöhter Kraftschluss zwischen dem Nagelkopf und dem ausgetretenen Material des Materialauswurfs einstellt.
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Vorteilhaft ist es, die die Rippen V-förmig oder rechteckförmig auszuformen, vorzugsweise werden die Rippen kreissektorartig ausgebildet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer Nagelverbindung mit einem Nagel als erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nagels, eine perspektivische Ansicht dieses Nagels sowie eine Draufsicht auf dessen Nagelkopf,
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2 eine Schnittdarstellung einer Nagelverbindung mit einem Nagel als zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nagels, eine perspektivische Ansicht dieses Nagels sowie eine Draufsicht auf dessen Nagelkopf, und
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3 eine Schnittdarstellung einer Nagelverbindung mit einem Nagel als drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Nagels, eine perspektivische Ansicht dieses Nagels sowie eine Draufsicht auf dessen Nagelkopf.
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Die in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Nägel 1 sind bis auf unterschiedliche Unterkopfgeometrien identisch mit einem Flachkopf als Nagelkopf 1a, einem eine Oberflächenprofilierung 7 aufweisenden Nagelschaft 1b und einer Nagelspitze 1c aufgebaut.
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Auch die in den 1a, 2a und 3a dargestellten Nagelverbindungen 8 zwischen einem Bauteil 2 und 3 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Nagels 2 sind in ihrer Struktur identisch. Diese Figuren zeigen den Zustand, wenn der erfindungsgemäße Nagel 1 in den entsprechenden Fügebereich der beiden Bauteile 2 und 3 eingetrieben ist, so dass der Nagelkopf 1a auf der Oberseite des nagelkopfzugewandten Bauteils 2 aufliegt und die Spitze 1c des Nagels 1 aus dem nagelkopfabgewandten Bauteil 3 ausgetreten ist. Sowohl der entgegen der Eintreibrichtung auf der Oberfläche des nagelkopfzugewandten Bauteils 2 austretende Materialaufwurf 9 als auch der in Eintreibrichtung aus dem Bauteil 3 austretende Materialaufwurf 10 sind ebenso dargestellt.
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Der in 1a, 1b und 1c dargestellte Nagel 1 weist auf seiner Unterseite 4 radial verlaufende Rippen 5 zwischen dem Nagelschaft 1b und eine am Rand des Nagelkopfes 1a umlaufende Ringschulter 6 auf. Diese Rippen weisen senkrecht zur Radialrichtung jeweils einen V-förmigen Querschnitt auf, wobei eine solche V-förmige Rippe 5 kreissektorartig ausgebildet ist. Nach 1c ist ersichtlich, dass die Rippen 5 sternförmig vom Nagelschaft 1b ausgehend radial nach außen bis an die Ringschulter 6 verlaufen. Hierdurch wird eine Verdrehsicherung des Nagels gegen eine Drehbewegung des nagelkopfzugewandten Bauteils 2 erreicht.
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Wie in 1a dargestellt, nehmen die Zwischenräume zwischen den Rippen 5 das Material des während des Eintreibens des Nagels 1 in das Bauteil 2 entstehenden Materialaufwurfs 9 auf, wobei diese Zwischenräume durch die umlaufende Ringschulter 6, die mit ihrer Stirnfläche auf der Oberfläche des Bauteils 2 aufliegt, und dem Nagelschaft 1b abgeschlossen sind. Dadurch führt das in diesen Zwischenräumen eingeschlossene und eingepresste Material des Materialaufwurfs 9 zur Erhöhung des Kraftschlusses zwischen diesem Material und dem Nagelkopf 1a.
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Das Verhältnis aus der Höhe H des Nagelkopfes 1a und der Dicke D des Nagelkopfes 1a zwischen den Rippen 5 ist größer als zwei, also H/D ≥ 2 gewählt. Der dadurch entstehende relativ große Hohlraum zwischen den Rippen 5 auf der Unterseite 4 des Nagelkopfes 1a führt zu einem „weichen” Nagelkopf 1a, d. h. dass zum einen eine Vorspannung in der Nagelverbindung 8 hervorgerufen wird und zum anderen bei Belastung der Nagelverbindung 8 ein Ausgleich der Spannungen in der Nagelverbindung 8 erzielbar ist.
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Der erfindungsgemäße Nagel 1 gemäß den 2a, 2b und 2c hat auf der Unterseite 4 seines Nagelkopfes 1a vier in regelmäßigen Winkelabständen radial verlaufende Rippen 5 mit rechteckförmigen Querschnitt, wobei diese Rippen 5 ebenfalls nach 2c sternförmig nach außen sich erstrecken. Jedoch sind die Zwischenräume zwischen diesen Rippen 5 am Rand des Nagelkopfes 1a nicht abgeschlossen, sondern offen.
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Somit kann das Material des beim Eintreiben des Nagels 1 in das Bauteil 2 entstehende Materialaufwurfs 9 in die Zwischenräume der Rippen eindringen und dadurch eine Verdrehsicherung realisieren. Ferner kann dieses Material auch aus den nach außen nicht abgeschlossenen Zwischenräumen über den Rand des Nagelkopfes 1a austreten, wodurch unabhängig von der Menge des aufgeworfenen Materials bei einer reihenweise Verwendung solcher Nägel 1 für eine Nagelverbindung 8 alle Nagelköpfe 1a die Oberfläche des Bauteils 2, in das die Nägel 1 eingetrieben werden, mit gleichem Maß überstehen.
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Auch bei diesem erfindungsgemäßen Nagel 1 kann das Verhältnis der Höhe H des Nagelkopfes 1a zur Dicke des Nagelkopfes 1a zwischen den Rippen 5 so gewählt werden, dass es wenigstens den Wert zwei annimmt, also H/D ≥ 2 ist. Dies führt in gleicher Weise wie oben bereits erläutert zu einem großen Hohlraum zwischen den Rippen 5 unterhalb des Nagelkopfes 1a und insbesondere zu einem „weichen” Nagelkopf 1a, d. h. dass zum einen eine Vorspannung in der Nagelverbindung 8 hervorgerufen wird und zum anderen bei Belastung der Nagelverbindung 8 ein Ausgleich der Spannungen in der Nagelverbindung 8 erzielbar ist.
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Der erfindungsgemäße Nagel 1 gemäß 3a, 3b und 3c unterscheidet sich von demjenigen nach 2 nur dadurch, dass ein am Rand des Nagelkopfes 1a umlaufende Ringschulter 6 vorgesehen ist. Die auf der Unterseite 4 angeordneten vier Rippen 5 sind entsprechend des Nagels 1 nach 3 rechteckförmig ausgebildet und verlaufen kreissektorartig radial ausgehend von dem Nagelschaft 1b bis an die Ringschulter 6, wodurch der Zwischenraum zwischen den Rippen 5 abgeschlossen wird. Hierdurch wird das beim Eintreiben des Nagels 1 in das nagelkopfseitige Bauteil 2 austretende Material des Materialaufwurfs 9 in diese Zwischenräume gepresst, wodurch sich ein höherer Kraftschluss zwischen dem Material des Materialaufwurfs 9 und dem Nagelkopf 1a ergibt, als es bei einem offenen Zwischenraum gemäß einem Nagel 1 nach 2 wäre.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Nagel
1 in einer Nagelverbindung
8 erzielte Verdrehsicherung ist besonders vorteilhaft, wenn ein Nagel mit einem Funktionsabschnitt ausgestattet wird, wie dies bspw. aus der
DE 10 2008 018 429 A1 bekannt ist, wenn also der Nagelkopf über einen solchen Funktionsabschnitt, bspw. Gewinde- oder Clipbolzen ein Drehmoment oder eine sonstige Belastung übernehmen und tragen muss. Auch ist es möglich, einen solchen Funktionsabschnitt an der Nagelspitze vorzusehen, indem bspw. nach dem Eintreiben des Nagels an die Nagelspitze bspw. ein Gewinde- oder Clipbolzen angeschweißt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nagel
- 1a
- Nagelkopf
- 1b
- Nagelschaft
- 1c
- Nagelspitze
- 2
- Bauteil
- 3
- Bauteil
- 4
- Unterseite des Nagelkopfs 1a
- 5
- Rippen
- 6
- Ringschulter
- 7
- Oberflächenprofilierung auf dem Nagelschaft 1b
- 8
- Nagelverbindung
- 9
- Materialaufwurf auf dem Bauteil 2
- 10
- Materialaufwurf auf der Unterseite des Bauteils 3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006002238 A1 [0002]
- DE 102008018429 A1 [0003, 0030]
