DE1400837A1

DE1400837A1 - Rohrfoermiges Glied fuer Blindbefestigungsmittel

Info

Publication number: DE1400837A1
Application number: DE19631400837
Authority: DE
Inventors: Orloff John Frederick
Original assignee: Huck Manufacturing Co
Current assignee: Huck Manufacturing Co
Priority date: 1962-12-06
Filing date: 1963-11-05
Publication date: 1968-11-07
Also published as: GB1046239A; US3253495A; FR1376325A

Description

Bohrförmiges Glied für Blindbefestigungsmittel

Die Erfindung bezieht sich auf Befestigungsmittel und insbesondere auf ein rohrförmiges Glied für eine Blindbefestigungs-Yorrichtung die einen Kopf an einer blinden oder -unzugänglichen Seite eines Werkstückes bildet.

Die Gattung von BlindbefestigungsYorrichtungen, bei denen die vorliegende Erfindung anwendbar ist, besteht aus einer hohlen Hülse mit einem Stift der sich durch dieselbe hindurcherstreckt, wobei sich die Hülse, ansprechend auf eine Säulenbelastung, die über den Stift darauf ausgeübt wird radial nach auswärts deformiert, um dadurch einen nach außen gewölbten Kopf zu bilden. Um bei solchen Befestigungsvorrichtungen sicher zu sein, daß die Werkstücke die dadurch vereinigt werden sollen, sicher erfaßt

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sind, muß der gewölbte Kopf angrenzend an die sowie in Anlage mit der unzugänglichen Seite des Werkstückes geformt sein· Sa die Bildung des gewölbten Kopfes an dem schwächsten Funkt an der Hülse beginnt, sind verschiedene Maßnahmen benutzt worden, um zu sichern, daß dieser schwächste Teil in der Nähe der Oberfläche an der blinden Seite des Werkstückes gelegen ist· Sine Maßnahme besteht darin, die Querschnittsfläche des Materials der Hülse so zu variieren, um einen fortschreitend abnehmenden Abschnitt von dem Ende der Hülse gegen die blinde Seite des Werkstückes vorzusehen. Obwohl dies ein befriedigendes Ergebnis haben kann, ist es eine verhältnismäßig teure Lösung, die Spezialwerkzeug usw· erfordert. Eine andere versuchte Lösung ist das Kalthärten des Endes der Hülse. Dies hat sich ebenfalls als schwierig erwiesen, da in manchen Fällen die Hülse durch einen Schlag- oder Kaltformungsprozeß hergestellt ist, wodurch die ganze Hülse bereits ursprünglich arbeitsgehärtet ist. So kann die Hinzufügung des geforderten Ausmaßes von Kalthärtung an dem Endteil der Hülse schwierig und in vielen Fällen unmöglich zu erreichen sein.

Um für eine Befestigungsvorrichtung mit hohen Festigkeitseigenschaften zu sorgen, ist es erforderlich, daß eine gehärtete Hülse benutzt wird. Wenn die Hülse durch einen Wärmeprozeß ge-

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härtet wird,lösen die hohen Temperaturdehnungen die kaltgehärteten Teile der Hülse aus. Irgendein .Versuch, die Härte des Endes durch Arbeitshärtung ( Workhardening ) der wärmegehärteten Hülse merklich zu erhöhen, wird zunehmend schwierig, wenn die Härte der Hülse zunimmt. Es ist auch schwierig, thermal die Härte an dem Ende einer gehärteten Hülse zu erhöhen, da die Wärmehärtung zeitraubend ist, Verziehen hervorruft und daher die Stelle und das Ausmaß eines Gradienten äußerst schwierig zu steuern ist.

Gemäß der Erfindung ist ein rohrförmiges Hülsenglied zur Verwendung in einer Blindhefestigungsvorrichtung zum Hindurchgang durch ausgerichtete Löcher in benachbarten Werkstücken geschaffen worden, wobei das rohrförmige Hülsenglied einen rohrförmigen Körperteil enthält, der an einem Ende in einem Kopfteil endet, der sich an die zugängliche Seite der ausgerichteten Werkstücke anlegen kann, wobei die Befestigungsvorrichtung weiter einen Stift mit einem Schaft enthält, der durch das Hülsenglied streckbar ist und in einem Kopfteil endet, der gegen den Endteil des Hülsengliedes entgegengesetzt zu dem Kopf desselben anstößt, wodurch eine Axialkraft, die in einer Richtung relativ zu dem Hülsenglied und dem Stift ausgeübt wird, den Kopf des Stiftesveranlaßt, sich in den Eingriff mit dem Ende des

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Endteiles des Hülsengliedes zu bewegen, um einen gewulsteten Kopf zu bilden, und wobei die rohrförmige Hülse auf einen vorgewählten Wert an dem Endteil dieser Hülse entgegengesetzt zu ihrem Kopfteil mit einem Härtegradienten gehärtet ist, der von diesem vorgewählten Wert in einer Richtung gegen den Kopfteil abnimmt, um zu bewirken, daß die Wulstbildung der Hülse an einer gewünschten Axialstelle derselben eintritt.

Die Erfindung geht deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung hervor, in welcher sind:

Fig. 1 Eine Seitenaufrißansicht_; bei der einige Teile im Schnitt und andere Teile weggebrochen gezeigt sind, einer Befestigungsvorrichtung, die beispielsweise die Merkmale der Erfindung zeigt und die im Verbindungsverhältnis mit einem Paar zu verbindender Werkstücke dargestellt ist,

Fig. 2 eine Figur 1 ähnliche Ansicht, welche die Befestigungsvorrichtung zeigt, nachdem sie angezogen worden ist und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche den Härtegradienten über die Länge der Hülse der Befestigungsvorrichtung zeigt, die in Figur 1 und 2 dargestellt ist·

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In Figur 1 ist eine, die Merkmale der Erfindung beispielsweise darstellende Befestigungsvorrichtung durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet und in Verbindung mit einem Paar Werkstükken 12 und 14 gezeigt, die ausgerichtete Löcher 16 bzw« 18 aufweisen. Die Befestigungsvorrichtung 10 enthält ein Stiftglied 20, eine hohle Hülse 22 und einen Sperr-.oder Verriegelungsreifen 24. Das Stiftglied 20 umfaßt einen Schaftteil 26 mit einer Mehrzahl von ringförmigen Zugnuten 30 an einem Ende und endet in einem Kopfteil 28 an dem entgegengesetzten Ende» Angrenzend an die Zugnuten 30 befindet sich eine Mehrzahl von ringförmigen Preßsitzleisten 32,die einem noch zu erklärenden Zweck dienen» Ein ringförmiger Bruchhals 34 ist zwischen dem Kopfteil 28 und den Leisten 32 angeordnet,während eine ringförmige Sperrnut 36 zwischen dem Kopfteil 28 und dem ringförmigen Bruchhals 34 angeordnet ist. Ein vergrößerter Durchmesserteil . 37 angrenzend an den Kopf 28 endet in einer abgeschrägten Schul . ter 38, die einem noch zu beschreibenden Zweck dient.

Die Hülse 22 ist gehärtet, um für erhöhte Scherfestigkeit zu

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sorgen und besitzt einen rohrförmigen Körperteil, der aus einem Endteil 41 und einem Zwischenteil 42 besteht· Bin Kopfteil 40 erstreckt sich von dem Zwischenteil 42 aus und hat eine kegelstumpf förmig geformte Außenoberfläche, die mit einem ähnlich

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geformten Senkteil der Bohrung 16 in dem Werkstück 12 zusammen passen kann. Sine Bohrung 44 erstreckt sich durch den Mittelteil 42 und ist koaxial relativ zu einer vergrößerten Durehmes- · serbohrung 46 angeordnet, die sich durch den Endteil 41 hindurch und zu einer abgeschrägten Bohrung 30 erstreckt, die in dem Kopfteil 40 angeordnet ist· Eine abgeschrägte Schulter 48 ist an der Verbindungsstelle zwischen den Bohrungen 44 und 46 angeordnet.

Die Befestigungsvorrichtung 10 ist mit dem Schaft 26 des Stiftes 20 vereinigt, der sich durch die Bohrung 44 erstreckt, wobei der Kopfteil 28, an der Seite der Hülse 22, entgegengesetzt zu ihrem Kopfteil 40 angeordnet ist. Der Reifen 24, der einen Hingteil 25 aufweist, welcher an seinem radial inneren Ende angeordnet ist, ist um den Schaft 26 herum angeordnet und hat ei« ne Bohrung, die eine leichte Interferenzpassung mit den Leisten 32 herstellt, um dadurch den Stift 20, die Hülse.22 und den Reif 24 in vereinigtem Verhältnis zu halten. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist in den Löchern 16 und 18 in den Werkstücken 12 und 14 in der in Figur 1 gezeigten Weise angeordnet.

Beim Anziehen der Befestigungsvorrichtung 10 wird ein nichtgezeigtes Werkzeug von herkömmlicher Konstruktion benutzt, in welohem eine Mehrzahl von Spannfutterbacken die Zugnuten 30 ergreifen, während ein Amboß gegen den Ringteil 25 der Hülse 24

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stößt. Es wird eine relative Axialkraft dazwischen ausgeübt, wobei so der Stift 20 axial relativ zu der Hülse 22 bewegt wird, und der Kopfteil 28 in die Anlage mit dem Endteil 41 der Hülse 22. bewegt wird. Der vergrößerte Durchmesserteil 37, der an den Kopfteil 28 angrenzt, ist im wesentlichen gleich dem Durchmesser der vergrößerten Bohrung 46, während der Durohmesser des geraden Teiles 59 im wesentlichen gleich dem Durohmesser der Bohrung 44 ist. Auf diese Weise wird, wenn der Stift 20 axial relativ zu der Hülse 22 bewegt wird, der gerade Teil 59 in die Bohrung 44 und der vergrößerte Durchmesserteil 57 wird in die Bohrung 46 bewegt· Wenn der Kopfteil 28 des Stifte 20 sich in Anlage mit dem Endteil 41 der Hülse 22 befindet, ergibt die relative Axialkraft zwischen dem Stift 20 und der Hülse 22 eine säulenförmige Belastung auf die Hülse 22, welche sie veranlaßt, an ihrem schwächsten oder weichesten Punkt radial nach auswärts zu fließen, um einen gewulsteten Kopf 32 an der blinden oder hinteren Seite des letzten Werkstückes14Γ zu bilden.

Wenn zusätzlich Axialkraft relativ zu dem Stift 20 und der Hülse 22 ausgeübt wird, wird die Schulter 58 in die Anlage mit der Schulter 48 gebracht· Wenn diese relative Axialkraft auf eine vorgewählte Größe zunimmt, wird der Hingteil 25 des Reifens 24 davon abgetrennt und in die Sperrnut 56 getrieben. Es ist zu bemerken, daß die Anschlagschultern 48 und 58 derart angeordnet

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sind, daß, wenn sie in Eingriff stehen, die Sperrnut 36 riohtig relatiT zu dem Kopfteil 40 der Hülse 42 angeordnet ist, um den Hingteil 25 des Reifens 24 aufzunehmen. Wenn weitere Axialkraft zwischen der Hülse 22 und dem Stift 20 ausgeübt wird, wird das Ende des Stiftes 20 an der Bruchhalsnut 54 abgetrennt, wobei auf diese Weise das Anziehen der Befestigungsvorrichtung 10 vollendet ist und sich eine Konstruktion ergibt, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist.

Wie vorher erwähnt wurde, ist es für die Befestigungsvorrichtung 10 notwendig, um die Platten oder Werkstücke 12 und 14 fest zusammen zu halten, daß der gewulstete Kopf 52 angrenzend an ■die blinde oder hintere Seite des letzten Werkstückes 14 gebildet wird. Da der Endteil 41 der Hülse 22 einen im wesentIichen gleichförmigen Querschnitt und/oder gleichförmige Querschnittsdruckfestigkeit über seine Länge hat, könnte der gewulstete Kopf 52 möglicherweise an irgendeinem Funkt gebildet werden, der von der Hinteroberfläche des letzten Werkstückes 14 entfernt ist. Um zu gewährleisten, daß der gewulstete Kopf 52 immer angrenzend an die Hinteroberfläche der letzten Platte oder des Werkstückes 14 gebildet wird und um auch eine Befestigungsvorrichtung zu schaffen, die hohe Scherfestigkeitscharakteristiken aufweist, ist ein Abschnitt an dem Endteil 41 der gehärteten Hülse 22 örtlich angelassen, (annealed) um einen

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'. Härtegradienten zu schaffen, der in einer Richtung von dem äußeren Ende des Endteiles 41 gegen die Anschlagschulter 48 hin abnimmt·

Is sei nunmehr Fig. 3 betrachtet, in der ein Abschnitt der * Hülse 22 in einer graphischen Darstellung gezeigt ist, welche . das Verhältnis von Härte zu Abstand längs der Länge der Hülse erkennen läßt» In der Praxis wird eine besondere Befestigungsvorrichtung der vorher beschriebenen Gattung für einen Bereich totaler Dicke der Werkstücke 12 und 14 benutzt,'die sich von einer minimalen zu einer maximalen totalen Dicke erstrecken. Für die Zwecke eines Beispieles ist die Hülse 22 in Figur 3 so gezeigt, daß sie einen nominellen Durchmesser von 3/16 Zoll und einen Klemmbereich hat, der von einem Minimum.von 0,344 Zoll zu einem Maximum von 0»407 Zoll variiert.

Die minimalen und maximalen Klemmdimensionen zeigen natürlich den Bereich totaler Dicke der Werkstücke 12 und 14 an, für welche diese besondere Befestigungsvorrichtung wirksam benutzt « werden kann. Die Hülse 22 ist, damit sie höhere Scherfestigkeit aufweist, z.B. durch einen Wärmeprozeß gehärtet und ist annähernd in der Region der Anschlagschulter 48 ringförmig getempert oder erweicht, um eine Struktur zu schaffen, die jetzt beschrieben wird. Jede der Kurven A, B und C stellt einen Hartestrecken- ; - 10"-

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zug längs der Hülse 22 für verschiedene Temperungsgrade dar, wobei das Ausmaß der Temperzunähme von Kurve A naoh Kurve C zunimmt· Die Härte ist natürlich eine direkte Anzeige der Festigkeit der Hülse 22. Um zu gewährleisten, daß die Wulstbildung immer an der hinteren Oberfläche der letzten Platte- 14 für irgendeine Gesamtplattendioke in dem Minimum-Maximumklemmbereich eintritt, ist die gehärtete Hülse 22 getempert, wodurch die Härte in der Sichtung von dem äußeren Ende des Endteiles 41 gegen die Anschlagschulter 48 abnimmt. Der Härtegradient beginnt mit einer Maximalhärte axial über die Maximalklemmlinie hinaus und nimmt auf eine Minimalhärte an einem Punkt in der Nähe der Minimalklemmlinie ab. Von dem Minimalhärtepunkt wächst die Härte in einem schnellen Grad, d.h. Härte / Linearabstand, in einer Richtung gegen den Kopfteil 40. In der Befestigungsvorrichtung der Fig. 3 erreicht die Härte ihre Maximalgröße in einer Richtung von dem Minimalhärtepunkt gegen den Kopfteil 40 in etwa 1/16 Zoll von der Schulter 48. Auf diese Weise hat der Best der Hülse 22, welcher der Teil ist, der hohen Scherbelastungen unterworfen werden soll, die ursprünglich hohe Härte und hat auf diese Weise eine hohe Scherfestigkeit»

Der Gradient, wie in Figur 3 gezeigt ist, kann durch Anlassen oder Tempern eines schmalen Bingabschnittes um die Hülse 22

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herum· in einer Stelle zwischen den maximalen und minimalen Klemmlinien geschaffen werden, wie in Figur 3 gezeigt ist. Da das Anlassen oder Tempern in einem relativ kurzen Zeitraum ausgeführt werden kann, ist ein Gradient ziemlich leicht erzielbar. Durch anfängliches Beginnen mit einer gehärteten Hülse und darauf erfolgendes Anlassen oder Tempern nur eines gewählten Teiles, um den in Fig. 3 gezeigten Gradienten zu schaffen, kann die Hülse 22 aus einem gegebenen Material gehärtet sein und außer für den getemperten Teil auf der maximalen Härte gehalten werden, die für dieses Material erreichbar ist, wobei so für eine Hülse Ton maximaler Härte gesorgt und gewährleistet ist, daß die Wölbung oder Wulstbildung an der gewünschten Stelle eintritt.

Wenn das Material der Hülse 22 gehärteter Stahl oder Stahllegierung ist, wird die Mikrostruktur im wesentlichen martensitisch sein. Nach dem Anlassen oder Tempern eines Bandes oder Abschnittes, wie in Figur 3 gezeigt ist, wird das Ergebnis eine Struktur sein, die einen Gradienten in dem Ausmaß oder Tempergrades des Martensites aufweist. Auf diese Weise wird an einem Funkt minimaler Härte der Kurven A, B und C der Martensit' um den größten Betrag getempert sein, wobei das Temperausmaß in einer Hichtung längs der Kurve nach auswärts gegen das Ende des

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Endteiles 41 abnimmt, und auch in einer entgegengesetzten Bichtung yon dem Punkt minimaler Härte gegen den Kopfteil 40 abnimmt. Das Vorstehende ist nicht auf Stahllegierungen beschränkt, sondern trifft auch für andere Materialien zu, die einer martensitischen Umwandlung als Ergebnis thermaler Behandlung unterliegen.

Die erwähnte martensitische Umwandlung ist eine Type allotropi- · scher Transformation, die als Ergebnis von Wärmebehandlung eintritt. Obwohl der breite Rahmen allotropischen Transformationen in Materialien martensitisehe Transformationen einschließt, aber nicht darauf beschränkt ist, wird angenommen, daß das Endergebnis insofern ähnlich ist, daß irgendwelches Material, welches einer allotropisehen Transformation ausgesetzt ist, zwischen den verschiedenen allotropischen Zuständenein Differential in der Härte und ein entsprechendes Differential in der Festigkeit zwischen den verschiedenen allotropischen Zuständen schafft. So wird angenommen, daß ähnliche Ergebnisse für eine Hülse 22 erreicht werden können, die aus irgendeinem Material konstruiert ist, welches einer allotropisehen Transformation als Ergebnis von Wärmebehandlung ausgesetzt ist.

In einer härtbaren Präzipitationslegierung mit löslichen und aufgelösten Phasen und die keiner allotropischen Transformation

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* unterliegt, z.B. AlLVuminiumlegierungen, verursacht das Anlassen (annealing) größere Diffusion des löslichen Zustandes, wobei sich eine verschiedene Inderungstype in der Struktur von der vorherbeschriebenen relativ zu dem Anlassen der gehärteten

■ Stahllegierung ergibt.

An dem Punkt minimaler Härte bei den Kurven A, B und C erscheint ein geringerer Dispersionsgrad der löslichen Phase, wobei der Dispersionsgrad in einer Hichtung längs der Kurve nach auswärts gegen das Ende des Endteiles 41 und auch in einer entgegengesetzten Richtung gegen den Kopfteil 40 zunimmt.

Auf diese Weise können mit der hohlen Hülse 22, die in einer be-' schriebenen Weise konstruiert ist, sehr bestimmte strukturelle Veränderungen längs des Härtegradienten an der Hülse unterschieden werden, wobei sich eine Hülse ergibt, die maximale Festigkeit aufweist und die immer für eine Wulstbildung oder Wölbung an der hinteren Oberfläche der letzten Platte einer Mehrzahl von Werkstücken in dem Greif- oder Klemmbereich dieser Befesti-" gungsvorrichtung sorgen wird·

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Claims

Patentansprüche

1, Rohrförmiges Hülsenglied zur Verwendung in einer Blindbefestigungsvorriehtung zum Hindurchgang durch ausgerichtete Löcher in angrenzenden Werkstücken, wobei das rohrförmige Hülsenglied einen rohrförmigen Körperteil enthält, der an einem Ende in einen Kopfteil ausläuft, der sich gegen die zugängliche Seite der ausgerichteten Werkstücke anlegen kann, und wobei die Befestigungsvorrichtung ferner einen Stift mit einem Schaft enthält, der durch das Hülsenglied streckbar ist und in einen Kopfteil ausläuft, der gegen den Endteil des Hülsengliedes entgegengesetzt zu dem Kopf desselben anstößt, wodurch eine Axialkraft, die in einer Richtung relativ zu dem Hülsenglied und dem Stift ausgeübt wird, den Kopf des Stiftes veranlaßt, sich in den Eingriff mit dem Ende des Endteiles des Hülsengliedes zu bewegen, um einen gewulsteten Kopf zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Hülse (22) an dem Endteil (41) der Hülse entgegen ihrem Kopfteil (40) auf einen vorgewählten Wert mit einem Härtegradienten gehärtet ist, der von dem vorgewählten Wert in einer Richtung gegen diesen Kopfteil abnimmt, um zu bewirken, daß die Wulstbildung der Hülse an einer gewünschten Axialstelle derselben stattfindet.

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BADORIGINAL

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2. Hphrförmige Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß' dieselbe aus einem Material konstruiert ist, welches einer allotropischen Transformation während einer Wärmebehandlung ausgesetzt und auf eine vorgewählte Härte gehärtet ist, um im wesentlichen martensitische Mikrostruktur aufzuweisen, wobei ihr entgegengesetzter Endteil einen Gradienten des Temperausmaßes der martensitisehen Mikrostruktur hat, wobei das Temperausmaß ic einer Richtung axial gegen den Kopfteil zunimmt.

5. Hohrförmige Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Präzipitation härtbarer legierung mit einer löslichen Phase und einer aufgelösten Phase konstruiert ist, wobei die Härte der legierung mit einsr Eeduktion in dem Dispersionsgrad der löslichen Phase abnimmt, und wobei ihr engegengesetzter Endteil einen Dispersionsgradgradienten der löslichen Phase hat, wobei der Dispersionsgrad in einer Sichtung axial gegen den Kopfteil abnimmt.

4. Bohrförmiges Hülsenglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die zu befestigenden Werkstücke in der Gesamtdicke von einem Minimum zu einem Maximum variieren, deren Differenz einen Greif- oder Klemmbereich bestimmt und wobei der rohrförmige Körperteil von einer vorgewählten länge ist,

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und ihr abnehmender Härtegradient sich für mindestens die Länge des Greifbereiches erstreckt. ■

5. Rohrförmige Hülse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körperteil einen Zwischenteil (42) angrenzend an seinen Kopfteil (40) aufweist, wobei der entgegengesetzte Endteil (41) eine vergrößerte Bohrung (46) hat, die koaxial re-. lativ zu einer kleineren Bohrung (44) durch diesen Mittelteil (42) angeordnet ist, wobei eine radiale Schulter (48) an einer Verbindungsstelle dieser Bohrungen bestimmt ist und wobei.die vorgewählten Minimum- und Maximumpunkte des Greif- oder Klemmbereiches zwischen dieser Schulter und dem Ende des Endteilee (41) angeordnet sind.

6. Befestigungsvorrichtung, welche die Hülse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Stift enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift einen Schaft aufweist, der durch das Hülsenglied hindurch ausdehnbar ist und in einem Kopf (28) endet.

7· Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, daß sie einen Sperreifen (24) einschließt, der angrenzend an eine sich nach auswärts erweiternde Höhlung in dem Kopfteil (40) der Hülse gesetzt werden kann, um in eine Sperrnut (56) im Schaft des Stiftes eingezogen zu werden.

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