DE2421937A1

DE2421937A1 - Schraubenartiges befestigungselement sowie verfahren zum gegenseitigen verbinden von mindestens zwei bauteilen und vorrichtung zum anbringen des befestigungselementes bzw. zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2421937A1
Application number: DE2421937A
Authority: DE
Inventors: Sidney Arthur Brewster; Harold Keith Gurney
Original assignee: British Screw Co Ltd
Current assignee: British Screw Co Ltd
Priority date: 1973-11-13
Filing date: 1974-05-07
Publication date: 1975-05-28
Also published as: CH575081A5; AU7519574A; JPS5079878A; DE7415876U; SE7414139L; FR2250912A1

Description

THE BRITISH SCREW COMPANY LIMITED, Leeds, York (Großbritannien)

Schraubenartiges Befestigungselement sowie Verfahren zum gegenseitigen Verbinden von mindestens zwei Bauteilen und Vorrichtung zum Anbringen des Befestigungselementes bzw. zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein schraubenartiges Befestigungselement zum gegenseitigen Verbinden von -mindestens zwei Bauteilen, mit einem an seinem einen Endabschnitt angeordneten Kopf oder dergleichen, mit dem es um seine Längsachse zu drehen ist, und mit einem unterhalb des Kopfes verlaufenden selbstschneidenden Gewindeabschnitt, sowie mit einem sich an den Gewindeabschnitt anschließenden zylindrischen Abschnitt.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum gegenseitigen Verbinden von mindestens zwei Bauteilen mit

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einem schraubenartigen Befestigungselement der vorstehend beschriebenen Art.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Vorrichtung zum Anbringen eines Befestigungselementes der obigen Gattung und/oder zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens.

Der Erfindungsgegenstand ist vorgesehen, um zwei oder mehr Bauteile miteinander zu verbinden, ohne daß zuvor in den miteinander zu verbindenden Komponenten ein Führungsloch angebracht ist.

Es sind verschiedene Arten selbstschneidender Schrauben bekannt, die auch als selbstbohrende Schrauben bezeichnet werden. Diese selbstbohrenden Schrauben besitzen an ihrem Einschraubende einen Bohrabschnitt der beim Drehen der Schrauben einen Bohrvorgang bewirkt, wobei mithin die Spitze der Schraube ihr eigenes Führungsloch in ein Bauteil bohren kann. In Fällen, in denen Antriebskraft, normalerweise Elektrizität, verfügbar ist, können die selbstbohrenden bzw. selbstschneidenden Schrauben beispielsweise auch für kalt gewalzte Stahlteile für die Bauindustrie verwendet werden. Dabei schneiden die selbstbohrenden Schrauben in das Metall zur Bildung eines Loches und lassen jeweils nur eine derartige Metalldicke stehen, daß in diese ein Schraubengewinde eingeschnitten werden kann. Der Grad der Befestigung bzw. die Größe der zulässigen Beanspruchung ist mithin durch die Dicke des Metallabschnittes begrenzt, durch den das Loch gebohrt worden ist.

Weiterhin sind derartige Befestigungsmittel zur Verwendung bei Metallteilen bekannt, die einen derart ausgebildeten vorderen Endabschnitt aufweisen, daß sie durch Stoßbeaufschlagung eingesetzt werden können, wobei der

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Stoß "bewirkt, daß das Ende der Schraube das Metall durchdringt. Diese Befestigungsmittel werden im wesentlichen mittels patronenbetätigter Werkzeuge eingesetzt, da die Befestigungsmittel vornehmlich in der Bauindustrie und dort an Ort und Stelle der Montage verwendet werden. Dabei ist unter einem "patronenbetätigten Werkzeug" ein Werkzeug zu verstehen, welches durch Zündung der Explosivladung einer Patrone oder aber auch durch Zündung eines brennbaren Treibstoffes betätigt werden, wobei die Zündung aufgrund der auftretenden Expansion einen erheblichen Druckanstieg verursacht. Die durch die Zündung bzw. Explosion verursachte Kraft wird sodann benutzt, um einen Schlag bzw. Stoß auf das Befestigungselement auszuüben. Derartige Werkzeuge weisen den Vorteil auf, daß sie völlig unabhängig sind und unabhängig von jeglicher Kraftquelle wie einem elektrischen Anschluß oder Druckluft benutzbar sind. Denn eine derartige Kraftquelle ist auf einer Montagestelle häufig nicht ohne weiteres verfügbar.

Diese bekannten Befestigungselemente, die von einem patronenbetätigten Werkzeug eingesetzt werden, besitzen entweder glatte oder geriffelte Stifte bzw. Stiele und weisen einen Durchdringungspunkt bzw. -abschnitt auf, wobei dieser Durchdringungsabschnitt veranlaßt wird, das Metall eines Bauteiles zu durchdringen nachdem der Schießvorgang durch Zünden eingeleitet worden ist. Diese beiden Arten von Befestigungsmitteln besitzen ein begrenztes Anwendungsgebiet, da zunächst einmal die Haltekraft des Durchdringungsabschnittes nach dem Eintreiben in ein Stahltragteil für viele Anwendungen nicht groß genug ist, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn nach außen gerichtete Zugkräfte auf das Befestigungsmittel ausgeübt werden. Typische Beispiele hierfür sind die Befestigung von Dachblechen und Wandverkleidungsplatten an Dachrahmen, Pfetten, Schienen, Säulen und dergleichen, wie sie als Tragteile in der Bauindustrie Verwendung finden. In der-

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artigen Anwendungsfällen werden auf die Befestigungsmittel häufig beachtliche Herausziehbeanspruchungen ausgeübt, die sich aufgrund äußerer Kräfte ergeben, welche beispielsweise durch Windlast auf die Verkleidungsbleche oder dergleichen entstehen kennen.

Bisher ist kein befriedigender Weg zur Verwendung eines Befestigungsmittels mit selbstschneidendem Gewinde auf dem Schaft des Befestigungsmittels und unter Verwendung eines patronenbetätigten Werkzeuges zum Eintreiben des Befestigungsmittels aufgezeigt worden. Dieses ergibt sich im wesentlichen aus zwei Problemen.

Zum einen ruft der vordere Eintreibabschnitt derartiger Befestigungselemente, nachdem er aufgrund des Zündens und Schießens in ein Bauteil_äwie eine Dachpfette aus Metall, eingetrieben worden ist, einen erheblichen Widerstand gegen eine Drehung des Befestigungselementes hervor, die jedoch erforderlich ist, um ein entsprechendes Gewinde zu schneiden bzw. zu formen. Dabei kann dieser Widerstand so groß sein, daß er beim Drehen des Befestigungselementes ein Abscheren des Kopfes des Befestigungselementes bewirkt, so daß das Befestigungselement wirkungslos ist. Zum zweiten können nach dem Zünden und Schießen des Befestigungselementes in ein Bauteil aus Metall die ersten Gewindegänge des Schaftes durch den auftretenden Schlag bzw. Stoß in das von dem Eindringabschnitt gebildete Loch eindringen. Da der größte Gewindedurchmesser notwendigerweise größer ist als der von dem Eindringabschnitt des Befestigungselementes ausgebildete Lochdurchmesser, werden die ersten Gewindegänge, die in das Loch eingetrieben werden, entweder im wesentlichen verformt oder vollständig _% zerstört. Dieses macht ein weiteres Einsetzen des Befestigungselementes in die Bauteile unmöglich.

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Es ist ohne weiteres erkennbar, daß es von erheblichem Vorteil wäre, wenn eine selbstschneidende Schraube erfolgreich mit einem patronenbetätigten Werkzeug zu verwenden wäre. Dann wäre man nämlich beispielsweise in der Bauindustrie" in der Lage, von den bekannten Vorteilen selbstschneidender Gewinde einerseits sowie von den betrieblichen Vorteilen derartiger patronenbetätigter Werkzeuge andererseits Gebrauch zu machen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Befestigungselemente unter Vermeidung ihrer Nachteile zu verbessern, und ein schraubenartiges Befestigungselement der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, welches für ein patronenbetätigtes Werkzeug zu verwenden ist, ohne daß es zum Abscheren des Schraubenkopfes oder zur Beschädigung des Gewindes kommt. Außerdem sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mit denen das neue Befestigungselement auf sichere und einfache Weise anzubringen bzw. einzusetzen ist.

Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an dem dem Kopfabschnitt abgekehrten Ende ein ballistisch geformter Abschnitt vorgesehen ist, und daß sich der zylindrische Abschnitt zwischen dem Gewindeabschnitt und dem ballistischen Abschnitt erstreckt, wobei die maximale Querschnittsabmessung des ballistischen Abschnittes nicht kleiner ist als der Kerndurchmesser jedoch kleiner als der Außendurchmesser des Gewindes, und wobei die maximale Querschnittsabmessung des zylindrischen Abschnittes kleiner ist als die maximale Querschnittsabmessung des ballistischen Abschnittes.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Gewinde des Gewindeabschnittes als Sägegewinde ausgebildet ist.

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Zur Schaffung einer optimalen Dichtwirkung ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß auf dem zylindrischen Abschnitt des Befestigungselementes eine verformbare Scheibe angeordnet ist, wobei in Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Kopf und der verformbaren Scheibe noch eine Unterlegscheibe aus Metall angeordnet sein kann. Eine besonders zweckmäßige Ausbildung ergibt sich, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die verformbare Scheibe und die aus Metall bestehende Unterlegscheibe miteinander verbunden sind.

Das Anbringen des erfindungsgemäßen Befestigungselementes kann bevorzugt dadurch erfolgen, daß die miteinander zu verbindenden Bauteile mindestens teilweise einander überlappend angeordnet werden, daß sodann der ballistische Abschnitt des Befestigungselementes mittels Stoß derart durch die Bauteile getrieben wird, daß der zylindrische Abschnitt des Schaftes nach dem Stoß in dem in den Bauteilen gebildeten Loch liegt, und daß schließlich ein Drehmoment auf den einen Endabschnitt des Befestigungselementes ausgeübt wird, um in dem gebildeten Loch ein dem Gewinde des Bauelementes entsprechendes Muttergewinde zu bilden, bis die Bauteile miteinander verbunden sind, wobei der Stoß bevorzugt durch Schießen erzeugt wird.

Als Lösung des die Vorrichtung betreffenden Teiles der Aufgabe ist ein patronenbetätigtes Schießwerkzeug vorgesehen, welches die folgenden Merkmale aufweist:

a) eine zylindrische Buchse, die teleskopierbar und gleitbar innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, welches an seinem Endabschnitt ein Puffermittel aufweist, welches einwärts gerichtet im Gehäuse angeordnet ist;

b) einen Stößel, dessen vorderer Endabschnitt gleitbar in der Bohrung der Buchse angeordnet ist, und dessen rückwärtiger Endabschnitt innerhalb des Gehäuses liegt; und

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c) eine im rückwärtigen Endabschnitt des Gehäuses angeordnete Expansionskammer, welche den äußersten rückwärtigen Endabschnitt des Stößels mit Paßsitz aufnimmt, wobei der Stößel zwischenjseinem rückwärtigen Endabschnitt und seinem vorderen Abschnitt zur Bildung einer sich radial erstreckenden Schulter einen Querschnitt aufweist, der großer ist als der Querschnitt seines vorderen Endabschnittes, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich die Schulter vor Betätigen der Patrone in einem Abstand vom Puffer befindet, der nicht größer und vorzugsweise gleich ist wie der Abstand zwischen der Spitze des ballistischen Abschnittes des Befestigungselementes und dem der Spitze zugekehrten Ende des Gewindes.

Wie bereits oben angegeben worden ist, liegt ein wichtiges Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels auf dem Bausektor^und zwar insbesondere beim Befestigen von^Dach- und Wandplatten, Verkleidungen und dergleichen mittels Schraubmitteln, wobei es ein notwendiges Erfordernis ist, daß die Schraubanordnung nach dem Einsetzen wetterfest ist.

Das schraubenartige Befestigungsmittel besitzt vorzugsweise einen Kopf, der derart ausgebildet ist, daß es mit einem geeigneten Werkzeug wie einem ^Schraubenschlüssel, Schraubenzieher oder dergleichen zu drehen ist. Zur Schaffung der erforderlichen Dichtwirkung ist wie bereits oben angeführt eine Dichtscheibe vorgesehen, die unter die Unterseitedes Kopfes und die Außenseite des Bleches, welches zu befestigen ist, geklemmt sein kann. Außerdem oder statt dessen kann auch eine Unterlegscheibe aus Metall vorgesehen sein. Die vorzugsweise mit der Metallunterlegscheibe verbundene Dichtscheibe kann aus einem geeigneten Kunststoff bestehen, der einen guten Korrosionswiderstand aufweist und außerdem unter dem Klemmdruck, der von dem

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Kopf hervorgerufen wird, verformbar ist, um eine gute Dichtwirkung zum Schraubenschaft an der Stelle zu e'rzielen, wo er durch das Außenblech dringt, sowie eine gute Dichtwirkung zu dem Blech selbst an dem den Schraubenschaft umgebenden Abschnitt.

Eine derartige Unterlegscheibe kann gleichermaßen als Zentriermittel für den Schaft des Befestigungselementes benutzt werden, wenn dieses sich in der Buchse des patronenbetätigten Werkzeuges befindet und zum Betrieb bereit ist. Unter diesem Gesichtspunkt ist das Loch in der Scheibe vorzugsweise etwas kleiner als die größte Querschnittsabmessung des Endabschnittes des Befestigungselementes, so daß die Unterlegscheibe über diesen Abschnitt geschoben werden kann und sodann fest auf dem glatten zylindrischen Abschnitt des Schraubenschaftes aufsitzt. In Fällen, in denen außer der Dichtscheibe noch eine Metallscheibe unter dem Schraubenkopf benötigt wird, kann diese auf den Schaft geschoben werden bevor die Dichtscheibe angebracht wird, so daß die Dichtscheibe die Metallscheibe daran hindert, von dem Schaft herunter zu gleiten. Auf diese Weise ist sodann eine Baueinheit bestehend aus Schraube, Metallunterlegscheibe und Dichtscheibe geschaffen, die beispielsweise am Ort der Herstellung bereits vorbereitet, d.h. vollständig hergestellt werden kann, so daß die Person, welche die Anbringung ausführt, keine Schwierigkeiten bei der Anbringung der Scheiben auf den Schrauben hat und nicht die Gefahr besteht, daß das Fehlen von Unterlegscheiben übersehen wird, so daß die Befestigungsmittel ohne die Scheiben angebracht werden.

Auf diese Weise sind mithin ein hervorragend geeignetes Befestigungselement sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anbringen des Befestxgungselementes geschaffen worden, um Bauteile mit selbstschneidenden Schrauben unter Verwendung patronenbetätigter Werkzeuge zu verbinden. Die

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Schraube wird durch das Werkzeug in Bauteile eingeschossen. Die Länge des Stößelpfades des Werkzeuges ist sorgfältig gesteuert, so daß nur der ballistische Endabschnitt des Befestigungselementes die Bauteile vollständig passiert bevor' die Schraube zur Ruhe kommt. Da die Schraube zu diesem Zeitpunkt, d.h. also beim bzw. nach dem Schießen, nicht weiter in die Bauteile gelangt, wird der Gewindeabschnitt des Schraubenschaftes nicht in Berührung mit den Bauteilen gebracht, so daß sichergestellt ist, daß das Gewinde nicht beschädigt wird.

Da die Schraube an ihrem Schaft einen ebenen zylindrischen Abschnitt mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der größte Durchmesser des ballistischen Abschnittes, folgt, daß das von dem ballistischen Abschnitt nach dem Zünden der Schraube geschaffene Loch notwendigerweise in seinem Durchmesser größer sein muß als der Durchmesser des nicht mit Gewinde versehenen zylindrischen Schaftabschnittes. Da weiterhin dieser Abschnitt des Schaftes zwischen dem ballistischen Abschnitt und dem Gewindeabschnitt angeordnet ist und eine axiale Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie die Lochtiefe nach Durchdringung durch den ballistischen Abschnitt, kann die Schraube relativ zu den Bauteilen einfach gedreht werden, da ein Abstand zwischen der Schraube und den Bauteilen besteht. Auf diese Weise ist das Problem eines zu großen Widerstandes zum Drehen der Schraube vermieden.

Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines schraubenartigen Befestigungselementes mit selbstschneidendem Gewinde mit unter dem Schraubenkopf angeordneter Unterlegscheibe aus Metall unter Fortlassung einer Dichtscheibe;

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Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Schraubenrohling für die Schraube gemäß Fig. vor Anbringung des Gewindes;

Fig. 3 eine seitliche Ansicht eines Teilschnit-. tes einer Anordnung zum Befestigen eines Dachbleches an einem Dachrahmen mittels eines Befestigungselementes gemäß lig. 1 in einem ersten Stadium;

Fig. 4- eine Fig. 3 entspreche!de Darstellung im Endstadium, in dem die Schraube vollständig eingesetzt ist, um das Dachblech fest an den Dachrahmen zu klemmen;

Fig. 5 einen seitlichen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Anbringen eines Befestigungselementes gemäß den Fig. 1 bis 4- im Ruhezustand mit eingesetzter Schraube;

Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Teilansicht, wobei die Vorrichtung geladen ist; und

Fig. 7 eine den Fig. 5 und 6 entsprechende

Darstellung nach Zündung bzw. nach dem Schießen der Schraube in zwei Bauteile.

Figur 1 zeigt eine Schraube, die an ihrem einen Ende einen Sechskantkopf 10 und an ihrem anderen Ende einen ballistisch ausgebildeten Abschnitt 11 aufweist. Ein Gewinde erstrecke sich entlang dem Schaft von unterhalb des Kopfes 10 und ein glatter zylindrischer Abschnitt 13 erstreckt sich zwischen dem vorderen Ende des Gewindes 12 und dem inneren Ende des ballistischen Abschnittes 11. Bei dem Gewinde 12 handelt es sich um ein gehärtetes, selbstschneidendes Gewinde, welches vorzugsweise jedoch nicht notwendigerweise als Sägegewinde ausgebildet ist, wie dieses in der Zeichnung dargestellt ist, um die Haltekraft des Gewindes zu erhöhen, wenn es vollständig in Metallteile eingesetzt ist, wie dieses in Fig. 4· zu erkennen ist, wo die Sägeform des Gewindes für einen zusätzlichen Widerstand gegen ein Herausziehen des Befesti-

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gungsmittels unter axialer Beanspruchung sorgt. Andere bekannte Kopfformen können Verwendung finden, doch eignet sich eine Sechskantform des Kopfes besonders zum Befestigen von Bauplatten, da hierbei die Schraube mittels einer an ihrem Arbeitsende mit einer Sechskantaufnahme versehenen Brustleier oder dergleichen von Hand gedreht werden kann.

Der ballistische Abschnitt 11 ist vorzugsweise wenn auch nicht notwendigerweise glatt ausgebildet und frei von geglichen Nuten, Riefen, Schlitzen und dergleichen. Er besitzt eine spitz zulaufende Form, die von explosiv bewegten Projektilen zum Eindringen bzw. Durchdringen harter Materialien her als besonders geeignet bekannt ist.

Zwischen dem glatten zylindrischen Abschnitt 13 des Schaftes und dem inneren Ende des Abschnittes 11 ist eine Schulter 14- ausgebildet. Der größte Durchmesser des ballistischen Abschnittes 11 befindet sich an der Schulter 14 oder in unmittelbarer Nähe von ihr. Die Beziehung zwischen diesem größten Durchmesser des Abschnittes 11 und dem größten Durchmesser des Gewindes 12, also dessen Spitzem-Durchmesser, ist derart, daß dieser Durchmesser des Abschnittes 11 kleiner sein muß als der Hauptdurchmesser des Gewindes 12, um sicherzustellen, daß um den Umfang des von dem Abschnitt 11 geschaffenen Loches herum hinreichend viel Material verbleibt, damit die Spitzen bzw. Flanken des Gewindes 12 in das Metall einschneiden oder dieses verformen können und auf diese Weise ein Muttergewinde bilden. Der maximale Durchmesser des Abschnittes 11 darf nicht zu groß sein, da anderenfalls nicht ausreichend viel Metall um den Umfang des Lo.ches herum verbleibt, so daß die radiale Tiefe des Muttergewindes, die geschnitten

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oder gebildet wird, nicht ausreichend wäre, um den erwünschten vollen oder im wesentlichen vollen Gewindeeingriff zwischen dem Gewinde 12 und dem Metall zu erzielen, so daß der Widerstand gegen Herausziehbeanspruchung ernstlich geschwächt wäre. Andererseits darf der Maximaldurchmesser des Abschnittes 11 auch nicht zu gering sein, da dieses ein zu großes Drehmoment erfordern würde, um die Schraube zu drehen und das Gewinde 12 zu veranlassen, ein Muttergewinde zu schneiden oder zu formen. Ein zu großes Drehmoment kann das Gewinde 12 beschädigen oder in extremen Fällen zum Abscheren des Kopfes 10 von der Schraube führen.

Die axiale Länge des glatten zylindrischen Abschnittes 13 ist ebenfalls ein wichtiger Parameter. Diese Länge und ihr Verhältnis zum Gewinde 12 wird weiter unten bei der Beschreibung der Arbeitsweise des Befestigungsmittels diskutiert, wie dieses dort unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Fig. 3 und 4- beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt ein Schießwerkzeug mit einem Gehäuse 30, in dem gleitbar ein zylindrischer Körper 35 angeordnet ist, der nachstehend als Schlitten bezeichnet ist. Innerhalb des Schlittens 35 befindet sich eine teleskopierbar und gleitbar angeordnete Buchse 36, die an ihrem vorderen Endabschnitt einen Fuß 37 aufweist. Der Fuß 37 besitzt eine mit der Arbeitsstelle in Eingriff zu bringende vordere Kopfseite 38, die in einer Vorder— bzw. Endansicht, d.h. also in einer Seitenansicht vom rechten Ende her in Fig. 5s 3ja wesentlichen rechtwinklig verläuft.

An ihrem inneren Ende ist die Buchse 36 mit einem Puffer versehen, der einen Gummiring 39 und einen Pufferring 40 aus Stahl aufweist, welcher den äußeren Umfang des Gummiringes 39 übergreift, und dessen Vorderseite im freien bzw. nicht zusammengedrückten Zustand des Gummiringes 39

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von der inneren Stirnseite der Buchse 36 entfernt liegt.

Am rückwärtigen Ende des zylindrischen Körpers 35 ist eine Expansionskammer 41 angebracht. Eine Schraubendruck- . feder 42 wirktjzwi sehen einer Schulter der Expansionskammer 41 und einer Schulter des Stahl-Pufferrings 40.

Ein im ganzen mit 43 bezeichneter Stößel besitzt an seinem rückwärtigen Ende einen zylindrischen Abschnitt 44, der in der in Fig. 5 dargestellten Stellung mit engem Sitz in die Expansionskammer 41 eingepaßt ist. Vor dem Abschnitt 44 besitzt der Stößel 43 einen eingezogenen Abschnitt 45, und vor diesem wächst sein Durchmesser ständig an und bildet einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 46, an den sich ein glatter zylindrischer Abschnitt 47 anschließt. Der restliche Teil 48 des Stößels 43 besitzt einen verminderten Durchmesser mit kreisförmigem Querschnitt und ist mit Gleitsitz in die Bohrung der Buchse 36 eingepaßt. Auf diese Weise ergibt sich eine nach vorn gerichtete Schulter 49, die mit der Rückseite des Pufferrings 40 in der weiter unten beschriebenen Weise zusammenwirken kann.

Der Stößel 43 besteht aus hochfestem Stahl, um auf diese Weise für eine maximale Stoßfestigkeit zu sorgen.

Me Schraube ist in der in das vordere Ende des Werkzeuges eingesetzten Stellung gezeigt. Dabei ist eine Dichtscheibe 18 aus Kunststoff auf' den glatten zylindrischen Abschnitt 13 aufgesetzt,, rau dem Seiuraubenschaft in der Bohrung des EmdLabsclimittes des Werkzeuges zu zentrieren.

Das Werkzeug wird zum Schießen vorbereitet indem der Kopf 38 gegen die äußere Oberfläche eines zu befestigenden Bleches gepreßt wird,, welches beispielsweise an einem Dachrahmen befestigt werden soll. Dabei wird eine Vorwärtsbewegung durchgeführt,, bis· die in Fig. 6 dargestellte Stel-

lung erreicht ist, in welcher die Feder 42 zusammengedrückt ist und der Abschnitt 44 des Stößels 43 sich vollständig innerhalb der Expansionskammer 41 befindet und am vorderen Ende der Teil 48 des Stößels mit dem Kopf 10 des Befestigungselemente s in Eingriff ist. Im gespannten bzw. diirchgeladenen Zustand des Werkzeuges, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, ist der Abstand G zwischen der Schulter 49 des Stößels 43 und der Vorderseite des Stahl-Pufferrings 40 gleich dem Abstand, um den sich der Stößel vorwärts bewegt, wenn die Patrone gefeuert wird. Da das vordere Ende des Stößels mit dem Kopf 10 des Befestigungselementes im Eingriff ist, dessen Spitze sich wiederum mit dem Werkstück im Eingriff befindet, ist dieses auch der Abstand, um welchen das Befestigungselement veranlaßt wird, sick in das Werkstück hineinzubewegen bzw. dieses zu durchdringen. Die Anordnung ist vorzugsweise derart,.daß der Gtotenrtring 39 nicht vollständig zusammengedrückt wird, wenn die Schulter 49 mit der Stirnseite des Pufferrings 40 in Eingriff kommt, so daß der Pufferring 40 nicht gegen, das innere Ende der Buchse 39 schlägt.

Die übrigen Teile der Pistole arbeiten auf konventionelle Weise. Wenn das Werkzeug in gespanntem bzw. drareiigeladLeiieii Zustand ist, wird der Auslöser 32 gezogen, so daß die Zünd— stiftanordnung 33 die in einer Magazinanordnung J4- "befindliche Patrone beaufschlagt. Das Feuern der Patrone verxor— sacht einen großen Druckanstieg in der TerbreimtingskaEfflDier, der den Stößel 43, der mit dem Befestigungselement in Berührung ist, veranlaßt, sich durch die Buchse 36 zu "bewegen. und auf diese Weise wiederum bewirkt, daß· der "ballis-fciselie Abschnitt 11 des Befestigungselementes die das Werkstück darstellenden Bauteile durchdringt.

In den Fig. 3 und 4 wird die dort gezeigte Schraube dazu benutzt, um ein Dachblech 15 an einem Dachrahmen 16 zu befestigen, wobei die Schraube unmittelbar unter ihrent Kopf

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10 mit einer Unterlegscheibe 17 aus Metall und einer Dichtscheibe 18 versehen ist. Diese der Dichtung dienende Unterlegscheibe 18 besteht aus einem geeigneten Kunststoff, der korrosionsbeständig und unter dem vom Kopf 10 über die Metallunterlegscheibe 17 aufgebrachten Klemmdruck einfach bzw. willig verformbar ist, so daß er im befestigten Endzustand der Anordnung die in Pig. 4· dargestellte Form annimmt.

Der innere Durchmesser der Unterleg-Dichtscheibe 18 ist geringfügig kleiner als der größte Durchmesser des Abschnittes 11, so daß er nach Aufschieben über den Abschnitt

11 auf dem glatten zylindrischen Abschnitt 13 gehalten ist und in der oben beschriebenen Weise zu Beginn zum Zentrieren des Schraubenschaftes in der Buchse des Werkzeuges dienen kann.

Nach der Zündung nimmt die Schraube die in !ig. 3 dargestellte Stellung ein. Es ist erkennbar, daß der ballistische Abschnitt 11 das Metall der Teile 15 und 16 vollständig durchsetzt hat. Weiterhin ergibt sich als Ergebnis des Stoßes, der beim Durchtreten des Abschnittes 11 auftritt, daß das Metall in der Umgebung des Schraubenschaftes in Richtung der Bewegung des Abschnittes 11 nach unten eingezogen ist, so daß die äußere Oberfläche des Bleches 15 nunmehr eingesenkt ist und einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Eindruck in seiner äußeren Oberfläche aufweist. Das Durchtreten des Abschnittes 11 bewirkt außerdem, daß Metall der Teile 15 und 16 in dem den Schaft umgebenden Bereich gezogen bzw. extrudiert wird, was besonders klar bei dem Blech des Teils 16 zu sehen ist, welches das dickere der beiden Bleche darstellt, bei dem zu beobachten ist, daß die axiale Länge des Metalls des Teils 16 in dem den Schraubenschaft unmittelbar umgebenden Bereich um ein bestimmtes Maß größer ist als die Ursprungsdicke des Teils 16..

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In diesem Zustand ist der glatte zylindrische Abschnitt 13 des Schaftes in dem Loch angeordnet, welches in den Teilen 15 und 16 gebildet worden ist. Dabei ist der Abschnitt 13 im wesentlichen lose, so daß er auf einfache Weise von Hand gedreht werden kann. Es ist erkennbar, daß zur Erzielung dieser Stellung die axiale Länge des Abschnittes 13 mindestens gleich der axialen Länge des Metalls der Teile 15 und 16 in dem den Abschnitt 13 unmittelbar umgebenden Abschnitt sein muß und vorzugsweise etwas größer ist. Diese Dicke schließt nicht allein die Ursprungsdicke der Teile 15 und 16 ein, sondern auch gegliche zusätzliche Dicke, die beim Ziehvorgang bzw. beim Extrudieren des Metalls dieser Teile auftritt, wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben ist.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß es für eine erfolgreiche Benutzung und Anwendung dieses Befestigungsmittels wichtig ist, daß die axiale Länge des im Durchmesser reduzierten Abschnittes 13 hinreichend lang ist, so daß noch ein Teilabschnitt des reduzierten Abschnittes 13 an beiden Seiten des Loches vorsteht. Wenn die axiale Länge kleiner als dieser kritische Abstand ist, so könnte dieses dazu führen, daß das Gewinde 12 mit dem Teil 15 in Berührung gerät, wobei die ersten Gewindegänge zerstört werden könnten.

Damit die Schraube die Bauteile sicher zusammenhalten kann, ist es für den Gewindeabschnitt 12 des Schaftes erforderlich, daß dieser eine axiale Länge besitzt, die mindestens so groß ist wie die kombinierte Dicke der Komponenten, durch welche er hindurchtritt bzw. treten soll. Da auch die axiale Länge des im Durchmesser reduzierten Abschnittes 13 diese kritische Minimallänge besitzt und die axiale Länge des reduzierten Abschnittes 13 aus ökonomischen Gründen nicht größer als irgend notwendig sein sollte, sollte die axiale Länge des Gewinde-

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abschnittes 12 mindestens so groß sein wie die axiale Länge des im Durchmesser reduzierten Abschnittes 13 und vorzugsweise geringfügig größer.

Es ist zu erkennen, daß die Unterleg-Dichtscheibe 18 an ihrer Unterseite - das ist die der Anschlagfläche des Bleches 15 zugekehrte Seite - eine spitz zulaufende kegelstumpf förmige Fläche 19 aufweist. Der Grundpierfür liegt darin, daß dieser Teil 19 zuerst mit der kegelstumpfförmigen Einsenkung des Bleches 15 in Eingriff kommt, wenn die Schraube in die in Fig. 4- dargestellte Stellung nach unten gezogen wird. Auf diese Weise wird die Unterleg-Dichtscheibe auf ideale Weise in dieser Einsenkung bzw. Ausnehmung angeordnet und gestattet ein endgültiges Anziehen des Kopfes 10 nach unten, was zu dem in Fig. 4 gezeigten Ergebnis führt, bei dem die Unterleg-Dichtscheibe 18 nach unten und einwärts in die kegelstumpfförmige Einsenkung hinein verformt wird, so daß die Unterlegscheibe zu einem innigen Kontakt mit den Gewindegängen des Gewindes 12 und ebenfalls mit den Teilen des Bleches 15» welche das Gewinde unmittelbar umgeben, gezwungen wird, um auf diese Weise sicherzustellen, daß eine wasserdichte Dichtung gebildet wird.

Zur Erleichterung der Anordnung ist auch die andere Seite der Unterlegscheibe 18 mit dem gleichen kegelstumpfförmigen Abschnitt 19 ausgebildet, so daß die Unterlegscheibe in Jeder Richtung auf den Schraubenschaft aufgeschoben werden kann.

Die in Fig. 3 dargestellte Stellung der Teile ist in gewisser Weise theoretisch, da in praxi die Stoßkraft das vordere Ende des Gewindes 12 veranlassen wird, die Bohrung der Kunststoffunterlegscheibe 18 mindestens teilweise zu durchdringen, wobei das vordere Ende des Gewindes 12 durch die Unterlegscheibe in Richtung auf die

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Oberfläche des Blattes 15 bzw. in Berührung mit dieser kommen kann.

Zur Vervollständigung der Anordnung kann eine Kunststoffkappe vorgesehen sein, die unter Reibschluß mit dem Kopf verbunden sein kann oder eine elastische oder aber eine Klemmverbindung mit dem Kopf 10 besitzen kann, um auf diese Weise für eine weitere Wasserdichtheit zu sorgen.

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Claims

Ansprüche

\J Schraubenartiges Befestigungselement zum gegenseitigen Verbinden von mindestens zwei Bauteilen, mit einem an seinem einen Endabschnitt angeordneten Kopf oder dergleichen, mit dem es um seine Längsachse zu drehen ist, und mit einem unterhalb des Kopfes verlaufenden selbstschneidenden Gewindeabschnitt, sowie mit einem sich an den Gewindeabschnitt anschließenden zylindrischen Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Kopfabschnitt abgekehrten Ende ein ballistisch geformter Abschnitt (11) vorgesehen ist,- und daß sich der zylindrische Abschnitt (13) zwischen dem Gewindeabschnitt (12) und dem ballistischen Abschnitt (H) erstreckt, wobei die maximale Querschnittsabmessung des ballistischen Abschnittes (11) nicht kleiner ist als der Kerndurchmesser jedoch kleiner als der Außendurchmesser des Gewindes (12), und wobei die maximale Querschnittsabmessung des zylindrischen Abschnittes (13) kleiner ist als die maximale Querschnittsabmessung des ballistischen Abschnittes (11). '
2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (12) des Gewindeabschnittes als Sägegewinde ausgebildet ist.
3. Befestigungselement nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zylindrischen Abschnitt (13) eine verformbare Scheibe (18) angeordnet ist.

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4-. "Befestigungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf (10) und der verformbaren Scheibe (18) eine Unterlegscheibe (1?) aus Metall angeordnet ist.
5. Befestigungselement nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Scheibe (18) und die aus Metall bestehende Unterlegscheibe (17) miteinander verbunden sind.
6. Verfahren zum gegenseitigen Verbinden von mindestens zwei Bauteilen mit einem schraubenartigen Befestigungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Bauteile mindestens teilweise einander überlappend angeordnet werden; daß der ballistische Abschnitt des Befestigungselementes sodann mittels Stoß derart durch die Bauteile getrieben wird, daß der zylindrische Abschnitt nach dem Stoß in dem in den Bauteilen gebildeten Loch liegt; und daß schließlich ein Drehmoment auf den einen Endabsclmitt des Befestigungselementes ausgeübt wird, um in dem gebildeten Loch ein dem Gewinde des Befestigungselementes entsprechendes Muttergewinde zu bilden, bis die Bauteile miteinander verbunden sind.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoß durch Schießen erzeugt wird.
8. Vorrichtung zum Anbringen eines Befestigungselementes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder beiden der Ansprüche 6 und 7 mit einem patronenbetätigten Schießwerkzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) eine zylindrische Buchse (36), die teleskopierbar und gleitbar innerhalb eines Gehäuses (30) angeordnet

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ist, welches an seinem Endabschnitt ein Puffermittel (39» 4-0) aufweist, welches einwärts gerichtet im Gehäuse (30) angeordnet ist;

b) einen Stößel (43), dessen vorderer Endabschnitt (4-8) ' gleitbar in der Bohrung der Buchse (36) angeordnet ist, und dessen rückwärtiger Endabschnitt (4-4, 46, 47) innerhalb des Gehäuses (30) liegt; und

c) eine im rückwärtigen Endabschnitt des Gehäuses (30) angeordnete Expansionskammer (41), welche den äußersten rückwärtigen Endabschnitt (44) des Stößels (43) mit Paßsitz aufnimmt, wobei der Stößel (43) zwischen

' seinem rückwärtigen Endabschnitt (44) und seinem vorderen Abschnitt (48) zur Bildung einer sich radial erstreckenden Schulter (49) einen Querschnitt aufweist, der größer ist als der Querschnitt seines vorderen Endabschnittes (48), wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich die Schulter (49) vor Betätigen der Patrone in einem Abstand vom Puffer (40) befindet, der nicht größer und vorzugsweise gleich ist wie der Abstand zwischen der Spitze des ballistischen Abschnittes (11) des Befestigungselementes und dem der Spitze zugekehrten Ende des Gewindes (12).

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