-
Einschiebbares Gewinde-Befestigungselement Die Erfindung bezieht sich
auf Befestigungselemente, insbesondere auf mit Gewinde versehene Befestigungselemente,
die axial in ein verformbares Material eingetrieben und anschließend durch eine
geringe Rotationsbewegung festgesetzt werden.
-
Es sind bereits Gewinde-Befestigungselemente mit auf Front- und Rückseite
unterschiedlich abgeschrägten Gewindegängen benutzt worden, um hölzerne Elemente
schnell und wirksam miteinander zu verbinden. Solche Gewinde-Befestigungselemente
haben beispielsweise eine scharfe Schneidspitze und werden durch Hämmern oder in
anderer Weise in das Holz eingetrieben und anschließend um eine Anzahl von Umdrehungen
verdreht, um auf diese Weise die nötige festziehende Wirkung zu erzielen.
-
Diese Art Befestigungselemente werden einfach auf der
Fläche
angesetzt, wo sie eingetrieben werden sollen und dann durch Hämmern oder in anderer
Weise durch die Holzfasern hindurchgetrieben.
-
Zum Verbinden von Kunststoffelementen miteinander werden solche Befestigungselemente
im allgemeinen in ein vorgeformtes Loch im Kunststoffmaterial eingeschraubt, so
daß die Gewindegänge sich auf kaltem Wege in dem Kunststoffmaterial ihre eigenen
Gänge formen.
-
Für diese Zwecke gibt es verschiü-dene bekannte selbstschneidende
Befestiqungselemente. Es besteht jedoch der Nachteil, daß Befestigungselemente beim
Eintreiben in Kunststoffmaterial die Tendenz haben, aus der Richtung zu geraten,
so daß sie schwierig über dem Loch oder der Öffnung zu positionieren sind. Das Personal
kann diese Arbeiten dann nur mit erhöhtem Zeitaufwand ausführen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues verbessertes einschiebbares
Gewinde-Befestigungselement zu schaffen, welches sich schnell, leicht und ohne Schwierigkeiten
in verformbares Kunststoffmaterial einführen und anschließend mit weniger als einer
vollen Umdrehung festsetzen läßt.
-
Diese Aufgabe wird gemäß anliegendem Anspruch 1 gelöst. Kurz gesagt
läßt sich das erfindungsgemäße einschiebbare Befestigungselement vorteilhaft zur
Verbindung von aus verformbarem elastischem Material bestehenden Bauteilen verwenden,
welche vorgeformte Öffnungen oder Löcher zur Aufnahme des Schaftes des Befestigungselementes
aufweisen. Das Befestigungselement wird eingetrieben, bis sein Kopf fest auf dem
Material, welche die ihn aufnehmende Öffnung umgibt, aufliegt, und anschließend
verdreht man das Befestigungselement
etwa um 1/6 Umdrehung, damit
sich die mehrlappigen Gewindegänge in dem verformbaren Material eingraben.
-
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das erfindungsgemäß
Befestigungselement einen mit Gewinde versehenen Schaft mit einem vorderen Führungsabschnitt,
der mit im wesentlichen kreisrunden und im Durchmesser requzierten Gewindegängen
versehen ist, und einen hinteren Abschnitt, der im wesentlichen unrunde mehrlappige
und im Durchmesser vergrößerte Gewindegänge trägt, die sich vom vorderen Führungsabschnitt
bis zum Kopfabschnitt erstrecken. Zumindest im Bereich der unrunden Gewindegänge
haben die Frontflanken der Gewindegänge eine Neigung von etwa 400 bis 600, so daß
beim Durchstecken des Befestigungselementes durch das terformbare plastische Material
dieses um den Gewindeschaft herumfließen kann. Nach dem Eintreiben des Befestigungselementes
in das verformbare plastische Material füllt dieses im kalten Fluß den Raum zwischen
den Gewindegängen.
-
Eine verbesserte Verriegel ungswirkung wird dadurch erreicht, daß
die hinteren Flanken einen Anstieg in der 0 0 Größenordnung von etwa 0° bis 10 aufweisen,
so daß an den Hinterkanten der Gewindegänge relativ scharfe Ecken entstehen. Nach
dem axialen Einsetzen des Befestigungselementes verdreht man es um etwa 1/6 Umdrehung,
soweit es sich um dreilappige Gewindegdnge handelt, damit die Gewindelappen sich
in das verformbare plastische Material eingraben können. Diese Eingrabeaktion führt
im wesentlichen zum vollständigen Ausfüllen der Nuten zwischen den Gewindegängen,
verriegelt das Befestigungselement und verbindet somit die Bauteile fest miteinander.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung
entnommen werden, in deren verschiedenen Ansichten gleiche Elemente oder Bauteile
mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet werden. In dieser Zeichnung zeigen: Fig. 1
eine separate Darstellung eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes vor dem
Einsetzen in eine vorbereitete Offnung in verformbarem plastischen Material; Fig.
2 eine Stirnansicht des Schaftes des Befestigungselementes von Fig. 1; Fig. 3 und
4 je einen Schnitt im Verlauf einer Linie 3-3 bzw. 4-4 von Fig. 1; Fig. 5 einen
Längsschnitt durch das die Öffnung aufweisende Stück des verformbaren plastischen
Materials mit eingesetztem Befestigungselement, unter Darstellung des plastischen
Materialverhaltens, während das Befestigungselement vorwärtsgetrieben wird; Fig.
6 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 5, jedoch nach dem vollständigen Eintreiben
des Befestigungselementes, mit in den Zwischenraum zwischen den Gewindegängen eingeflossenem
plastischem Material; Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt mit dem Fluß des verformbaren
plastischen Materials zwischen die Gewindegänge, nachdem das Befestigungselement
um eine 1/6 Umdrehung verdreht wurde, und Fig. 8 einen vergrößerten Querschnitt
im Bereich eines Greifabschnittes mit dreilappig ausgebildeten Gewindegängen, welche
durch eine Eingrabewirkung im Material das Befestigungselement verriegeln.
-
Das in Fig. 1 separat dargestellte erfindungsgemäße einschiebbare
Gewinde-Befestigungselement 10 ist zum Einsetzen in eine Öffnung 14 in einem Körper
12 aus verformbarem plastischem Material vorgesehen. Es soll beispielsweise ein
Element 16, dessen Öffnung 18 die Öffnung 14 überdeckt, in dieser Lage an dem Körper
12 befestigt werden. Das Einsetzen des hierfür benutzten Befestigungselementes 10
wird nachfolgend beschrieben.
-
Das Befestigungselement 10 besitzt einen Kopfabschnitt 20, der jede
beliebige konventionelle Gestalt besitzen kann, die zum Ansetzen eines Werkzeugs
geeignet ist, um das Befestigungselement einzutreiben und beim Verriegelungsvorgang
über einen Bruchteil einer Umdrehung zu verdrehen. Ein vom Kopfabschnitt 20 ausgehender
Gewindeschaft 22 ist unterteilt in einen vorderen Führungsabschnitt am vorderen
Schaftende und einen hinteren Verriegelungsabschnitt 26 zwischen Führungsabschnitt
24 und Kopfabschnitt 20. Die Gesamtabmessungen des Verriegelungsabschnittes 26 können
entsprechend dem Verwendungszweck des Befestigungselementes variiert werden.
-
Fig. 2 zeigt den Gewindeschaft 22 stirnseitig auf den Führungsabschnitt
24 gesehen, und in Fig. 4 ist dieser Führungsabschnitt 24 weiter hinten geschnitten.,
wo er noch eine im wesentlichen kreisrunde Querschnittskonfiguration besitzt. In
Fig. 3 dagegen ist der Verriegelungsabschnitt 26 geschnitten, dessen Gewindegänge
eine dreilappige Querschnittskonfiguration aufweisen, wobei wir drei Lappenabschnitte
26a, 26b und 26c unterscheiden.
-
Diese Lappenabschnitte 26a bis c graben sich in das verformbare plastische
Material ein, wenn das Befestigungselement verdreht wird, und erzielen damit eine
Verriegelungswirkung.
-
Gemäß Fig. 1 bilden die Gewindegänge, zumindest im Bereich des Verriegelungsabschnitts
26,einen Winkel A 0 in der Größenordnung von etwa 60 . Dabei ist der Frontflankenwinkel
B in der Größenordnung von etwa 400 bis 600 und der hintere Flankenwinkel C in der
Größenordnung von etwa 00bis etwa 200. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beträgt der Winkel B etwa 500 bis 550 und der Winkel C etwa 50 bis
etwa 100. Auf diese Weise entstehen Gewindegänge mit relativ flach ansteigenden
Frontflanken und scharfen Hinterflanken, so daß man die Gewindegänge des Befestigungselementes
leicht mittels eines Schlagwerkzeugs-oder dergleichen durch verformbares plastisches
Material 12 hindurchtreiben kant, ohne das Befestigungselement zu verdrehen. Man
kann also das Befestigungselement mittels einer in Fig. 5 angedeuteten reinen Axialbewegung
vollständig bis zum Anschlag des Kopfabschnittes 20 an der Frontoberfläche des Elementes
20 in der Umgebung der Öffnung 18 in Position eintreiben.
-
In Fig. 5 ist das Fließen bzw. der dehnbare Zustand des verformbaren
plastischen Materials dargestellt, wenn es beim Durchlassen der Gewindegänge des
Befestigungselementes aus seiner Normalposition nach außen gedrängt wird. Dies ist
angedeutet durch Wölbungen 28 an der Innenoberfläche der Öffnung 14.
-
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, fließt das Material durch Kaltfluß
weitgehend in den Zwischenraum zwischen den Gewindegängen hinein. Die jetzt mit
28a bezeichneten Wölbungen werden durch die Elastizität und die Kaltfließeigenschaften
des Materials bestimmt, welches die natürliche Tendenz besitzt, in seine ursprüngliche
Lage zurückzukehren. Der Betrag des auf kaltem Wege in den Zwischenraum zwischen
den Gewindegängen einfließenden Materials ist von dem Zeitraum abhängig
über
den sich das Befestigungselement bereits in Position befindet. Das vollständig eingetriebene
Befestigungselement wird um eine 1/6 Umdrehung verdreht, soweit es sich um dreilappige
Gewindegänge handelt, damit die bereits erwähnte Eingrabewirkung der Gewindegänge
in dem verformbaren elastischen Material stattfindet. Diese Eintrabewirkung läßt
das Material vollständig in den Zwischenraum zwischen den Gewindegängen hineinftießen,
wie durch 28b in Fig.
-
dargestellt, so daß ein vollständiger Eingriff des Befestigungselementes
im Material 12 erzielt wird. Durch das Verdrehen erhöht man auch die Axialspannung
des Befestigungselementes im Material, so daß das Element 16 fest gegen den Körper
12 gedrückt wird, Die Verriegelungswirkung ist noch einmal in Fig. 8 dargestellt,
wo ein Schnitt durch die in verriegelter Position befindlichen dreilappigen Gewindegänge
gelegt ist. Die verriegelten Lappen 26a, 26b und 26 c des Befestigungselementes
sind mit einer unterbrochenen Linie angedeutet; sie führen zu einer effektiven dreilappigen
Verformung der ursprünglich runden Öffnung 14. Über den Umfang wechseln somit Lappen
mit rel-ativ flachen Abschnitten ab. Die ursprüngliche Lage der Lappen ist in Fig.
8 durch eine strichpunktierte Linie mit der Bezugszahl 14a bezeichnet. Nach dem
Verdrehen und dem Eingraben der Lappen in die zuvor flachen Wandabschnitte entsteht
die mit unterbrochenen Linien angedeutete Konfiguration. Es sei noch erwähnt, daß
die Anzahl der Lappen auf dem unrunden Verriegelungsabschnitt 26 des Befestigungselementes
den Bruchteil der Umdrehung bestimmt, um den das B*eXestiungselement beim Festziehen
verdreht werden sol?
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung
nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt alle im Rahmen
der Erfindung liegenden Möglichkeiten.
-
Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein einschiebbares Gewinde-Befestigungselement
nebst Anwendungsverfahren zur Befestigung eines Werkstückes an einem aus verformbarem
elastischem Material mit einer erheblichen Elastizität bestehenden Element. Das
Befestigungselement besitzt einen Kopfabschnitt zum Ansetzen eines Treibwerkzeugs,
mit dem man das Befestigungselement in das verformbare plastische Material eintreiben
kann, bis dessen Kopfabschnitt an der umgebenden Oberfläche des Werkstücks aufliegt.
Ein Frontabschnitt eines Gewindeschaftes trägt im wesentlichen kreisrunde Gewindegänge
mit verringertem Durchmesser, und ein dahinterliegender Abschnitt, -der vom Führungsabschnitt
bis zum Kopfabschnitt reicht, trägt im wesentlichen unrunde mehrlappige Gewindegänge
mit vergrößertem Durchmesser.
-
Die Frontflanken der Gewindegänge haben einen relativ flachen Anstieg,
damit das verformbare plastische Material leicht über die Gewindegänge hinweggleiten
kann, wenn das Befestigungselement eingetrieben wird. Die Rückflanke der Gewindegänge
weist dagegen einen steilen Anstiegswinkel auf, um dem Herausziehen Widerstand zu
leisten.
-
Beim Setzen des Befestigungselementes, nachdem dieses ohne Verdrehung
in das plastische Material eingeschoben oder eingetrieben wurde, formen die unrunden
Gewindegänge am hinteren Abschnitt des Gewindeschachtes die Wandung der Ausnehmung
in dem Material entsprechend unrund. Wenn man anschließend das Befestigungselement
nach
dem Einsetzen um eine Viertelumdrehung verdreht,.
-
erzielt man zwei Ergebnisse: Erstens greifen die Lappen am Schaft
fest in die relativ flachen Wandabschnitte der Öffnungswandung ein, wobei eine Verriegelungswirkunge-rzielt
wird, und zweitens wird das Befestigungselement fester angezogen.