DE2520586C3 - Befestigungselement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungselement zum Befestigen, insbesondere an nur einseitig zugänglichen Durchgangsbohrungen, bestehend aus einer zylindrischen Stauchhülse mit einem flanschartig ausgebildeten Ende und einem in dieser angeordneten zylindrischen Einsatzteil mit einem flanschartigen Kopf, dessen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser der Stauchhülse ist, wobei die Unterseite des Kopfes des Einsatzteiles mit der angrenzenden Stirnfläche der Stauchhülse durch unmittelbare Berührung druckübertragend in Verbindung steht und die Stauchhülse durch Axialzug am Einsatzteil wulstartig verformbar ist

Ein derartiges Befestigungselement ist bereits aus der GB-PS 4 15 149 bekannt, wobei die Stauchhülse mit Hilfe eines Nietbolzens derart gestaucht wird, daß sie einen Wulst bildet, so daß nun die beiden zu vernietenden, lose aufeinanderliegenden Werkstücke zwischen dem Flansch der Stauchhülse und der aufgeworfenen Wulst ortsfest eingeschlossen sind. Bei dem nach der GB-PS 4 15 149 bekannten Befestigungselement besteht zwischen der Stirnfläche der zylindrischen Stauchhülse und der Unterseite des flanschartig ausgebildeten Kopfes des in dieser angeordneten Einsatzteils lediglich eine druckübertragende Verbindung, wobei lediglich Zugkräfte aufgenommen werden können, wohingegen Scherkräfte zu einer ungleichmäßigen Verformung der Stauchhülse führen -können und somit eine genaue Passung zwischen Stauchhwse und

ίο Einsatzteil bzw. Stauchhülse und dem zu verspannenden Werkstücken nicht gewährleistet ist Darüber hinaus kann es beim Verschrauben des Einsatzteils zu einem Mitdrehen des Einsatzteils gegenüber der Hülse kommen.

is Aus der US-PS 20 38 189 ist ein Befestigungselement bekannt, bei dem zwischen der Stirnfläche der zylindrischen Stauchhülse und der Unterseite des flanschartig ausgebildeten Kopfes des in dieser angeordneten Einsatzteils eine MaterialschluOverbindung durch Schweißung im Bereich der Stirnflächen besteht Bei einer solchen konstruktiven Gestaltung besteht bei hohen mechanischen Belastungen die Gefahr, daß es zu einem sogenannten »Flaschenöffnereffekt« kommt, wodurch unterhalb der Schweißnaht das Hülsenmaterial abgerissen wird. Aufgrund der wulstartigen Verformung der Stauchhülsen während des Stauchens kommt es gerade im Bereich tier Schweißnaht zwischen Stirnfläche der Stauchhülse und Unterseite des flanschartig ausgebildeten Kopfes des Einsatzteils durch die Verformung der Stauchhülse zu starken mechanischen Beanspruchungen, was ein Ausreißen der Verbindung zwischen Stauchhülse und Einsatzteil zur Folge hat

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei der Gewindebolzen höchste Beanspruchungen in Form von variablen Zug- und Scherkräften aufnehmen kann, ohne daß die Verbindung zwischen Einsatzteil und Stauchhülse ausreißt.

■w Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen dem äußeren Umfang des zylindrischen Einsatzteils und dem inneren Umfang der Stauchhülse im Endbereich derselben eine Materialschlußverbindung besteht Durch eine Umfangsschweißung im Endbereich

« der Stauchhülse kann eine sehr hohe Belastbarkeit erzielt werden, so daß die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Befestigungselements nicht durch die Materialschlußverbindung bestimmt wird, sondern durch die Festigkeit des Einsatzteils (Gewindebolzen) innerhalb

so der Hülse. Dies wird insbesondere durch eine lokale Trennung der Stelle der Druckübertragung von der Materialschlußverbindung erreicht Erfindungsgemäß wird zwischen Materialschlußverbindung und Druck' Übertragungsstelle ein Bereich der Stauchhülse geschaf-

« fen, in dem keine Wulstbildung auftritt, so daß in diesem Bereich die volle Kraftübertragung zwischen der Hülse und dem Flansch des Einsatzteils erhalten bleibt, wodurch erreicht wird, daß die Materialschlußverbindung zumindest teilweise auch bei höchsten Beanspruchungen aufrechterhalten bleibt, da der Bereich der Stauchhülse zwischen MaterialschiuBverbindung und Druckübertragungsstelle nicht verformt wird. Die so erzielte Kraftverteilung ist derart günstig, daß sogar noch eine weitere Stauchung der Stauchhülse erfolgt

^h<> Ein Ausreißen des Einsatzteils aus der aus weichem Material bestehenden Stauchhülse und beim späteren Verschrauben weiterer Teile ein Mitdrehen des Einsatztcils gegenüber der Hülse wird so nahezu

ausgeschlossen.

In Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die materialschlüssige, homogene Verbindung aus einer in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen durchgeführten Punktschweißung besteht Durch die Punktschweißung ergibt sich ein äußerst einfaches und schnelles Schweißverfahren, was durch den dafür verwendeten Schweißautomaten ein kostengünstiges Herstellen des erfindungsgemäßen Befestigungselements ermöglicht Gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es also nicht erforderlich, daß am gesamten Umfang der Stauchhülse eine Schweißverbindung zwischen dieser und dem Einsatzteil vorliegt vielmehr genügt es, diese materialschlüssige Verbindung auf mehrere Punktschweißungen auf einer Umfangslinie zu begrenzen. Indem erfindungsgemäß der Außendurchmesser des Einsatzteils etwa dem Innendurchmesser der Hülse entspricht erfährt das Einsatzteil nicht nur eine exakte Führung innerhalb der Hülse, sondern ermöglicht auch eine sichere Verschweißung der beiden Teile, insbesondere bei der erfindungsgemäßen Punktschweißung.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der sich an den Kopf anschließende Abschnitt des Einsatzteils ein am flanschartigen Ende der Hülse herausragender, mit durchgehendem Gewinde versehener Bolzen sein. Damit bildet das Einsatzteil unmittelbar selbst den Gewindebolzen. Damit ergibt sich aber erfindungsgemäß ein zum Befestigen insbesondere an nur einseitig zugänglichen Durchgangsbohrungen geeigneter Gewindebolzen, der mit geringstmöglichem Produktionsaufwand und relativ kleinen Abmessungen sicher und dauerhaft auch an engsten Konstruktionen festlegbar ist Durch die enge Umschließung- bzw. durch das nicht vorhandene Spiel zwischen Hülse und Gewindebolzen ist das Eindringen von aggressiven Stoffen in das Hülseninnere praktisch ausgeschlossen. Weiterhin ist die Positionierung des Gewindebolzens stets exakt d.h. sein Austritt aus der Hülse ist zuverlässig mittig, so daß die Genauigkeitsanfordeningen optimal erfüllt werden. Infolge der zylindrischen Ausbildung der Hülse kann das Befestigungselement mit denselben Abmessungen an z. B. Blechen unterschiedlicher Deckenabmessung festgelegt werden, da die zylindrische Ausbildung einen variablen Klemmbereich bis zu 3 .Tim ermöglicht Da erfJndungsgemäß das Gewinde des Bolzens bis praktisch an den Kopf verläuft kann das erfindungsgemäße Befestigungselement auch bei z. B. dünnsten Karosserieblechen beispielsweise mit einer Stärke von 0,57 mn? befestigt werden.

Erfindungsgemäß kann es auch zweckmäßig sein, wenn der .'ich an den Kopf anschließende Abschnitt des Einsatzteils ein Hohlzylinder mit Innengewinde ist Damit wird eine Blindnietmutter erfindungsgemäß geschaffen, die zar Aufnahme größter Belastungen geeignet ist Denn das das Gewinde aufweisende Teil kann dabei aus' einem festen Material bestehen, da es nicht unmittelbarer Bestandteil der Stauchhülse ist, die aus relativ nachgiebigem, d.h. nietbarem Material bestehen muß. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung einer NietfnütieF bringt den weiteren Vorteil mit sieh,' daß die Baulänge des Befestigungselements insgesamt gegenüber den bekannten Nietmuttern verkürzt werden kann, denn aufgrund der höheren Festigkeit des Gewindeteils kann die Anzahl der tragenden Gewindegänge verringert werden und außerdem, da das das Gewinde aufweisende Teil, die zylindrische Hülse, innerhalb der Stauchhülse liegt und sich nicht wie bei den bekannten Nietmuttern an den Stauchbereich der Hülse anschließt ergibt sich bei gleicher Anzahl Gewindegänge dadurch eine Verkürzung der Bauläng: des Befestigungselements, da beim Stauchen der Stauchhülse das freie Ende des das Innengewinde aufweisenden Hohlzylinders bis zur Vorderkante des flanschartig ausgebildeten Endes der Stauchhülse gezogen werden kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion ergibt sich also eine Verkürzung der

ίο Baulänge um den Stauchbereich der Stauchhülse.

Um unter Berücksichtigung der im Winkelbeieich zwischen Kopf und zylindrischem Abschnitt des Einsatzteils auftretenden Kerbwirkungen eine maximale Festigkeit zu erreichen, ist es erfindungsgemäß weiterhin vorteilhaft wenn die Kreisringfläche an der Unterseite des Kopfes des Einsatzteils so gewählt ist daß sie dem ein- bis zweifachen der wirksamen Querschnittsfläche des Einsatzteils entspricht Ist der Ein.'iatzteil an seinem zylindrischen Abschnitt als Gewindebolzen ausgebildet so ist die wirksame Querschnittsfiäche die des Gewir-vcbolzeiis. Ist der Einsatzteil in seinem zylindrischen Abschnitt ais Hohlzylinder mit Innengewinde ausgebildet so ist die wirksame Querschnittsfläche die der Hohlzylinderwandung.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Anmeldung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein mit einem Gewindebolzen versehenes erfindungsgemäßes Befestigungselement

:!F i g- 2 ein Befestigungselement gemäß F i g. 1 in gestauchtem Zustand,

Fig.3 ein mit einer Nietmutter versehenes erfindungsgemäßes Befestigungselement

Fig.4 ein Befestigungselement gemäß Fig.3 in gestauchtem Zustand,

F i g. 5 ein als Nietmutter ausgebildetes Einsatzteil mit Durchgangsbohrung.
Wie F i g. 1 zeigt besteht z. B. ein erfindungsgemäßes Befestigungselement aus einer Stauchhülse 1 mit einem flanschartig ausgebildeten Ende und einem Gewindebolzen 2, dessen Schaft 3 durch die Stauchhülse hindurch verläuft und aus deren flanschartigem Ende herausragt Deir Gewindebolzen 2 weist einen Kopf 4 auf, dessen Umlerseite 5 auf der Stirnfläche dtr Stauchhülse 1 aufliegt Der Außendurchmesser des Kopfes 4 ist gleich denn Außendurchmesser der Stauchhülse 1. Im Endbereich der Stauchhülse 1 ist diese mit dem Gewindebolzen materialschlüssig durch Verschweißen, beispielsweise se durch Punktschweißung, verbunden. Die Kreisringfläche an der Unterseite des Kopfes 4, das ist die Trennfläche zwischen der gedachten Verlängerung des Schaftes 3 durch den Kopf 4 hindurch und dem «eitieiaenden Kopfrand, entspricht dem ein- bis zweifachen, insbesondere dem 1,3- bis !^fachen der wirksamen Querschnittsfläche des Schaftes.!. In Fig.2 ist durch Pfeile veranschaulicht, in welcher Weise auf den Gewindebolzen eine Zugkraft ausgeübt wird, um eine Wulstbildurte der Stauchhülse zu erreichen, wobei gleichzeitig in zur Zugrichtung entgegengesetzter Richtung ein Druck auf das flanschartige Ende der Stauchhülse 1 ausgeübt wird. Nach der Wulstbüdung ist zwischen dem flanschartigen Ende der Stauchhülse ( und der gebildeten Wulst 6 beispielsweise ein Blechteil 7

f>5 derart zwischen diesen beiden Teilen eingeklemmt, daß das erfindungsgemäUe Befestigungselement unverrückbar und sicher festsitzt. Beim Aufschrauben und Festziehen beispielsweise einer Mutter auf dem

Gewindebolzen 2 wird der Zug auf die bereits gestauchte Stauchhülse 1 übertragen, und die Verbindung wird umso fester, je mehr die Mutter angezogen wird. Im dargestellten Beispiel ist nur eine Punktschweißung 8 dargestellt. Die zweite PunktschweiQung ist zu der dargestellten um 90 Grad verdreht angebracht.

Fig.3 zeigt ein Befestigungselement, das wiederum aus einer Stauchhülse 1 besteht, innerhalb der ein mit Innengewinde versehener Hohlzylinder 9 angeordnet ist. Der Hohlzylinder 9 ist an einer Seite mit einem Kopf 4 abgeschlossen, der wiederum mit seiner Unterseite 5 an die Stirnfläche der Stauchhülse 1 anliegt. Der mit Innengewinde versehene Hohlzylinder 9 dient als Mutter, in die nach dem StauchprozeB, wie in Fig.4 abgebildet, ein Gewindebolzen zum Befestigen weiterer Konstruktionsteile eingeschraubt werden kann. Auch in diesem Beispiel ist wiederum eine materialschlüssige Verbindung zwischen der Stauchhülse 1 im Endbereich derselben mit dem Hohlzylinder 9 durch eine Punktschweißung 8 hergestellt, wobei wiederum nur eine Punktschweißung abgebildet ist. Die Länge des Hohlzylinders 9 ist derart bemessen, daß im gestauchten Zustand der Stauchhülse, siehe Fig.4, das Ende des Hohlzylinders bündig mit der Vorderkante des flanschartigen Endes der Stauchhülse 1 ist. Durch diese Bemessung wird bei optimaler Ausnutzung der Gewin-

detragfähigkeit des Hohlzylinders eine wesentliche Verkürzung der Baulänge des Befestigungselements gegenüber bekannten Befestigungselementen erreicht.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Hohlzylinders 9 in Verbindung mit seinem Kopf 4.

ι, Dabei verläuft die Bohrung des Hohlzylinders 9 durch den Kopf hindurch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Befestigungselement zum Befestigen, insbesondere an nur einseitig zugänglichen Durchgangsbohrungen, bestehend aus einer zylindrischen Stauchhülse mit einem flanschartig ausgebildeten Ende und einem in dieser angeordneten zylindrischen Einsatzteil mit einem flanschartigen Kopf, dessen Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser der Stauchhülse ist, wobei die Unterseite des Kopfes des Einsatzteils mit der angrenzenden Stirnfläche der Stauchhülse durch unmittelbare Berührung druckübertragend in Verbindung steht und die Stauchhülse durch Axialzug am Einsatzteil wulstartig verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Umfang des zylindrischen Einsatzteils (2, 9) und dem inneren Umfang der Stauchhülse (1) im Endbereich derselben eine Materialschlußverbindung besteht

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die materialschlüssige homogene Verbindung aus einer in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen durchgeführten Punktschweißung (8) besteht

3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmesser des Einsatzteils (2, 9) etwa dem Innendurchmesser der Hülse (1) entspricht

4. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringfläche an der Unterseite des Kopfes (4) des Einsatzteils (2, 9) dem ein- bis zweifachen der wirksamen Querschnittsfläche des zylindrischen Teils (3) des Einsatzteils (2,9) entspricht

5. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Kopf (4) anschließende Abschnitt des Einsatzteils ein am flanschartigen Ende der Hülse (1) herausragender Bolzen (2, 3) mit durchgehendem Gewinde ist

6. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Kopf (4) anschließende Abschnitt des Einsalzteils ein Hohlzylinder (9) mit Innengewinde ist