DE2846943A1

DE2846943A1 - Nagelartiges befestigungselement

Info

Publication number: DE2846943A1
Application number: DE19782846943
Authority: DE
Inventors: Robert L Hallock
Original assignee: GRIPNAIL CORP
Current assignee: GRIPNAIL CORP
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1980-02-14
Also published as: FR2433125A1; JPS5619486B2; US4193333A; JPS5524280A; FR2433125B1

Description

Nagelartiges Befestigungselement

Die Erfindung betrifft ein nagelartiges Befestigungselement zum Eintreiben in ein metallisches Bauteil und Anbringen an einem solchen Bauteil, mit einem Körper, der an dem einen Ende einen Eindringteil aufweist.

Insbesondere befasst sich die Erfindung in diesem Zusammenhang mit einem gehärteten Nagel, der einen Eindringteil aufweist, welcher in einen metallischen Baukörper eingetrieben werden kann, sowie einen sich verformenden Teil, der den Nagel an dem Baukörper so befestigt, dass er einem Herausziehen Widerstand entgegensetzt.

In der Vergangenheit sind grosse Anstrengungen unternommen worden, um Befestigungselemente, beispielsweise Nägel, Schrauben, Niete u.dgl., zu schaffen, die in in einem Grundmaterial vorhandene öffnungen eingetrieben, eingeschraubt oder eingesteckt werden können. Die meisten dieser bekannten Befestigungselemente behalten ihre Form mit Ausnahme der Niete, bei denen das eine Ende mit Hammerschlägen umgeschlagen wird, nachdem der Niet in ein vorgeformtes Loch eingesteckt worden ist. Dazu kommt, dass gewisse Nägel mit gegabelten Schäften versehen worden sind, die sich auseinanderspreizen, sobald der Nagel in ein verhältnismässig weiches, etwas elastisches Grundmaterial, beispielsweise Holz o.dgl., eingetrieben wird.

Andere bekannte Konstruktionen, wie sie beispielsweise in der US-PS 1 349 183 beschrieben sind, weisen einen hohlen, rohrförmigen Stift oder Schaft auf, der sich in ein aus Holz bestehendes Grundmaterial eintreiben lässt und dessen

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eindringendes Ende so gestaltet ist, dass es sich etwas verformt, um dadurch ein leichtes Herausziehen zu verhindern. Befestigungselemente dieser Art, die in Holz eingetrieben werden, sind jedoch normalerweise mit einer scharfen Schnittkante versehen, die die Holzfasern zerschneidet.

In der US-PS 3 699 636 ist ein rohrförmiger Hartmetall körper beschrieben, dessen eindringendes Ende mit einem Paar zugespitzter, abgeschrägter Teile versehen ist, so dass der rohrförmige Körper in ein weicheres Grundmaterial eingetrieben werden kann, um dieses Material zu verformen, während gleichzeitig der eindringende Teil seine ursprüngliche Gestalt beibehält.

Ferner sind aus der US-PS 3 555 957 Nägel bekannt, die mit einer gehärteten Eindringspitze versehen sind, welche in ein hartes, dichtes, metallisches Grundmaterial mit Hilfe einer Explosions- oder Sprengladung eingetrieben werden können. Der eindringende Teil dieses Befestigungselementes soll sich jedoch beim Eintreiben nicht verformen.

Gewisse Befestigungselemente, wie sie beispielsweise in den US-PSs 3 871 264 und 4 004 483 dargestellt sind und die in einen harten, dichten, metallischen Baukörper eingetrieben werden können, sind mit einem Eindringteil versehen, der härter ist als das Grundmaterial und eine Gestalt aufweist, die so geartet ist, dass der eindringende Teil des Befestigungselementes seine Form beibehält, während Teile des Grundmaterials in in dem Befestigungselement vorhandene Aussparungen hineingeformt werden, um das Befestigungselement mit dem Grundmaterial zu verriegeln.

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Befestigungselemente des Nageltyps, die in relativ weiches Metallblech o.dgl. eingetrieben werden können, und in den US-PSs 3 095 777 und 4 003 286 beschrieben sind, haben sich durchaus als brauchbar erwiesen, bieten jedoch in den Fällen, in denen bestimmte kritische Parameter nicht vorhanden sind, keine Gewähr dafür, dass sie auch für gehärtete Stahlkörper brauchbar sind. In der US-PS 3 095 777 sind einige Ausführungsformen dargestellt, wobei jedoch das Hauptgewicht der diesbezüglichen Offenbarung auf das Eintreiben des Befestigungselementes in ein verhältnismässig weiches Metallblech gelegt ist. Die Fliesseigenschaften des relativ weichen Metallbleches unterscheiden sich erheblich von den Fliesseigenschaften eines relativ harten, dicken Baumetalls, da das Material, das in dem Metallblech verdrängt wird, dazu neigt, abwärts und zur Seite zu fliessen, während das in dem Baumetall verdrängte Material die Neigung besitzt, nach oben zu fliessen. Wenn das Metallblech auf einem Amboss liegt, neigt es dazu, nur zur Seite zu fliessen. Demzufolge sind die Körpermasse eines Befestigungselementes für das Eintreiben in Metallblech nicht so kritisch wie diejenigen eines Befestigungselementes, das in hartes Bau- oder Konstruktionsmetall eingetrieben wird. So wurde beispielsweise festgestellt, dass die Breite der stumpfen Spitze in direkter Beziehung steht zum Durchmesser der Bohrung, dass ferner die Härte des eindringenden Endes in direkter Beziehung steht zu der Härte des metallischen Körpers und dass der Druck auf das eindringende Ende des Befestigungselementes erheblich grosser ist, wenn das Befestigungselement in einen metallischen Baukörper eingetrieben wird, als wenn es in Metallblech eingetrieben wird.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Befestigungselement des Nageltyps zu schaffen, das sich insbesondere zum Eintreiben in Hartmetal1 körper eignet und dessen in das Metall eindringender Teil sich verformt, um sich in dem Metall zu verriegeln.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das nagelartige Befestigungselement mit einem Schaft zu versehen, der einen hohlen, in etwa kegel stumpfförmigen Eindringteil mit einem stumpfen Ende aufweist, der in axialer Richtung unter einem eingeschlossenen Winkel von annähernd 30° nach innen abgeschrägt ist. Eine in etwa zylindrische oder geringfügig kegelstumpfförmige Aussparung erstreckt sich von dem stumpfen Ende des Nagels axial nach innen, und der Rand dieser Aussparung ist in seitlicher Richtung vom Rand des abgeschrägten Teils mit Abstand getrennt, so dass ein durchgehender, im wesentlichen flacher Ring bestimmter Breite gebildet wird. Der eindringende Teil des Nagels ist wärmebehandelt und erhält dadurch eine Härte, die grosser ist als die Härte eines metallischen Baukörpers, in den der Nagel so eingetrieben werden soll, dass der eindringende Teil des Befestigungseiementes in den metallischen Baukörper eintritt. Aufgrund der Gestalt des eindringenden Teils des Befestigungselementes und der Masse des metallischen Baukörpers verformt sich der eindringende Teil, wenn er eingetrieben wird, und wird nach innen gestaucht, um einen Materialstopfen in der hohlen Aussparung einzuschliessen, wobei dieser Materialstopfen mit dem Grundmaterial verbunden bleibt.

Das erfindungsgemässe Befestigungselement weist also einen hohlen, in etwa kegelstumpfförmigen eindringenden Teil an seinem einen Ende auf, der eine bestimmte Abschrägung

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besitzt und in einem stumpfen Ende ausläuft, wobei dieses Ende mit einer Aussparung oder Vertiefung versehen ist, deren Ränder von dem kegel stumpfförmigen Teil in einem bestimmten Abstand getrennt sind und einen durchgehenden Ring bilden, dessen Breite annähernd 1/10 des Durchmessers der Bohrung beträgt. Dieser eindringende Teil ist gehärtet. Seine Härte ist wenigstens 40 Rockwell grosser als die Härte des metallischen Baukörpers, jedoch weich genug, um ihn geringfügig zu verformen, wenn er in das metallische Grundmaterial des Baukörpers eingetrieben wird, und um einen Stopfen aus diesem Material so zu stauchen, dass dieser dem Herausziehen des Befestigungselementes Widerstand entgegensetzt bzw. das Herausziehen verhindert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. Γ eine Seitenansicht einer Ausf'ührungsform des

Befestigungselementes,
Fig. 2 eine vergrösserte Schnittansicht des eindringenden

Endes des Befestigungselementes, Fig. 3 eine vergrösserte Schnittansicht des eindringenden

Endes der bevorzugten Ausführüngsform, Fig. 4 eine Schnittansicht, aus der die Gestalt des eindringenden Teils des Befestigungselementes

von Fig. 1 unmittelbar vor dem Eintreiben ersichtlich ist,
Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Schnittansicht, die den eindringenden Teil in teilweisem Eingriff mit

dem metallischen Baukörper zeigt, Fig. 6 eine der Fig. 4 ähnliche Schnittansicht, die den eindringenden Teil im zusammengestauchten Zustand zeigt, und

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Fig. 7 eine der Fig. 3 ähnliche vergrösserte Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Befestigungselementes.

In der Zeichnung ist ein Befestigungselement 10 dargestellt, das einen in etwa zylindrischen Schaft oder Körper 11 aufweist, der ein Gewinde 12 besitzen kann, das sich wenigstens über einen Teil seiner Länge erstreckt. Das Befestigungselement besitzt einen in etwa kegelstumpfförmigen eindringenden Teil 13 an dem einen Ende des Schaftes, der eine Aussenwand 14 aufweist, die sich unter einem konstanten Winkel von einem bestimmten Durchmesser am Ende des Schaftes aus auf einen kleineren Durchmesser an dem vom Schaft entfernt liegenden Ende verjüngt. Der eindringende Teil 13 endet in einem stumpfen oder flachen in etwa kreisrunden Ende 15, das mit der Aussenwand 14 an einer scharfen Randkante 16 in Verbindung steht. Eine in etwa zylindrische Aussparung oder Bohrung 17 (Fig. 1-4) erstreckt sich von dem flachen Ende 15 aus nach innen, und der Rand 18 einer solchen Bohrung ist innerhalb der Randkante 16 in einem bestimmten Abstand konzentrisch angeordnet und bildet einen durchgehenden, im wesentlichen flachen Ring. Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, weist der eindringende Teil 13 vom Umfang des Schaftes 11 aus nach innen einen Abstand auf und bildet eine Schulter 19. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erstreckt sich der eindringende Teil 13 nach oben bis zu einer Schnittlinie mit dem Schaft 11.

Die Aussenwand des kegelstumpfförmigen, eindringenden Teils 13 ist von einem grösseren Durchmesser am Schaft zu einem kleineren Durchmesser am Ende 15 unter einem eingeschlossenen Winkel A, der zwischen 28° und 34°, vorzugsweise 30°, beträgt, abgeschrägt. Der Rand 18 der

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Bohrung 17 ist von der Randkante 16 des kegelstumpfförmigen Teils in einem Abstand B konzentrisch nach innen zu getrennt angeordnet, so dass das stumpfe Ende oder der Ring 15 eine Breite von etwa 0,076 mm aufweist, wenn der Durchmesser der Bohrung annähernd 0,76 mm beträgt, bis zu einer Breite von 0,38 mm, wenn der Boh rungsdurchmesser 3,8 mm beträgt. Der Ring hat vorzugsweise eine Breite von annähernd 0,178 bis 0,356 mm, wenn der Bohrungsdurchmesser annähernd 2,03 mm beträgt und der Schaft einen Durchmesser von annähernd 3,43 mm hat. Mit anderen Worten, die Breite des Rings 15 sollte annähernd 1/10 des Durchmessers der Bohrung 17 betragen. Die meisten Baustahlträger u.dgl. haben normalerweise eine Härte von annähernd B 50 bis B 90 Rockwell. Deshalb wird die eindringende Spitze 13 des Befestigungselementes durch Wärmetehandlung auf eine Härte im Bereich von C52 bis C 57 Rockwell gebracht und vorzugsweise auf eine Härte von C 54 Rockwell. Wenn das Befestigungselement in andere Konstruktionskörper einschliesslich Aluminiumkörper eingetrieben werden soll, sollten annähernd dieselben Härteverhältnisse eingehalten werden.

In Fig. 7 ist eine Aussparung 17' dargestellt, die eine kegelstumpfförmige oder etwas abgeschrägte Gestalt aufweist, welche an dem kreisrunden Ende 15 einen bestimmten Durchmesser aufweist sowie einen in Richtung auf den Schaft stetig abnehmenden Durchmesser. Eine solche kegelstumpfförmige Aussparung ist vorzugsweise unter einem eingeschlossenen Winkel C von annähernd 4° in bezug auf die Längsachse des Befestigungselementes ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform bleiben das in etwa kreisrunde Ende 15 und die scharfen Ränder 16 und 18 im wesentlichen genau so,wie dies oben beschrieben worden ist.

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Bei der Verwendung des Befestigungselementes, wenn also ein Befestigungselement 10 an einen verhältnismässig dicken Baustahl körper 20 angebracht werden soll, der eine Härte von annähernd Rockwell B70 aufweist, wird das Befestigungselement mit einer herkömmlichen, nicht dargestellten Treibvorrichtung, beispielsweise einem von Hand betätigten Hammer, einem Strömungsmittel getriebenen Hammer o.dgl., so eingetrieben, dass die Treibvorrichtung auf das Befestigungselement eine Axialkraft ausübt, um den eindringenden Teil 13 in den Baustahl körper einzutreiben. Während des anfänglichen Eindringens folgt das Metall des Baukörpers, das von dem eindringenden Teil verdrängt wird, den Weg des geringsten Widerstandes, der zur Oberfläche führt, in die das Befestigungselement eingetrieben wird. Aufgrund der Gestalt des eindringenden Teils wird ein Materialstopfen 21 von dem scharfen Rand 18 zwischen dem stumpfen Ende 15 und der Aussparung 17 oder 17' abgeschnitten und tritt in die Aussparung ein.

Während des Eindringens wird auf die abgesdirägte Aussenwand 14 des eindringenden Teils 13 aufgrund des Eindringwiderstandes der Masse des Baustahl körpers ein erheblicher Druck ausgeübt, und diese Kraft bewirkt, dass sich das stumpfe Ende oder der Ring 15 im wesentlichen gleichmassig rund um den gesamten Umfang verengt, so dass das eindringende Ende des Befestigungselementes rund um den Materialstopfen in der Aussparung umgebogen und zusammengestaucht wird. Da jedoch das eindringende Ende des Befestigungselementes härter ist als der Baustahl körper, verengt sich das stumpfe Ende 15 nicht genug, um die Aussparung zu verschliessen, so dass der Materialstopfen durch den reduzierten Hals 22 mit dem übrigen Teil des Baustahl körpers verbunden bleibt.

Der Zusammenhang zwischen der Breite des stumpfen Endes und dem Durchmesser der Aussparung 17 oder 17' neben

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diesem stumpfen Ende ist kritisch, da eine Breite, die erheblich kleiner ist als 1/10 des Durchmessers der Aussparung, die Neigung besitzt, das Ende des eindringenden Teils bei Stosseinwirkung umzuklappen, wodurch nicht nur das Eindringen behindert wird, sondern auch das Abbrechen des eindringenden Endes des Befestigungselementes bewirkt werden kann. Wenn die Breite des stumpfen Endes erheblich grosser ist als 1/10 des Durchmessers der Aussparung, dann ist das eindringende Ende zu steif oder stabil, so dass der eindringende Teil geradeaus eingetrieben wird und sich nicht verformt. Wenn der eindringende Teil sich nicht verformt, lässt sich das Befestigungselement leicht aus dem Baustahl körper herausziehen.

Kormalerweise dringt ein Befestigungselement mit einem eindringenden Ende, das dem in den Fig. 3 oder 7 gezeigten gleich ist, in den Baustahl körper bis zu einer solchen Tiefe ein, dass das Umbiegen kein wesentliches Problem bildet. In den Fällen jedoch, in denen das Umbiegen zu einem Problem werden kann, oder in Fällen, in denen es wichtig ist, dass das Befestigungselement sich um eine bestimmte Strecke aus der Oberfläche des Baukörpers herauserstreckt, kann das Befestigungselement mit einer Schulter oder einem Anschlag 19 der in Fig. 2 gezeigten Art versehen werden. Ein solches Befestigungselement kann dann in den Baustahl körper bis zu der Stelle eingetrieben werden, wo die Schulter oder der Anschlag die Oberfläche des Baukörpers berührt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Wenn dies geschieht, setzt die Schulter auch dem Umbiegen des Befestigungselementes in allen nicht axialen Richtungen Widerstand entgegen.

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Claims

Patentansprüche

Nagelartiges Befestigungselement zum Eintreiben in und Anbringen an einem metallischen Bauteil, mit einem Körper, der an dem einen Ende einen Eindringteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eindringteil (13) eine sich nach aussen erstreckende, in etwa kegelstumpf förm.i ge Aussenwand (14) aufweist, die sich von einem bestimmten Durchmesser neben dem Körper bis zu einem kleineren Durchmesser an einer von dem Körper entfernt liegenden Stelle unter einem Winkel von wenigstens 28° und nicht mehr als 34° verjüngt, ferner mit einer sich von dem äusseren Ende des eindringenden Teils (13) aus in axialer Richtung nach innen er-

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COPY

streckenden Aussparung (17,17'), deren äusseres Ende in etwa konzentrisch zu dem Ende (15) der Aussenwand (14) liegt und einen stumpfen, durchgehenden Ring an dem äusseren Ende des eindringenden Teils (13) bildet, der eine Breite aufweist, die annähernd 1/10 des Durchmessers des äusseren Endes der Aussparung (17,17') beträgt, und dass der eindringende Teil (13) durch Wärmebehandlung eine Härte erhalten hat, die grosser ist als die Härte des metallischen Bauteils (20), wodurch dann, wenn das Befestigungselement (10) in das metallische Bauteil eingetrieben wird, der eindringende Teil (13) in das Bauteil eindringt und dadurch bewirkt, dass sich der durchgehende Ring rund um seinen ganzen Umfang nach innen biegt und einen Teil eines Materialstopfens (21) in der Aussparung (17,17') einschliesst.
2. 'Jagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschlossene Winkel der Aussenwand (14) etwa 30° beträgt.
3. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (15) eine Breite von etwa 0,20 bis 0,25 mm aufweist.
4. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eindringende Teil (13) zur Erzeugung einer Rockwell-Härte von C52 bis C57 wärmebehandelt ist.
5. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der eindringende Teil zur Erzeugung einer Rockwell-Härte von C54 wärmebehandelt ist.

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6. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (17) eine in etwa zylindrische Bohrung ist.
7. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (17') eine kegelstumpf förmi ge Gestalt mit einem eingeschlossenen Winkel C von nicht grosser als 4° aufweist, bezogen auf die Achse des Körpers (11), und sich vom äusseren Ende des eindringenden Teils (13) des Körpers (11) nach innen zu verjüngt.
8. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Schulter (19) neben dem einen Ende der Aussenwand (14) zur Begrenzung des Eindringens des eindringenden Teils (13) und zur Erschwerung des Umbiegens des Befestigungsälementes (10) in nicht axialen Richtungen.
9. Nagelartiges Befestigungselement zum Eintreiben in und Anbringen an einem Baustahl teil , mit einem in etwa zylindrischen Schaft, der an dem einen Ende einen eindringenden Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der eindringende Teil (13) eine in etwa kegelstumpfförmige Aussenwand (14) aufweist, die sich von dem Ende des Schaftes in Richtung auf seine Achse unter einem eingeschlossenen Winkel von annähernd 30 nach aussen abschrägt, sowie eine sich von dem äusseren Ende des eindringenden Teils nach innen erstreckende Aussparung (17,17'), wobei das äussere Ende dieser Aussparung zu dem äusseren Ende der Aussenwand (14) konzentrisch liegt und einen durchgehenden, flachen Ring (15) an dem äusseren Ende des eindringenden Teils (13) bildet, der eine Breite von etwa 1/10 des Durchmessers des äusseren Endes dieser Aussparung aufweist, und dass der ein-

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dringende Teil (13) zur Erzeugung einer Rockwell-Härte von annähernd C54 wärmebehandelt worden ist, wodurch dann,wenn das Befestigungselement (10) in ein Baustahlteil (20), dessen Rockwell-Härte zwischen B45 und B95 beträgt, eingetrieben wird, der eindringende Teil (13) in das Baustahlteil so eindringt, dass ein Stahlstopfen (21) von dem Teil abgeschnitten wird und in die Aussparung (17,17') eintritt, wobei die auf die kegelstumpfförmige Aussenwand (14) einwirkende Eindringkraft bewirkt, dass der durchgehende Ring (15) rund um den Materialstopfen nach innen biegbar ist, um dadurch dem Herausziehen des Befestigungselementes (10) Widerstand entgegen zu setzen.
10. Nagelartiges Befestigungselement nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine ringförmige Schulter (19) an dem einen Ende des Schaftes zur Begrenzung der Eindringbewegung des eindringenden Teils (13) und zur Erschwerung des Umbiegens des Befestigungselementes (10).

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