DE3042772A1

DE3042772A1 - Einen gewindeschaft und kopf aufweisendes befestigungselement zur verbindung insbesondere duenner werkstuecke

Info

Publication number: DE3042772A1
Application number: DE19803042772
Authority: DE
Inventors: Roger K. Rural Retreat Va. Rich; Charles B. Wytheville Va. Testerman
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1981-07-23
Also published as: AU6324980A; SE448491B; GB2067700A; ES265027Y; AU534422B2; US4310272A; IT1148250B; DE3042772C2; BR8003152A; GB2067700B; SE8008543L; MX149977A; IT8050087A0; ES265027U; CA1156070A; JPS6129407B2; FR2474118A1; CH640319A5; JPS56101412A; FR2474118B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung beschäftigt sich mit schraubenförmigen Befestigungselementen und mit einer durch das Befestigungselement gebildeten Verbindung, die sich ergibt, wenn das Befestigungselement in eines oder mehrere relativ dünne.Werkstücke zu deren Verklammern eingreift. Insbesondere stellt das Befestigungselement sicher, daß der die öffnung definierende Werkstoff der relativ dünnen Werkstücke in eine Verkeilung mit dem Eintriebskopf des Befestigungselementes gezogen wird, wodurch die mögliche Deformation der öffnung während des Einklemmens verhindert und ein Lösen des Befestigungselementengewindes aus dem Werkstoff der Werkstücke (Bleche) verhindert ist.

Ehe die speziellen Merkmale der Erfindung im einzelnen erörtert werden, erscheint ein kurzer Blick auf dasjenige, was möglicherweise Stand der Technik ist, sinnvoll. Auf die Figuren 1 und 2 wird insoweit Bezug genommen. Erst aus der Art und Weise, wie bislang versucht worden ist, den konkreten Anforderungen durch spezielle Maßnahmen gerecht zu werden, kann die Tragweite der Erfindung voll ermessen werden.

Während des Zusammenfügens und festen Verbindens relativ dünner Werkstücke mit üblichen Befestigungselementen muß zur Erzielung eines einspannenden Eingriffs das Werkstück vom Gewinde gegen den verbreiterten Kopfabschnitt des Befestigungselementes gezogen werden. Bei der Herstellung von Befestigungselementen wird einem Rohling mit Schaft und verbreitertem Kopf ein Gewinde auf den Schaft zwischen zwei Gewindeformmatritzen kalt aufgewalzt. Wegen

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des verbreiterten Kopfabschnittes ist die Eingriffsfläche der Matritzen am Schaft des Befestigungselementes beschränkt, so daß das Gewinde unmittelbar vor dem verbreiterten Kopf unvollständig oder nur teilweise ausgebildet ist.

Bei relativ starken zu verbindenden Werkstoffen ist der teilweise unvollständige Gewindegang nahe dem Eintreibkopf von geringer oder keiner Bedeutung, solange jedenfalls die Greiffunktion durch die axial etwas von dem verbreiterten Kopf entfernten voll ausgebildeten Gewindegänge auf dem Schaft wirksam erfüllt wird, Wenn jedoch relativ dünne Bleche verbunden werden sollen, wie das in vielen Gewerbezweigen, speziell in der Kraftfahrzeugindustrie häufig vorkommt, wird in dem Bemühen einer Kostenreduktion die Greiffähigkeit der Gewindewindung in der Nachbarschaft des Befestigungselementenkopfes bedeutsam. In vielen Fällen wird das Werkstück aufgrund der teilweise unvollständigen Gewindegänge in der Nachbarschaft des Befestigungselementenkopfes nicht ergriffen und das Befestigungselement dreht sich leer, ohne das Werkstück unter Spannung zu befestigen. Selbst wenn ein gewisses Eingreifen durch die dem Kopf benachbarte Gewindeform erreicht wird, wird bereits ein leichtes Überdrehen des Befestigungselementes bewirken, daß das Blech durch das nur teilweise ausgebildete Gewinde deformiert und demzufolge das Befestigungselement erneut durchdreht und die bereits erreichte Einspannwirkung wieder verloren geht.

Das Durchdrehen wurde vielfältig zu vermeiden gesucht (Fig. 2). So hat man ein Befestigungselement geschaffen, dessen verbreiterter Kopf topfartig geformt wurde. Die topfartige Konfiguration als solche überlappt den un-

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vollständigen Gewindegang und der Rand bildet eine Fläche, gegen welche das Werkstück während des Einklemmens anliegen kann. Diese Gestaltung soll also sicherstellen, daß der teilweise unvollständige Gewindegang neben dem Eintreibkopf nicht für das Anziehen des Werkstückes und dessen Einspannen erforderlich ist. Während dieser Gedanke theoretisch nicht uninteressant zu sein scheint, hat er sich in der Praxis jedoch wegen anderer Schwierigkeiten nicht durchsetzen können und ist tatsächlich unbefriedigend geblieben. Die Tiefe der becherförmigen Flansche schwankte sehr stark und nahm Werte an, die gleich oder größer als die Ganghöhe des Gewindes waren. Dünnere Werkstoffe können leichter deformiert werden, so daß ein Überdrehen oder fortgesetztes Drehen des Befestigungselementes dazu führt, daß das Blech in den vom topfförmigen Flansch geschaffenen Raum nach oben hineingezogen wird. Diese Wirkung schafft mehrere unerwünschte Folgerungen. Am unangenehmsten ist, daß die Deformation des die öffnung umgebenden Werkstoffs zu einer Vergrößerung der öffnung führt, welche ein solches Ausmaß annehmen kann, daß der Eingriff des Gewindes zerstört wird und daß das Befestigungselement durchdreht oder vom Blech abgestreift wird und dadurch die Einspannwirkung zerstört. Weiter führt die Einwärtsbewegung des Werkstoffs dazu, daß der nur teilweise gebildete Gewindegang oder der nur unvollständig ausgebildete Gewindegang in der Nähe des Kopfes dann tatsächlich die Halte- oder Greiffunktion erfüllen muß. Somit wird ein leichtes Überdrehen zu einem Verlust des Einklemmens führen. Schließlich mindert ein topfförmiger Kopf den Reibschluß des Befestigungselementenkopfes mit dem Werkstück, so daß sich ein Überdrehen besonders leicht einstellt.

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Die Erfindung beseitigt diese Probleme praktisch vollständig dadurch, daß ein topfförmiger Flansch oder Befestigungselementenkopf benutzt wird, bei dem die Tiefe oder axiale Länge der topfförmigen Konfiguration innerhalb enger Grenzen gehalten wird. Vorzugsweise ist die axiale Länge der topiförmigen Konfiguration auf etwa die Hälfte der Gewindeganghöhe oder weniger beschränkt, ein Wert, der sich in zahlreichen Tests und Versuchen als zufriedenstellend herausgestellt hat. Die topfförmige Konfiguration schafft eine leichte Überlappung des Gewindes, was in großem Ausmaß die Abhängigkeit des zuverlässigen Greifens von dem mangelhaft oder teilweise ausgebildetem Gewindegang in der Nachbarschaft des Eintreibkopfes mindert. Ausserdem stellt die relativ geringe und begrenzte axiale Länge der topfförmigen Konfiguration sicher, daß die Kante der Werkstücköffnung in Kontakt mit der Basisfläche gezogen wird und im Effekt durch den Gewindegang in keilförmigem Eingriff in diese Basisfläche eingezogen wird. Wenn diese Keilwirkung auftritt, wird nicht nur das Einspannen verbessert, sondern auch eine Aufweitung der Öffnung verhindert. Weiter dient der Kontakt des Öffnungsrandes mit dem Eintreibkopf zur Erhöhung des Reibschlusses des Befestigungselementes mit dem Werkstück und verhindert ein Überdrehen der Verbindung.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen nicht nur mehrere Ausführungsformen der Erfindung, sondern auch solche, die für Stand der Technik gehalten werden. In dieser Hinsicht bedenke man, daß die dargestellten Ausführungsbeispiele zahlreiche Abweichungen gestatten, ohne daß dadurch von dem Erfindungsgedanken abgewichen wird. Im einzelnen zeigen:

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Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Befestigungselementenart in "einer Werkstückverbindung, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine zweite Befestigungselementenart

und eine Werkstückverbindung, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Befestigungselementenrohlings, teilweise im Schnitt, nach dem Aufwalzen des Gewindes;

Fig. 4 eine Ansicht eines teilweise geschnittenen vollständigen Befestigungselementes, welches in das gemeinsame Loch zweier Bleche eingeführt werden soll;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht auf den topfförmigen Flansch und den Eintreibkopf des Befestigungselementes aus Fig. 4;

Fig. 6 eine Ansicht einer Blechverbindung mit eingefügtem Befestigungselement gemäß Fig. 4, teilweise im Schnitt;

Fig. 7 eine Ansicht einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt;

Fig. 8 weitere modifizierte Ausführungsformen und 9 der Erfindung, bei denen der Flansch von einem separaten unverlierbaren Beilagelement von Topfform gebildet ist;

Fig. 10 eine zweite Ausführungsform der in Fig. und 11 8 und 9 dargestellten Erfindung, wobei

eine Relativdrehung des Beilagelementes

ausgeschlossen ist; und

Fig. 12 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt. .

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Arten von Befestigungselementen sowie die Art der Verbindungen von zwei relativ dünnen Blechen (Werkstücken), die mit ihnen hergestellt werden können. Diese beiden Befestigungselemente werden alsStand der Technik gehalten, und ihre Merkmale und Bauteile werden mit einem ' bzw. " bezeichnet, so-

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weit sie in den Fig. 1 und 2 vorkommen.

Das Befestigungselement gemäß Fig. 1 ist im ganzen mit 20' bezeichnet und sitzt in einer öffnung 22, die in zwei übereinanderliegenden Werkstückblechen 23 gebildet ist. Das Befestigungselement 20' weist einen mit Gewinde versehenen Schaft 24' und einen verbreiterten Kopfabschnitt 28' auf, wobei der Schaft 24' Gewindegänge 26' trägt und der verbreiterte Kopfabschnitt 28' einen Flansch 30* mit einer Geometrie 32' zum Eingriff eines Eintreibwerkzeugs. Nach Herstellen der Verbindung gemäß Fig. 1 ist das Befestigungselement 20' in der öffnung 22 der beiden Werkstücke 23 so eingefangen, daß Gewindegänge 26' an der Öffnungswand anliegen und die öffnung geringfügig so deformieren, daß der notwendige Eingriff erreicht wird. Wenn das Befestigungselement 20" gedreht wird, werden die Werkstücke 23 zwischen dem Flansch 30' und dem Gewindegang 26' eingeklemmt. Wie man aus Fig. 1 erkennt, ist der letzte Gewindegang des Gewinde 26', der sich in der Nähe des Flansches 30' befindet, teilweise unvollständig oder "unterfüllt" bzw. unvollständig. Wenn die Werkstücke 23' relativ dünn sind, hat das Gewinde 26' zunächst genügend Greifkontakt an dem Werkstück, wenn es axial längs des Gewindes bewegt wird. An dem kritischen Punkt jedoch, an dem die Werkstücke in Eingriff mit dem Flansch 30' gezwungen werden, steht nur der teilweise unvollständige Gewindegang 26" am Flansch 30" zur Verfügung, um die Einklemmwirkung zu bewirken. Man sieht also, daß dann, wenn das Befestigungselement gemäß Fig. 1 nur geringfügig überdreht wird, der Eingriff des Gewindes 26' in der öffnung 22 zerstört wird unc das Befestigungselement durchdreht und die Einspannung der Werkstücke 23 zerstört.

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Um diese Probleme zu vermeiden, wurde ein Befestigungselement gemäß Fig. 2 entwickelt, das im ganzen mit 20" bezeichnet ist. Das Befestigungselement 20" besitzt einen verbreiterten Kopfabschnitt 28" mit Flansch 30" von topfförmiger Konfiguration, wobei der Flansch 30" die topfförmige Konfiguration nach der Ausbildung des Gewindes 26" erhält. Der topfförmige Flansch 30" erstreckt sich axial längs des Schafts 24" und überlappt einen Teil des Gewindes 26", wobei der Rand 34", definiert durch die Kante des Flansches 30", einen Anschlag bzw. eine Anlage für die gelochten Werkstücke 23 bildet. Diese durch den Rand 34" gebildete Anlage ist relativ zum Schaft 24" axial verlagert, so, daß der teilweise unvollständige Gewindegang 26" in der Nähe des verbreiterten Kopfes 28" zur Erzielung der Greifwirkung mit dem Werkstück 23 nicht erforderlich ist. Man glaubte, daß die vollständigen Gewindegänge 26" in der Nähe der Ebene des Randes 34" den notwendigen Eingriff schaffen würden, und damit das Problem bei dem Befestigungselement gemäß Fig. 1 beseitigen würden.

Während das Befestigungselement 20" gemäß Fig. 2 bei Werkstoffstärken relativ gut arbeitete, bei denen die Ausführungsform 20' gemäß Fig. 1 nicht mehr zuverlässig war, ergeben sich auch an der Ausführungsform des Befestigungselementes 20" gemäß Fig. 2 Probleme, wenn die Werkstoffe dünner werden. Man hat der axialen Länge oder Tiefe des topffartigen Flansches 30", mit X bezeichnet, keine Beachtung geschenkt und diese Tiefe X war oft größer als die Ganghöhe Y des Gewindes 26". Daher führte die Verwendung des Befestigungselementes 20" bei relativ dünnen, leicht deformierbaren WErkstoffen zu einem sehr leichten Überdrehen des Befestigungs-

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elementes (d. h., fortgesetzte Drehung des Befestigungselementes, nachdem der Rand 34" das Werkstück 23 ergriffen hatte). Untersuchungen förderten zutage, daß während des Überdrehens der voll ausgebildete Gewindegang 26" in der Nähe der Ebene des Randes 34" den die Öffnung 22 umgebenden Werkstoff deformieren möchte, wodurch der Werkstoff axial einwärts in den becherförmigen Flansch 30" gegen den Kopf 28" des Befestigungselementes gezogen wurde. Wegen außerordentlich großer Tiefe X des becherförmigen Flansches 3 0" war der einzige verfügbare Widerstand gegen diese fortgesetzte Deformation die relative Steifheit des Werkstoffes. Da der Werkstoff relativ dünn war und wenig relative Steifheit besaß, fühlte das fortgesetzte Drehen des Befestigungselementes 20" zum Verlängern der Deformation der Öffnung 22, wodurch deren Durchmesser in solchem Umfang sich vergrößerte, daß der bereits vorhandene Eingriff mit dem Gewinde 36" nicht mehr länger aufrechterhalten werden konnte und ein Ausdrehen oder Überdrehen sich ergab. Wenn die Öffnung 22 deformiert ist, bewegen sich die Kontaktstellen mit dem Werkstoff nach oben längs der Spirale des Gewindes 26" zu dem teilweise unvollständigen und mangelhaft ausgefüllten Gewindegang in der Nähe des verbreiterten Kopfes 28", wodurch die Wirksamkeit des Gewindeeingriffs weiter reduziert und Anlaß zum Ausleiern gegeben wird.

Eine erste Ausführungsform eines mit den Merkmalen der Erfindung behafteten Befestigungselementes, welches diejenigen Probleme, die bei den Ausführungsformen 20" und 20" an Befestigungselementen gemäß Fig. 1 und 2 anzutreffen sind, überwindet, ist in Fig. 3 bis 6 dargestellt und wird jetzt im einzelnen erörtert. Fig. 3

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zeigt eine Zwischenform des Befestigungselementes 20 gemäß der Erfindung. Das Befestigungselement befindet sich in einer Form, wie sie unmittelbar vor der letzten Fertigungsstufe vorliegt, d. h. bei der Bildung der topfförmigen Konfiguration, wie sie noch weiter unten stehend im einzelnen erläutert wird. Man bemerke in dieser Hinsicht, daß das Befestigungselement 20 zu Beginn aus einem Rohling geformt wird, der einen verbreiterten Kopfabschnitt 28 mit Flansch und einem Sechskanthut o. dgl. Struktur 32 zur Anlage eines Eindrehwerkzeugs besitzt. Außer dem vergrößerten Kopf 28 weist das Befestigungselement 2 0 auch einen Schaft 24 mit einem Gewinde 26 auf, welches in üblicher Weise kalt aufgewalzt ist. Das Gewinde 26 wird auf den Schaft 24 si nahe an den Flansch 30 heran aufgewalzt, als es mit den Gewindewalzmatritzen möglich ist. Dabei ergibt sich, daß der Gewindegang unmittelbar neben dem verbreiterten Kopf 28 teilweise unvollständig ist. Gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 bis 5 ist die Unterfläche des Flansches 30 mit mehreren Zähnen 36 zu dem Zeitpunkt versehen, wenn der verbreiterte Kopf 28 gebildet wird..

Danach wird das Zwischenprodukt des Befestigungselementes 20 gemäß Fig. 3 einem Walzen- oder Deformierprozeß unterworfen, in welchem der Flansch 30 in die topfförmige Konfiguration gemäß Fig. 4 umgeformt wird. Diese Kaltbearbeitung des Flansches 30 erzeugt eine im wesentlichen topfförmige Konfiguration, wobei sich der Flansch 30 zu dem Gewindeschaft 24 hin öffnet und in seiner Tiefe bzw. axialen Länge Z relativ flach ist.

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Die Tiefe Z des topfförmigen Flanäches 30 ist zweckmäßig nicht größer als die Hälfte der Steighöhe Y des Gewindes 26, was zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt. Jedoch ist diese Beziehung nicht eine absolute Forderung, da es ausreicht, daß die Tiefe Z so gewählt wird, daß die Arbeitsweise wie nachstehend erläutert erreicht wird. Der becherförmige Flansch 30 zeigt auch einen in axialer Richtung weisenden Rand 34 von realtiv ausgezackter Konfiguration aufgrund der einwärts und abwärts weisenden Zähne 36, wenn der Flansch 3 0 von der in Fig. 3 dargestellten Konfiguration in diejenige der Fig. 4 verformt wird. Außerdem schafft die Bildung des Flansches 30 zu einer im wesentlichen becherförmigen Konfiguration eine Basisfläche 38, die durch die Unterseite des verbreiterten Kopfes 28 definiert ist.

Man beachte ferner, daß die Außenfläche des becherförmigen Flansches 30 gerundet und als Folge des Deformierens etwas radial einwärts gewendet ist. Während die dargestellte Ausführungsform bevorzugt ist, ergibt sie sich hauptsächlich aus dem Herstellungsverfahren, und bei anderen Herstellungsverfahren kann es sich ergeben, daß der becherförmige Flansch 30 eine relativ zylindrische Außenfläche erhält.

Fig. 6 zeigt eine durch Verwendung des Befestigungselements 20 hergestellte Verbindung mit einem Paar gelochter Werkstücke 23, wie sie bereits in Fig. 4 dargestellt sind. Wenn das erfindungsgemäße Befestigungselement 20 in die öffnung 22 eingeführt ist und axial bezüglich der öffnung eingedreht wird, werden die Werkstücke 23 auf den verbreiterten Kopfabschnitt zu gezogen. Das Gewinde 26 läßt die Werkstücke 23 gegen

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den Rand 34 des becherförmigen Flansches 30 anliegen, wobei der Rand bekanntlich relativ gezahnt ist in Anbetracht der Zähne 36, und wird daher in das oberste Werkstück 23 eindringen. Fortgesetztes Drehen des Befestigungselements 20 läßt den die öffnung 22 unmittelbar umgebenden Werkstoff nach innen in den becherförmigen Flansch 30 durch das Gewinde 26 ziehen. Wenn der die öffnung umgebende Werkstoff in den Flansch 30 hineingezogen wird, wird der die öffnung umgebende Werkstoff in gewisser Weise nach oben so erweitert, daß seine Kanten in Eingriff mit der Basisfläche 28 gezwungen werden, welcher Eingriff ein weiteres Aufweiten oder Vergrößern der öffnung 22 ausschließt oder wenigstens beschränkt. In diesem Zustand wirkt der Rand 34 als Anlage und Stützpunkt, was nur zuläßt, daß der Kantenwerkstoff um die öffnung 22 in den Flansch 30 sich einwärts bewegt, so daß nur das Kantenmaterial nach oben in Eingriff mit der Basisfläche 38 aufgebogen werden kann. Der Kantenwerkstoff der jeweiligen Werkstücke wird zwischen der Gewindeform 26 und der BAsisfläche 38 keilförmig eingespannt. Weiter bemerke man, daß wegen der relativ geringen Tiefe Z des becherförmigen Flansches 30 die Deformation oder das Aufweiten der öffnung 22 nur geringfügig ist. Aufgrund der Basisfläche 38 und des Eingriffs des die öffnung umgebenden Materials mit derselben wirC die Vergrößerung der öffnung 22 begrenzt und kann nicht Ausmaße annehmen, die dazu führen würden, daß das Gewinde 26 nicht mehr in Eingriff mit der öffnung stehen kann. Bei dieser Form wird der Gewindeeingriff in erster Linie durch den Teil des letzten Gewindegangs 26 bewirkt, der in seiner Ausbildung relativ vollständig ist, wobei nur geringe wenn überhaupt eine Bedeutung dem unvollständigen Teil des Gewindegangs für das Einklemmen zukommt.

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Als weiteren Faktor bemerke man, daß die Zähne 36 auf dem Rand 34 in die Oberfläche des obersten Werkstückes 2 3 eindringen, wenn das Befestigungselement 20 sich dreht. Dieses Eingreifen oder Einbeißen ist aus verschiedenen Gründen wichtig, dient jedoch zunächst als Mittel, das den Widerstand gegen das Weiterdrehen des Befestigungselements 20 erhöht und ein Überdrehen vermeidet. Je nach Konfiguration der Zähne 36 können diese Zähne auch dazu dienen, eine Arretierwirkung dem Befestigungselement 20 der Gestalt zu verleihen, daß ein Lockern unter Vibrieren vermieden wird. Weiter ist es in Situationen, bei denen eine gute elektrische Masseverbindung erwünscht und das obere Werkstück mit einer Farbschicht überzogen ist, wie das in zahlreichen Baugruppen von Autokarosserien anzutreffen ist, in solchen Fällen werden die Zähne 36 durch die Farbe schneiden und eine feste elektrische Verbindung mit dem darunterliegenden Metall herstellen und dadurch die elektrische Masseverbindung erleichtern.

Wenn man die Erfindung mit dem Befestigungselement 20' aus Fig. 1 vergleicht, bemerkt man, daß mit dem Befestigungselement 20' und dem relativ ebenen Flansch 30' eine Keilwirkung nicht erreicht werden kann, und die Werkstücke werden tatsächlich etwas in entgegengesetzte Richtungen, wie in Fig. 1 angedeutet, aufgeweitet. Mit dem Befestigungselement 20 hängt das Einklemmen des Werkstücks 2 3 nicht von dem relativ unvollständigen Gewindegang in unmittelbarer Nachbarschaft des vergrößerten Kopfes 28 ab. Im Gegensatz zu dem becherförmigen Flansch 30 dient ein vollständigerer Abschnitt des Gewinde 26 zum Gewindeeingriff, um ein Einspannen zu erreichen. Bezüglich des Befestigungsele-

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ments 20'' aus Fig. 2 stellt das Befestigungselement gemäß der Erfindung durch Begrenzen der Tiefe Z des topfförmigen Flansches sicher, daß das Blech der Werkstücke 23 in Eingriff mit der Basisfläche'38 gezwungen wird. Diese Wirkung erfüllt zwei wichtige Funktionen. Zunächst erzeugt sie eine Keilwirkung, die mit dem Befestigungselement 20'' nicht erreichbar ist, und zum anderen verhindert der Eingriff mit der Fläche 38, daß die öffnung 22 so aufgeweitet wird, daß der Schraubeingriff nachteilig beeinflußt werden könnte.

Fig. 7 zeigt eine erste modifizierte Version des Befestigungselements 20, die im ganzen mit 2 0a bezeichnet ist. Die Ausführungsform des Befestigungselements 2 0a ist im wesentlichen mit dem Befestigungsele- j ment 20 identisch, der einzige Unterschied liegt darin, daß eine weitere Gruppe von Zähnen 40a auf der Basisfläche 38a vorgesehen ist. Wenn das Befestigungselement 2 0a in Klemmeingriff in das Werkstück 23 eingedreht wird und die Kante der öffnung 22 nach oben gebogen wird, wird diese Kante von den Zähnen 40a ergriffen, die die Keilwirkung weiter vergrößern.

In praktischen Ausführungsformen können die Zähne 4 0a die Zähne 36a ersetzen oder können gemäß Darstellung in Fig. 7 zusätzlich vorgesehen sein. Weiter können die Zähne 40a entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn vorgespannt werden, um eine zusätzliche Arretierwirkung zu ermöglichen, die eine Drehung des Befestigungselements in Richtung des Lösens vermeidet, oder die Zähne 4 0a können so vorgespannt sein, daß sie das nach eingenommenen endgültigen Sitz des Befestigungselements weiter erforderliche Drehmoment stark

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erhöhen und dadurch den Widerstand des Befestigungselements gegen Überdrehen erhöhen.

Fig. 8-11 zeigen zwei weitere modifizierte Ausführungsformen der Erfindung, nämlich die Befestigungsanordnungen 2 0b gemäß Fig. 8 und 9 sowie 2 0c gemäß Fig. 10 und 11, in welchen der becherförmige Flansch von einem eingefangenen Beilagelement statt in Form eines integralen Teils vom Befestigungselement 2 0 und 20a gebildet wird. Fig. 8 zeigt an der Befestigungseinrichtung 2 0b einen Zwischenform der Anordnung vor der Formung der Beilagscheibenelement 30b in die Topfform. Man bemerke, daß das Beilagenelement 30b an Befestigungselementehschaft 2 4b durch den Gewindegang 26b eingefangen bleibt, was sich in an sich bekannter Weise während der Herstellung der Anordnung, etwa bei Herstellung der sog. "sems-Typ" Befestiger, unschwer erreichen läßt. Das Beilagscheibenelement 30b wird über einen noch nicht mit Gewinde versehenen Rohling übergeschoben und das Gewinde 26b wird dann durch Aufrichten gebildet, wobei der Grad des Gewinde 26b zum Zurückhalten des Bexlagschexbenelements 30b auf dem Schaft 24b dient.

Die mit dem Befestigungselement 20b gemäß Fig. 8 und herstellbare Verbindung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige, die sich bei Verwendung der oben erläuterten Befestigungselemente 2 0 und 2 0a ergibt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Beilagscheibenelement 30b ohne Zähne dargestellt, jedoch können natürlich auch eine oder mehrere Zahnreihen an der Kante oder dem Rand 34 des Bexlagschexbenelements vorgesehen sein, um bei Anlage an der Oberfläche des Werkstücks in dieses eindringen zu können. Alternativ können Zähne, etwa gleich den Zähnen 40a, an der Basisfläche

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38b vorgesehen sein, und zwar entweder alternativ oder zusätzlich. Weiterhin sei bemerkt, daß das Beilagscheibenelement 30b bei Beginn des Einklemmens des Werkstückes relativ stationär bleiben-wird, da der Querschnitt des Schaftes 24b des Befestigungselements kreisförmig ist und auch die Öffnung 42 in dem Beilagscheibenelement 30b kreisförmig ist, wobei der Schaft 24b und der Eintreibkopf 28b relativ zu dem Beilagscheibenelement drehen. Diese Anordnung kann in Fällen Verwendung finden, wo die Oberfläche des obersten Werkstückes 30b nicht verdorben werden soll.

Die Befestxgungselementenanordnung 2 0c gemäß Fig. 10 und 11 unterscheidet sich von der Befestigungselementenanordnung 2 0b nur darin, daß der Schaft 24c in der Nähe des verbreiterten Kopfabschnitts 28c einen vieleckigen Querschnitt hat, ebenso wie die Öffnung 22c in dem Beilagscheibenelement 30c. Diese Anordnung zeigt Fig. 11. Bei Verwendung der Befestigungselementenanordnung 2 0c dreht sich das eingefangene Beilagscheibenelement 30c zusammen mit dem Befestigungselement und die Funktion in bezug auf die Herstellung der Verbindung ist ähnlich derjenigen der vorstehend erläuterten Befestigungselemente 2 0 und 2 0a. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Rand 34c oder die Basisfläche 38c des Beilagscheibenelement s mit einer Reihe von Zähnen versehen sein.

Fig. 12 zeigt eine weiter modifizierte Ausführungsform der Erfindung, die im ganzen mit 2Od bezeichnet ist. In dieser Ausführungsform ist der becherförmige Flansch 3Od ein integraler Teil des verbreiterten Kopfabschnitts 28d, und der Hauptunterschied zu dem Befestigungselement 2 0 besteht in einer inneren

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Ausnehmung 50, die für den Eingriff eines Werkzeugs in das Befestigungselement zu dessen Eintreiben in das Werkstück vorgesehen ist. Wie dargestellt, ist diese innere Ausnehmung von mehriappiger Konfiguration und so gestaltet, daß sie ein entsprechend gestaltetes Eintreibwerkzeug aufnehmen kann.

Zur Darstellung und Erläuterung der Erfindung sind vorstehend mehrere Ausführungsformen derselben beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, daß an den dargestellten Ausführungsformen mancherlei Änderungen dem Fachmann geläufig sind, ohne daß durch diese der von der Erfindung gezogene Rahmen verlassen wird.

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Leerseite

Claims

Textron Inc., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 40 Westminster Street, Providence, Rhode Island 02903, U.S.A.

Einen Gewindeschaft und Kopf aufweisendes Befestigungselement zur Verbindung insbesondere dünner Werkstücke

Ansprüche

(l^/Mit Gewinde versehenes Befestigungselement zum Verbinden relativ dünner Werkstücke, bestehend aus einem langgestreckten Schaft mit Außengewinde vorgegebener Ganghöhe und einem breiteren Kopfabschnitt mit einer den Angriff eines Werkzeugs ermöglichenden Struktur sowie einem topfförmigen Flanschabschnitt, der zwischen der Struktur und dem Schaft ausgebildet ist und sich in Richtung auf den Schaft öffnet und einen Rand sowie eine innere Basisfläche aufweist, wobei der Rand das Gewinde auf dem Gewindeschaft wenigstens teilweise überlappt, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (Z) von der Kante des Randes (34) zur Basisfläche (38) rela-

HZ/sg/iz

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tiv klein und auf einen vorgegebenen Wert beschränkt ist derart, daß das Gewinde (26) auf dem Befestigungselement (20) die Werkstücke (23) in einen eingeklemmten Zustand mit dem Rand (34) hineinzieht und die Werkstückbereiche, die innerhalb des Randes (34) die Öffnung in den Werkstücken umgeben, anzieht, wobei die begrenzte Länge (Z) des topfförmigen Flansches (30) sicherstellt, daß die Werkstückbereiche (23) mit der Basisfläche (38) in eine Verkeilung gezwungen werden, wobei die Verkeilung eine Aufweitung der Öffnung (22) begrenzt und ausschließt, daß das Gewinde (26) sich aus dem Material der Werkstücke (23) löst.
2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (Z) nicht größer als die halbe Ganghöhe (Y) des Schraubgewindes (26) ist.
3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (34) mehrere einwärts weisende Zähne (36) aufweist, die in das Werkstück (23) eindringen und den elektrischen Kontakt zwischen dem Befestigungselement (20) und dem Werkstück (23) verbessern und den Widerstand gegenüber antreibendem Drehmoment erhöhen.
4. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (40a) an der Basisfläche (38) vorgesehen sind, in welche das die öffnung umgebende Werkstückmaterial (23) in verkeilenden Eingriff gebracht wird (Fig. 7).
5. Befestigungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt an einem separaten ünterlagscheibenelement (30b

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oder 30c) vorgesehen ist, das mit einem gewindelosen Abschnitt (24b oder 24c) des Schaftes zwischen dem erweiterten Kopf (28, 28c) und dem Gewindeanfang vorgesehen ist (Fig. 8 - 11).
6. Befestigungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewindelose Abschnitt (24c) vieleckigen Querschnitt hat und das Beilagscheibenelement (30c) eine der mittleren Öffnung (42c) ähnliche Form aufweist, um eine relative Drehung des Beilagscheibenelements (42c) bezüglich des Befestigungselementen-Kopfes (28c) zu verhindern (Fig. 10 und 11).
7. Befestigungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in eine eine Öffnung (22) aufweisende Werkstückstruktur (23) zur Bildung einer Verbindung eingeschraubt ist, wobei das Gewinde (26) des Befestigungselements das Material der Werkstückstruktur (23), das sich innerhalb des Randes (34) des becherförmigen Flansches (30) um die Öffnung herum befindet, in verkeilenden Eingriff mit der Basisfläche (38) ohne Vergrößerung der Öffnung (22) in einem Ausmaß zieht, aufgrund dessen das Gewinde (26) sich aus der Werkstückstruktur (23) lösen könnte.

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