DE3042772C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Gewinde versehenes Befestigungselement zum Verbinden relativ dünner Werkstücke, insbesondere Bleche, bestehend aus einem langgestreckten Schaft mit Außengewinde vorgegebener Ganghöhe und einem mit einem Flanschabschnitt ver­ sehenen Kopf mit einer den Angriff eines Werkzeugs ermöglichenden Struktur.

Solche konventionellen Metallschrauben zum Verbinden von Blechen, die sich beim Einschrauben des Gewindes in eine Bohrung in den Blechen selbst einschneiden, sind aus der US-PS 18 27 615 bekannt. Der allgemeine Stand der Technik soll nunmehr anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben werden.

Während des Zusammenfügens und festen Verbindens relativ dünner Werkstücke (Bleche) mit üblichen Befestigungselementen muß zur Erzielung eines einspannenden Eingriffs das Werkstück vom Gewinde gegen den verbreiterten Kopfabschnitt des Be­ festigungselementes gezogen werden. Bei der Herstellung von Befestigungselementen wird einem Rohling mit Schaft und verbreitertem Kopf ein Gewinde auf den Schaft zwi­ schen zwei Gewindeformmatritzen kalt aufgewalzt. Wegen des verbreiterten Kopfabschnittes ist die Eingriffs­ fläche der Matritzen am Schaft des Befestigungsele­ mentes beschränkt, so daß das Gewinde unmittelbar vor dem verbreiterten Kopf unvollständig oder nur teilweise ausgebildet ist.

Bei relativ starken zu verbindenden Werkstücken sind teilweise unvollständige Gewindegänge nahe dem Ein­ treibkopf 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 Gewindegänge in der Nachbarschaft des Befestigungs­ elementenkopfes bedeutsam. In vielen Fällen wird das Werkstück aufgrund der teilweise unvollständigen Ge­ windegänge in der Nachbarschaft des Befestigungselemen­ tenkopfes nicht ergriffen und das Befestigungselement dreht sich leer, ohne das Werkstück unter Spannung zu befestigen. Selbst wenn ein gewisses Eingreifen durch die dem Kopf benachbarten Gewindegänge erreicht wird, wird bereits ein leichtes Überdrehen des Befestigungs­ elementes bewirken, daß das Blech durch das nur teilwei­ se 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 vollständigen Gewindegang und der Rand bildet eine Fläche, gegen welche das Werkstück während des Ein­ klemmens anliegen kann. Diese Gestaltung soll also sicherstellen, daß der teilweise unvollständige Ge­ windegang neben dem Eintreibkopf nicht für das An­ ziehen des Werkstückes und dessen Einspannen erfor­ derlich 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 unbefriedi­ gend 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 wer­ den, 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 hat mehrere unerwünschte Folgen. 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 Ein­ griff des Gewindes unterbunden wird, das Befesti­ gungselement durchdreht oder vom Blech abgestreift wird und dadurch keine Einspannwirkung entsteht. Weiter führt die Einwärtsbewegung des Werkstoffs dazu, daß der nur unvollständig ausgebildete Gewindegang in der Nähe des Kopfes dann tatsächlich die Halte- oder Greiffunk­ tion 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.

Aus der DE-AS 17 50 063 ist ein selbstsicherndes Be­ festigungselement bekannt, bei dem mittels eines geschlossenen Kreisringes beim Aufschrauben auf ein Werkstück eine sichere Abdichtung erreicht werden soll. Das Aufschrauben erfolgt auf ein verhältnis­ mäßig massives Werkstück, also nicht auf dünne Bleche. Der geschlossene Kreisring schneidet sich in die Oberfläche des massiven Werkstückes ein, um eine gute Abdichtwirkung zu erreichen. Sobald dieses Ein­ schneiden erfolgt ist, greifen Sicherungszähne einer Verzahnung in das Werkstück ein, um eine rüttelfeste Verbindung herzustellen. Bei diesem Befestigungsele­ ment spielt es keine Rolle, daß die Gewindegänge bis unter die Auflagefläche des Elementes vollständig ausgeformt sind, weil dies bei dem verhältnismäßig massiven Werkstück keine Rolle spielt.

Aus der US-PS 30 73 207 ist eine Schraube bekannt, die zwei Bleche miteinander verbinden soll und sich ihr Gewinde selbst schneidet. Das Gewinde wird bis zu der Auflagefläche des Kopfes ausgebildet, was durch eine ringförmige Hinterschneidung ermöglicht wird. Das beim Rollen des Gewindes entstehende Material kann sich bis in diese Hinterschneidung ausbreiten, so daß das Gewinde vor der Auflagefläche des Kopfes im wesentlichen voll ausgeformt bleibt. Selbst wenn dieses Material bis in die Hinterschnei­ dung hineinreichen sollte, so stellt dies keinen voll ausgeformten Gewindegang unterhalb des Be­ reiches der Auflagefläche dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, ein Befestigungselement zu schaffen, das auch beim Einschrauben in dünne Bleche eine sichere Verbindung zwischen diesen schafft. Diese Aufgabe wird bei einem Befestigungselement der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß der Flanschabschnitt topfförmig ausgebildet ist, sich in Richtung auf den Schaft öffnet und einen Rand sowie eine innere An­ schlagfläche für das Material des Werkstückes auf­ weist, wobei der Rand das Gewinde auf dem Gewinde­ schaft wenigstens teilweise überlappt; daß der topf­ förmige Flanschabschnitt aus einem im wesentlichen flachen Flansch umgeformt ist, nachdem das Gewinde vorher bis zu der inneren Anschlagfläche gebildet wurde; und daß die axiale Länge von der Kante des Randes zur Anschlagfläche relativ klein und auf einen vorgegebenen Wert beschränkt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Aus­ führungsbeispiele im Vergleich zum Stand der Technik unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines ersten konventionellen Befestigungselementes in einer Werkstück­ verbindung, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 ein zweites konventionelles Befestigungs­ element in einer Werkstückverbindung, teil­ weise im Schnitt;

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

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

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht auf den topf­ förmigen 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 Ausfüh­ rungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt;

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

Fig. 10 und 11 eine zweite Ausführungsform der in Fig. 8 und 9 dargestellten Erfindung, wobei eine Relativdrehung des Beilagelementes ausgeschlossen ist; und

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

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Arten von Befestigungs­ elementen sowie die Art der Verbindungen von zwei rela­ tiv dünnen Blechen (Werkstücken), die mit ihnen herge­ stellt werden können. Diese beiden Befestigungselemente werden als Stand der Technik angesehen, und ihre Merkmale und Bauteile werden durch Bezugszeichen mit einem ′ bzw. ′′ bezeichnet.

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 verbreiter­ te Kopfabschnitt 28′ einen Flansch 30′ mit einer Geo­ metrie 32′ zum Eingriff eines Eintreibwerkzeugs. Nach Herstellen der Verbindung gemäß Fig. 1 ist das Befestigungselement 20′ in der Öffnung 22 der bei­ den Werkstücke 23 so eingefangen, daß Gewindegänge 26′ an der Öffnungswand anliegen und die Öffnung geringfügig so deformieren, daß der notwendige Ein­ griff 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 Gewinde­ gang des Gewinde 26′, der sich in der Nähe des Flan­ sches 30′ befindet, teilweise unvollständig. Wenn die Werkstücke 23′ relativ dünn sind, hat das Gewinde 26′ zunächst genü­ gend 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 teil­ weise unvollständige Gewindegang 26′ am Flansch 30′ zur Verfügung, um die Einklemmwirkung zu bewirken. Man sieht also, daß dann, wenn das Befestigungsele­ ment gemäß Fig. 1 nur geringfügig überdreht wird, der Eingriff des Gewindes 26′ in der Öffnung 22 zer­ stört wird und das Befestigungselement durchdreht und die Einspannung der Werkstücke 23 verhindert.

Um diese Probleme zu vermeiden, wurde ein Befestigungs­ element 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 über­ lappt 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 notwen­ digen 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 zuverläs­ sig 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 be­ zeichnet, 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 Werkstof­ fen zu einem sehr leichten Überdrehen des Befestigungs­ elementes (d. h., fortgesetzte Drehung des Befesti­ gungselementes, 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 deformierte, wodurch der Werkstoff axial einwärts in den becherförmigen Flansch 30′′ gegen den Kopf 28′′ des Befestigungselementes gezogen wurde. Wegen außerordent­ lich großer Tiefe X des becherförmigen Flansches 30′′ war der einzige verfügbare Widerstand gegen diese fort­ gesetzte Deformation die relative Steifheit des Werk­ stoffes. Da der Werkstoff jedoch relativ dünn war und wenig relative Steifheit besaß, fühlte das fortgesetzte Drehen des Befestigungselementes 20′′ zum Verlängern der Deformation der Öffnung 22, wodurch sich deren Durch­ messer in solchem Umfang vergrößerte, daß der bereits vorhandene Eingriff mit dem Gewinde 36′′ nicht mehr länger aufrechterhalten werden konnte und ein Ausdrehen oder Überdrehen auftrat. Wenn die Öffnung 22 deformiert ist, bewegen sich die Kontaktstellen mit dem Werkstoff nach oben längs der Spirale des Ge­ windes 26′′ zu dem teilweise unvollständigen und mangel­ haft ausgefüllten Gewindegang in der Nähe des verbrei­ terten Kopfes 28′′, wodurch die Wirksamkeit des Gewinde­ eingriffs weiter reduziert und Anlaß zum Ausleiern ge­ geben wird.

Eine erste Ausführungsform eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgerüsteten 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 darge­ stellt und wird jetzt im einzelnen erörtert. Fig. 3 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 er­ läutert wird.

Das Befestigungselement 20 wird zu Beginn aus einem Rohling geformt, der einen verbreiterten Kopf­ abschnitt 28 mit Flansch und einem Sechskanthut 32 zur Anlage eines Eindrehwerk­ zeugs besitzt. Außer dem vergrößerten Kopf 28 weist das Befestigungselement 20 auch einen Schaft 24 mit einem Gewinde 26 auf, welches in üblicher Weise kalt aufgewalzt ist. Das Gewinde 26 wird auf den Schaft 24 so nahe an den Flansch 30 heran aufgewalzt, als es mit den Gewindewalzmatritzen möglich ist. Da­ bei ergibt sich, daß der Gewindegang unmittelbar neben dem verbreiterten Kopf 28 teilweise unvoll­ ständig ist. Gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 bis 5 wird 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 Befestigungsele­ mentes 20 gemäß Fig. 3 einem Walz- oder Deformier­ prozeß 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.

Die Tiefe Z des topfförmigen Flansches 30 ist zweck­ mäßig nicht größer als die Hälfte der Steighöhe Y des Gewindes 26, was zu zufriedenstellenden Ergeb­ nissen führt. Jedoch ist diese Beziehung nicht eine absolute Forderung, da es ausreicht, daß die Tiefe Z so gewählt wird, daß die Arbeitsweise, wie nachste­ hend erläutert, erreicht wird. Der topfförmige Flansch 30 zeigt auch einen in axialer Richtung weisenden Rand 34 von relativ ausgezackter Konfiguration aufgrund der einwärts und abwärts weisenden Zähne 36, wenn der Flansch 30 von der in Fig. 3 dargestellten Konfiguration in die­ jenige der Fig. 4 verformt wird. Außerdem schafft die Bildung des Flansches 30 zu einer im wesentlichen topfförmigen Konfiguration eine Basisfläche (innere Auschlagfläche) 38, die durch die Unterseite des verbreiterten Kopfes 28 definiert ist.

Die Außenfläche des topf­ förmigen Flansches 30 ist gerundet und als Folge des Defor­ mierens etwas radial einwärts gewendet. Während die dargestellte Ausführungsform bevorzugt wird, ergibt sie sich hauptsächlich aus dem Herstellungsverfahren, und bei anderen Herstellungsverfahren kann es sich ergeben, daß der topfförmige Flansch 30 eine relativ zylindrische Außenfläche erhält.

Fig. 6 zeigt eine durch Verwendung des Befestigungs­ elements 20 hergestellte Verbindung mit einem Paar gelochter Werkstücke 23, wie sie bereits in Fig. 4 dargestellt sind. Wenn das erfindungsgemäße Befesti­ gungselement 20 in die Öffnung 22 eingeführt ist und axial bezüglich der Öffnung eingedreht wird, werden die Werkstücke 23 auf den verbreiterten Kopfabschnitt 28 zu gezogen. Das Gewinde 26 läßt die Werkstücke 23 gegen den Rand 34 des becherförmigen Flansches 30 anliegen, wobei der Rand bekanntlich relativ gezahnt ist in Anbe­ tracht der Zähne 36, und wird daher in das oberste Werk­ stück 23 eindringen. Fortgesetztes Drehen des Befesti­ gungselements 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 hinein­ gezogen wird, wird der die Öffnung umgebende Werkstoff in gewisser Weise nach oben so erweitert, daß seine Kanten in Eingriff mit der Basisfläche 38 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 Kanten­ werkstoff 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 Werk­ stücke wird zwischen der Gewindeform 26 und der Basis­ fläche 38 keilförmig eingespannt.

Wegen der relativ geringen Tiefe Z des topfförmi­ gen Flansches 30 ist die Deformation oder das Aufweiten der Öffnung 22 nur geringfügig. Aufgrund der Basis­ fläche 38 und des Eingriffs des die Öffnung umgebenden Materials mit derselben wird die Vergrößerung der Öffnung 22 begrenzt und kann nicht Ausmaße annehmen, die dazu führen würden, daß das Gewinde 26 außer Eingriff mit der Öffnung kommt. 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.

Als weiteren Faktor kommt hinzu, daß die Zähne 36 auf dem Rand 34 in die Oberfläche des obersten Werk­ stückes 23 eindringen, wenn das Befestigungselement 20 angezogen wird. Dieses Eingreifen oder Einbeißen ist aus verschiedenen Gründen wichtig, dient jedoch zu­ nächst als Mittel, das den Widerstand gegen das Wei­ terdrehen des Befestigungselements 20 erhöht und ein Überdrehen vermeidet. Je nach Konfiguration der Zähne 36 können diese Zähne auch dazu dienen, eine Arretier­ wirkung dem Befestigungselement 20 dergestalt zu ver­ leihen, daß ein Lockern unter Vibrationen vermieden wird. Weiter sind die Zähne von Vorteil, wenn eine gute elektrische Massenverbindung erwünscht ist 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 elektri­ sche Verbindung mit dem darunterliegenden Metall her­ stellen.

Wenn man die Erfindung mit dem Befestigungselement 20′ aus Fig. 1 vergleicht, bemerkt man, daß mit dem Be­ festigungselement 20′ und dem relativ ebenen Flansch 30′ eine Keilwirkung nicht erreicht werden kann, und die Werkstücke werden tatsächlich etwas in entgegen­ gesetzte Richtungen, wie in Fig. 1 angedeutet, aufge­ weitet. Mit dem Befestigungselement 20 hängt das Ein­ klemmen des Werkstücks 23 nicht von dem relativ un­ vollständigen Gewindegang in unmittelbarer Nachbarschaft des vergrößerten Kopfes 28 ab. Im Gegensatz zu dem topfförmigen Flansch 30 dient ein vollständigerer Abschnitt des Gewinde 26 zum Gewindeeingriff, um ein Einspannen zu erreichen. Bezüglich des Befestigungsele­ ments 20′′ aus Fig. 2 stellt das Befestigungselement 20 gemäß der Erfindung durch Begrenzen der Tiefe Z des topfförmigen Flansches sicher, daß das Blech der Werk­ stücke 23 in Eingriff mit der Basisfläche 38 gezwun­ gen wird. Diese Wirkung erfüllt zwei wichtige Funktio­ nen. Zunächst erzeugt sie eine Keilwirkung, die mit dem Befestigungselement 20′′ nicht erreichbar ist, und zum anderen verhindert der Eingriff mit der inneren Anschlagfläche 38, daß die Öffnung 22 nur soweit aufgeweitet wird, daß der Schraubeingriff noch nicht nachteilig beeinflußt wird.

Fig. 7 zeigt eine erste modifizierte Version des Be­ festigungselements 20, die im ganzen mit 20a be­ zeichnet ist. Die Ausführungsform des Befestigungsele­ ments 20a ist im wesentlichen mit dem Befestigungsele­ ment 20 identisch, der einzige Unterschied liegt darin, daß eine weitere Gruppe von Zähnen 40a auf der Basis­ fläche 38a vorgesehen ist. Wenn das Befestigungsele­ ment 20a in Klemmeingriff in das Werkstück 23 einge­ dreht wird und die Kante der Öffnung 22 nach oben ge­ bogen wird, wird diese Kante von den Zähnen 40a er­ griffen, die die Keilwirkung weiter vergrößern.

In praktischen Ausführungsformen können die Zähne 40a die Zähne 36a ersetzen oder können gemäß Darstellung in Fig. 7 zusätzlich vorgesehen sein. Weiter können die Zähne 40a entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegen­ uhrzeigersinn vorgespannt werden, um eine zusätzliche Arretierwirkung zu ermöglichen, die eine Drehung des Befestigungselements in Richtung des Lösens vermeidet, oder die Zähne 40a können so vorgespannt sein, daß sie das nach eingenommenem endgültigen Sitz des Befesti­ gungselements weiter erforderliche Drehmoment stark erhöhen und dadurch den Widerstand des Befestigungs­ elements gegen Überdrehen erhöhen.

Fig. 8-11 zeigen zwei weitere modifizierte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung, nämlich die Befestigungs­ anordnungen 20b gemäß Fig. 8 und 9 sowie 20c gemäß Fig. 10 und 11, in welchen der becherförmige Flansch von einem eingefangenen Beilagelement statt in Form eines integralen Teils vom Befestigungselement 20 und 20a gebildet wird. Fig. 8 zeigt an der Befestigungs­ einrichtung 20b eine Zwischenform der Anordnung vor der Formung des Beilagscheibenelements 30b in die Topf­ form. Das Beilagescheibenelement 30b bleibt an dem Befestigungselementenschaft 24b durch den Gewinde­ gang 26b eingefangen. Das Beilagscheibenelement 30b wird über einen noch nicht mit Gewinde versehenen Roh­ ling übergeschoben und das Gewinde 26b wird dann durch Aufrichten gebildet, wobei der Grad des Gewindes 26b zum Zurückhalten des Beilagscheibenelements 30b auf dem Schaft 24b dient.

Die mit dem Befestigungselement 20b gemäß Fig. 8 und 9 herstellbare Verbindung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige, die sich bei Verwendung der oben erläu­ terten Befestigungselemente 20 und 20a ergibt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Beilagscheiben­ element 30b ohne Zähne dargestellt, jedoch können na­ türlich auch eine oder mehrere Zahnreihen an der Kante oder dem Rand 34 des Beilagscheibenelements 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 38b vorgesehen sein, und zwar entweder alternativ oder zusätzlich. Weiterhin sei bemerkt, daß das Bei­ lagscheibenelement 30b bei Beginn des Einklemmens des Werkstückes relativ stationär bleiben wird, da der Querschnitt des Schaftes 24b des Befestigungs­ elements kreisförmig ist und auch die Öffnung 42 in dem Beilagscheibenelement 30b kreisförmig ist, wobei der Schaft 24b und der Eintreibkopf 28b rela­ tiv zu dem Beilagscheibenelement drehen. Diese An­ ordnung kann in Fällen Verwendung finden, wo die Oberfläche des obersten Werkstückes 30b nicht ver­ dorben werden soll.

Die Befestigungselementenanordnung 20c gemäß Fig. 10 und 11 unterscheidet sich von der Befestigungs­ elementenanordnung 20b 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 Befesti­ gungselementenanordnung 20c dreht sich das eingefan­ gene Beilagscheibenelement 30c zusammen mit dem Be­ festigungselement und die Funktion in bezug auf die Herstellung der Verbindung ist ähnlich derjenigen der vorstehend erläuterten Befestigungselemente 20 und 20a. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Rand 34c oder die Basisfläche 38c des Beilagscheiben­ elements mit einer Reihe von Zähnen versehen sein.

Fig. 12 zeigt eine weiter modifizierte Ausführungs­ form der Erfindung, die im ganzen mit 20d bezeichnet ist. In dieser Ausführungsform ist der topfförmige Flansch 30d ein integraler Teil des verbreiterten Kopfabschnitts 28d, und der Hauptunterschied zu dem Befestigungselement 20 besteht in einer inneren 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 vieleckiger Konfiguration und so gestaltet, daß sie ein entsprechend gestaltetes Eintreibwerkzeug aufnehmen kann.

Claims (7)

1. Mit Gewinde versehenes Befestigungselement zum Verbinden relativ dünner Werkstücke, insbesondere Bleche, bestehend aus einem langgestreckten Schaft mit Außengewinde vorgegebener Ganghöhe und einem mit einem Flanschabschnitt versehenen Kopf mit einer den Angriff eines Werkzeugs ermöglichenden Struktur,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt (30) topfförmig ausgebildet ist, sich in Richtung auf den Schaft (24) öffnet und einen Rand (34) so­ wie eine innere Anschlagfläche (38) für das Materi­ al des Werkstückes (23) aufweist, wobei der Rand (34) das Gewinde (26) auf dem Gewindeschaft wenig­ stens teilweise überlappt;
daß der topfförmige Flanschabschnitt (30, Fig. 4) aus einem im wesentlichen flachen Flansch (30, Fig. 3) umgeformt ist, nachdem das Gewinde (26) vorher bis zu der inneren Anschlagfläche (38) gebildet wurde; und
daß die axiale Länge (Z) von der Kante des Randes (34) zur Anschlagfläche (38) relativ klein und auf einen vorgegebenen Wert beschränkt ist.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (Z) von der Kante des Randes (34) zur Anschlagfläche (38) nicht größer als die halbe Ganghöhe (Y) des Gewindes (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 einem lösenden Drehmoment erhöhen.

4. Befestigungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (40a) an der Basisfläche (38) vorgesehen sind, in welche das die Öffnung umgebende Werkstückmaterial (23) in verkei­ lenden Eingriff gebracht wird (Fig. 7).

5. Befestigungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt (30) an einem separaten Beilagscheibenelement (30b oder 30c) vorgesehen ist, das mit einem gewindelosen Abschnitt (24b oder 24c) des Schaftes zwischen dem erweiteren Kopf (28, 28c) und dem Gewindeanfang vor­ gesehen ist (Fig. 8-11).

6. Befestigungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewindelose Ab­ schnitt (24c) einen vieleckigen Querschnitt hat und das Beilagscheibenelement (30c) eine der mittleren Öffnung (42c) ähnliche Form aufweist, um eine rela­ tive Drehung des Beilagscheibenelementes (42c) gegen­ über dem Befestigungselementen-Kopf (28c) zu ver­ hindern (Fig. 10 und 11).

7. Verbindung mit einem Befestigungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in ein eine Öffnung (22) aufweisendes Werkstück (23) zur Bildung einer Verbindung eingeschraubt ist, wobei das Gewinde (26) des Befestigungselements das Material des Werkstücks (23), das sich innerhalb des Randes (34) des topf­ förmigen Flansches (30) um die Öffnung herum be­ findet, in verkeilenden Eingriff mit der inneren Anschlagfläche (38) zieht, ohne die Öffnung (22) in einem Ausmaß zu vergrößern, das zu einem Lösen des Gewindes (26) aus dem Werkstück (23) führen würde.