DE3420360C2 - Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befestigungselements sowie Verfahren zum Setzen desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines mit einem Ge­ winde versehenen Befestigungselements und ein Verfahren zum Setzen des Befestigungselements in einem Werkstück.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befestigungselements, welches in gewindemäßigem Eingriff mit einem Werkstück gesetzt wer­ den kann, ohne daß es erforderlich ist, das Befestigungs­ element relativ zum Werkstück zu rotieren, um den gewinde­ mäßigen Eingriff zu erhalten, und weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Setzen des Befestigungsele­ ments, wobei während des Setzens das gesetzte Befestigungs­ element modifiziert wird, um dessen Entfernen vom Werkstück durch Drehen in der Art einer konventionellen Schraube zu erleichtern.

Die Erfindung geht von einem mit einem Gewinde versehenen Befestigungselement mit einem langgestreckten Schaft, einem radial vergrößerten Kopf an einem Ende des Schaftes, einem äußeren Schraubengewinde an zumindest einem Teil des Schaf­ tes und mit einer Bohrung innerhalb des mit einem Gewinde versehenen Teils des Schaftes aus, welche sich in den Kopf hinein und durch den Kopf hindurch erstreckt, wobei zumin­ dest der mit dem Gewinde versehene Teil des Schaftes des Befestigungselements in der Lage ist, radial expandiert zu werden und hierdurch in eine stabile Konfiguration mit einem Durchmesser, der größer ist als derjenige des Schaf­ tes vor der Expansion, deformiert zu werden.

Entsprechende Befestigungselemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind bereits aus der DE-PS 8 15 281 bekannt. Bei diesen besteht das Problem, daß das dem Kopf abgewandte Ende des Befestigungselements beim Deformieren und Aufwei­ ten häufig aufplatzte. Dieses Aufplatzen bewirkt gefähr­ liche Fehler, da es beim gesetzten Befestigungselement oft nicht erkannt werden kann, wie weit dieser mögliche Anriß zu Folgeschäden führt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine be­ sondere Gestaltung der Befestigungselemente aufzuzeigen, mit der diesem Übelstand abgeholfen werden kann. Überra­ schenderweise wird das Aufplatzen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 weitgehend vermieden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Set­ zen eines erfindungsgemäßen, mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements in ein mit einer Öffnung versehenes Werkstück vorge­ sehen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, den Schaft des Be­ festigungselements in eine Öffnung in dem Werkstück einzuführen, so daß zumindest ein Teil des Schraubengewindes sich innerhalb des Werk­ stücks befindet, und dann zumindest ein Teil des mit einem Schrau­ bengewinde versehenen Teils des Schaftes, welcher sich innerhalb des Werkstücks befindet, zu expandieren, wodurch bewirkt wird, daß sich das Schraubengewinde des Befestigungselements in das Material des Werkstücks einbettet.

Die Expansion des vorgenannten Teils des Schaftes dann bewirkt wer­ den, indem eine abgeschrägte Expansionseinrichtung entlang der Boh­ rung in Richtung vom Schwanzende zum Kopfende gezwungen wird, wobei die Expansionseinrichtung einen Teil mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist, der eine größere Querabmessung aufweist als der Durchmesser der Bohrung des vorgenannten Teils des Schaftes.

Die abgeschrägte Expansionseinrichtung, die zum Expandieren des vor­ genannten Teils des Schaftes verwendet wird, kann ein abgeschrägter vergrößerter Kopf eines Dorns mit einem Zugstiel sein und kann ent­ lang der gesamten oder entlang eines Teils der Bohrung des Befesti­ gungselements beispielsweise mittels Zug am Dornstiel hindurchge­ zwungen werden.

Gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der Erfindung ist ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement mit einem langgestreck­ ten Schaft vorgesehen, einem radial erweiterten Kopf an einem Ende des Schaftes, einer parallelen Bohrung durch den Schaft und den Kopf und einer Gegenbohrung innerhalb des Kopfes, wobei der Schaft in der Lage ist, radial expandiert zu werden und hierdurch in eine stabile Konfiguration mit einem Durchmesser größer als derjenige des Schaf­ tes vor der Expansion deformiert zu werden, wobei die Anordnung da­ durch gekennzeichnet ist, daß der Schaft einen mit einem Gewinde versehenen Teil aufweist, der mit einem äußeren Schraubengewinde mit einem scharfen Scheitel ausgebildet ist, sowie einen nicht mit einem Gewinde versehenen zylindrischen Schwanzabschnitt entfernt vom Kopf, der einen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der Haupt­ durchmesser des mit dem Gewinde versehenen Teils, wobei der Schaft dieses Befestigungselements auch, falls dieses gewünscht ist, einen zylindrischen, nicht mit einem Gewinde versehenen Teil zwischen dem mit einem Gewinde versehenen Teil des Schaftes und dem Kopf des Befe­ stigungselements aufweisen kann, und wobei der nicht mit einem Gewin­ de versehene Teil auch einen Durchmesser aufweisen kann, der geringer ist als der Hauptdurchmesser des mit einem Gewinde versehenen Teils.

Das Werkstück, in das das erfindungsgemäße Befestigungselement ge­ setzt wird, sollte aus einem Material bestehen, welches zumindest geringfügig weniger hart ist als das Material des Befestigungsele­ ments. Das Befestigungselement ist insbesondere zur Verwendung im Zusammenhang mit weichen Metallen, wie beispielsweise Aluminium so­ wie in Kunststoffen gedacht.

Das Werkstück sollte eine Öffnung haben, in die der Schaft des Befe­ stigungselements eingeführt werden kann, welche vorzugsweise ein Minimum an umfangmäßigem Abstand bezüglich des Schaftes aufweist, und vorzugsweise so, daß der Kopf gegen die nahe Fläche des Werk­ stückes anschlägt. Die Öffnung muß keine Durchgangsöffnung sein, wo­ durch ausgedrückt werden soll, daß es eine Sackbohrung sein könnte, und vorzugsweise sollte sie einen gleichmäßigen Durchmesser aufwei­ sen.

Wenn ein weiteres, mit einer Öffnung versehenes Glied oder mehrere solche Glieder, wie beispielsweise eine Blatt- bzw. plattenartige -Plattierung bzw. -Verkleidung oder ein Maschinenteil zur gleichen Zeit an das Werkstück befestigt werden soll, wie das Befestigungs­ element in das Werkstück gesetzt werden soll, dann sollte es mit einer Durchgangsöffnung versehen sein, in der sich der Schaft des Befestigungselements in Spielpassung befindet, und die vorzugsweise geringfügig größer ist als die Öffnung im Werkstück. Der Schaft des Befestigungselements wird dann zuerst durch das andere Glied oder die anderen Glieder und in das Werkstück eingeführt. Wenn es dann ge­ wünscht wird, das andere Glied oder die anderen Glieder dicht am Werkstück zu befestigen, so sollte das Spiel der anderen Glieder zwischen dem Kopf des Befestigungselements und dem Werkstück auf ein Minimum reduziert werden, bevor die Expansion des Schaftes beginnt. Der Schaft des Befestigungselements sollte ausreichend weit in das Werkstück hineinreichen, so daß zumindest ein Teil des mit einem Ge­ winde versehenen Teils des Schaftes sich innerhalb des Werkstücks befindet.

Es ist dann notwendig, zumindest einen Teil des mit einem Gewinde versehenen Teils des Schaftes, der sich innerhalb des Werkstückes befindet, radial zu expandieren, bis das Gewinde in das Material des Werkstücks eingebettet ist. Dies kann in vielfacher Art und Weise erreicht werden, beispielsweise unter Anwendung eines Fluids unter extrem hohem Druck in der Bohrung oder durch Zünden oder Detonation einer explosiven Ladung innerhalb der Bohrung, oder auf mechanischem Wege unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs, welches in die Bohrung gezwungen werden kann, um so den Schaft zu expandieren.

Die Anmelderin bevorzugt, zum Setzen des Befestigungselements ein Werkzeug zu verwenden, welches einen Dorn umfaßt, welcher in und/ oder durch die Bohrung des Befestigungselements gedrückt bzw. gezo­ gen werden kann, um den Schaft zu expandieren, sowie einen Amboß, um das Befestigungselement gegen die auf es mittels des Dorns ein­ wirkende Axialkraft abzustützten, zusammen mit einer Einrichtung zum Ziehen des Dorns.

Werkzeuge dieser allgemeinen Art sind wohl bekannt und in den Zeich­ nungen sind nur die wichtigsten Teile hiervon dargestellt.

Die Anmelderin bevorzugt, das Befestigungselement zu setzen, indem ein Dorn vollkommen durch die Bohrung in einer Richtung vom Schwanz­ ende zum Kopfende hindurchgezogen wird, während der Kopf des Befe­ stigungselements mit dem Amboß in Eingriff steht, um das Befesti­ gungselement gegen die vom Dorn ausgeübte Axialkraft abzustützen. Weiterhin ist es bei Verwendung eines geeignet geformten Ambosses möglich, einen geeignet geformten Kopf des Befestigungselements so zu deformieren, daß die Peripherie des Kopfes relativ zum Schaft in Richtung zum Schwanzende des Befestigungselements hin bewegt wird, was in einigen Situationen bewirken kann, den Abstand zwischen dem Werkstück und dem Umfang des Kopfes zu schließen und andere Teile am Werkstück festzuklemmen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungselements,

Fig. 2 eine Endansicht des Befestigungselements gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, welche einen frühen Zustand beim Setzen des Befestigungselements gemäß Fig. 1 in einem Werkstück darstellt,

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, welche das Ende des Setzvorgangs zeigt,

Fig. 5 eine Endansicht eines Teils der in Fig. 3 dargestellten Vor­ richtung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf das Befestigungselement gemäß Fig. 1 nach dem Setzen,

Fig. 7 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, welche eine wei­ tere Form eines Befestigungselements gemäß der vorliegenden Erfindung in einem frühen Stadium zeigt, wobei das Setzverfah­ ren einfacher ist, und

Fig. 8 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 7, welche einen späteren Zu­ stand beim Setzen zeigt.

Ein Befestigungselement 10 weist einen etwas langgestreckten Schaft 12 von im allgemeinen zylindrischer Gestalt auf und einen radial vergrößerten Kopf 14 an einem Ende (dem Kopfende) des Schaftes. Die äußere Fläche eines Teils 15 des Schaftes ist mit einem Schrauben­ gewinde 16 versehen, welches einem konventionellen Schraubengewinde von Standardform gleich oder verwandt sein kann, wie weiter unten diskutiert wird. Das Gewinde 16 weist einen V-förmigen Querschnitt auf und bildet einen mehr oder weniger scharfen Scheitel 18, an dem sich dessen Flanken unter einem Winkel von 60° (beim vorstehenden Ausführungsbeispiel) treffen, und zwischen benachbarten Windungen des Gewindes formen die Flanken eine im wesentlichen V-förmige Rinne.

Der Schaft 12 weist einen Schwanzabschnitt 20 an dem vom Kopf 14 ent­ fernten Ende (auf dem Schwanzende) auf, wobei das Schwanzende 20 nicht mit einem Gewinde versehen ist. Der nicht mit einem Gewinde versehene Schwanzabschnitt 20 weist eine zylindrische äußere Fläche mit einem Durchmesser auf, welcher im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Teils des Schaftes gemes­ sen am Fuß des Gewindes 16 (d. h. der "kleinere Durchmesser" des Schaftes). Das Gewinde 16 erstreckt sich vom Schwanzabschnitt 20 zum Kopf 14.

Das Befestigungselement weist eine axiale Bohrung 22 durch den Schaft und den Kopf hindurch auf, wobei die Bohrung durch den Schaft hin­ durch einen im wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist, am Kopf­ ende jedoch eine Vergrößerung in Form einer Gegenbohrung 24 aufweist. Die Länge der Gegenbohrung 24 ist geringerer als die Dicke des Kopfes.

Das Befestigungselement ist aus kaltgezogenem Stangenmaterial aus Kohlenstoffstahl geformt, ohne anschließende Hitzebehandlung, und ist härter als beispielsweise reines Aluminium und eine Vielzahl von bei der Konstruktion verwendeten Plastikmaterialien, aus denen ein Werk­ stück bestehen könnte, in welches man ein Befestigungselement setzen möchte.

Das Material des Befestigungselements ist ausreichend dehnbar bzw. nachgiebig, so daß der Schaft durch radiale Expansion in einem solchen Ausmaß deformiert werden kann, daß der Hauptdurchmesser des Schaftes (d. h. der Durchmesser, der entlang dem Scheitel des Gewindes gemessen ist) nach der Expansion größer ist als vor der Expansion, und zwar zu­ mindest um die Tiefe des Gewindes und vorzugsweise um mehr als zweimal die Tiefe des Gewindes.

Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel ist der Kopf 14 so ge­ formt, daß er während des Setzens deformierbar ist, und er weist die allgemeine Form eines konventionellen Kopfes des "Gegengesenk"-Typs auf, womit ausgedrückt werden soll, daß er eine flache obere bzw. vordere Fläche 26 an dem dem Schaft entfernten Ende des Befestigungs­ elements aufweist sowie eine konische Kopf-Rückfläche 28, bei der der Durchmesser des Befestigungselements zunimmt, und zwar in einer Rich­ tung weg von dem Schwanzende vom Hauptdurchmesser des mit einem Ge­ winde versehenen Teils des Schaftes zum Maximaldurchmesser der ver­ größerten Kopfes, wobei er die Kopf-Vorderfläche 26 an der Umfangs­ kante 30 trifft. Der Gegengesenkkopf 14 ist einer Weise, die im folgenden erklärt wird, deformierbar, wobei der periphere Teil des Kopfes relativ zu dem Schaft in einer Richtung zum Schwanzende des Schaftes hin bewegbar ist, um so die Klemmfähigkeit des Befestigungs­ elements zu vergrößern.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind möglich. Beispiels­ weise ist in Fig. 7 ein Befestigungselement 50 gezeigt, welches im wesentlichen ähnlich dem Befestigungselement 10 ist, anstelle eines Kopfes des Gegengesenk-Typs weist es jedoch einen konventionellen Sechskantbolzenkopf 52 auf, und das Gewinde 16 erstreckt sich auch nicht bis zum Kopf, der Schaft weist vielmehr einen neben dem Kopf 52 liegenden Abschnitt 54 ohne Gewinde auf.

Der Durchmesser des nicht mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 54 ist vorzugsweise geringer als der Hauptdurchmesser des mit einem Ge­ winde versehenen Teils des Schaftes und bei diesem Ausführungsbei­ spiel ist er genauso groß wie der kleinere Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Teils, so daß sie nach dem Setzen mit den Wänden der Öffnung im Werkstück nicht in Eingriff kommen. Weiterhin hilft eine solche Anordnung, ein In-Eingriff-Kommen bzw. eine Störung zwischen dem Schaft des Befestigungselements und anderen Gliedern zu vermeiden, welche an einem Werkstück mittels des Befestigungsele­ mentes befestigt sind.

Der Sechskantkopf 52 ermöglicht es, daß das Befestigungselement 50 mit einem Bolzenschlüssel bzw. Mutternschlüssel in Eingriff kom­ men kann und um seine Achse gedreht werden kann. Dies steht im Gegen­ satz zu dem Befestigungselement 10, welches nicht mit Angriffsflächen ausgestattet ist, wie sie vom Sechskantkopf 52 dargeboten werden. Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Setzen des Befestigungs­ elements 10 wird jedoch die Bohrung des Befestigungselements zu einer nicht-kreisförmigen Form durch Deformation während des Setzens neu geformt, so daß auf diese Weise eine Bohrung mit Angriffsflächen er­ zeugt wird, welche einen verkeilenden Eingriff eines geeigneten Werk­ zeugs und dadurch eine entsprechende Drehung des Befestigungselements erlauben.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 das Setzen des Befestigungselements 10 in einem Werkstück und dessen Verwendung zum Befestigen eines anderen Gliedes am Werkstück beschrieben.

Zunächst wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Ein Werkstück 56, in das das Befestigungselement 10 gesetzt werden soll, weist die Form einer Tafel aus Aluminiumlegierung mit einer Durchgangsöffnung 58 von aus­ reichend großem Durchmesser für die mit einem Gewinde versehenen Teil 15 des Schaftes auf, welcher mit einem Minimum an Spiel diese Öffnung betritt. Ein weiteres Glied 60 in der Form eines Blattes oder einer Tafel aus Plattierungs- bzw. Verkleidungsmaterial soll an das Werkstück mittels des Befestigungselements befestigt werden und ist mit einer Durchgangsöffnung 62 versehen, welche einen aus­ reichend großen Durchmesser aufweist, damit sich der Schaft des Be­ festigungselements hierdurch mit einem ausreichend großen Spiel er­ strecken kann, um es zu ermöglichen, daß der Schaft anschließend um ein deutliches Ausmaß radial expandiert wird, ohne mit dem anderen Glied 60 in Eingriff zu kommen.

Das Befestigungselement 10 wird mittels einer Vorrichtung gesetzt, die einen Dorn 64, einen ringförmigen Amboß 66 und eine (nicht darge­ stellte) Einrichtung zum Greifen und Ziehen des Dorns in axialer Richtung relativ zum Amboß umfaßt.

Der Dorn 64 weist einen langgestreckten Stiel 68 auf, welcher in der Lage ist, mit Spiel durch die Bohrung des Befestigungselements hin­ durch zu gelangen, sowie einen vergrößerten Kopf 70 an einem Ende des Stiels. Der Dornkopf 70 weist einen konisch abgeschrägten Ab­ schnitt 72 auf, bei dem der Durchmesser des Dorns progressiv weg von dem Stiel 68 zu einem Durchmesser anwächst, welche deutlich größer ist als derjenige der Bohrung 22 des Befestigungselements, und er führt zu einem etwas langgestreckten, eine Verkeilung bzw. Verriege­ lung bildenden Abschnitt 76 des Kopfes 70, bei dem die Querschnitts­ form des Dorns diejenige eines gleichzeitigen Sechseckes ist. Der Dorn ist aus einem hoch zugfesten Stahl gebildet.

Der ringförmige Amboß 66 weist einen axialen Durchgang 78 auf, durch den hindurch der Dorn in Eingriff mit der Greif- und Zugeinrichtung geführt werden kann, und er weist an seinem vorderen Ende eine fla­ che Anschlagsfläche 80 auf. Bei dem hier in Rede stehenden Ausfüh­ rungsbeispiel weist die Anschlagfläche 80 des ringförmigen Ambosses eine zentrale Vertiefung 82 von kegelstumpfförmiger Gestalt rund um die Durchgangsöffnung 78 auf, und der Amboß ist in Längsrichtung seiner Achse geteilt und aus zwei halbringförmigen Backen 84, 86 ge­ bildet, welche jeweils identisch sind und welche zusammenarbeiten, um den gesamten Amboß zu bilden. Die Backen sind diametral bezüglich der Achse des Ambosses trennbar, um es zu ermöglichen, daß ein Befe­ stigungselement oder eine Folge von Befestigungselementen gemäß der Erfindung in Vorwärtsrichtung durch die getrennten Backen und entlang dem Stiel des Dorns zu dem Dornkopf 70 hin zugeführt werden, und sie können dann hinter dem bzw. den Befestigungselementen wieder geschlos­ sen werden, so daß sie wieder zusammenwirken, um die Anschlagsfläche 80 zu bilden.

Diese Vorrichtung kann verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Be­ festigungselemente in einer Art und Weise zu setzen, die im wesent­ lichen die gleiche ist, wie sie beim "Wiederholungs-Nieten" (repetition riveting) benutzt wird.

Es wird daher das Befestigungselement 10 auf den Stiel des Dornes auf­ gesetzt, so daß sich der Stiel durch die Bohrung 22 hindurch erstreckt und der Dornkopf 70 nahe dem Schwanzende des Befestigungselements, je­ doch außerhalb der Bohrung, ist, und wobei sich der Stiel des Dorns durch die Durchgangsöffnung 78 des Ambosses in Eingriff mit der Zugein­ richtung erstreckt, so daß sich das Befestigungselement zwischen dem Dornkopf und der Anschlagfläche des Ambosses befindet.

Eine Mehrzahl von (nicht dargestellten) weiteren Befestigungselementen können zur gleichen Zeit auf dem Stiel hinter dem Amboß angeordnet sein, bereit, um eines nach dem anderen durch die Backen hindurch in die Position zwischen dem Dornkopf und der Anschlagfläche des Ambosses zugeführt zu werden.

Das Befestigungselement 10, welches auf diese Weise an der Setzvor­ richtung angeordnet ist, wird dann dem Werkstück zugeführt und der Dornkopf und der Schwanzabschnitt des Befestigungselements werden durch die Öffnung 62 des Gliedes 60 und in und durch die Öffnung 58 des Werkstückes 56 eingeführt, bis der Amboß den Kopf des Befestigungs­ elements in Eingriff mit der nahen Fläche des Gliedes 60 drückt und das Glied 60 in Anschlag mit der nahen Fläche des Werkstückes drückt, wodurch das Spiel zwischen dem Kopf des Befestigungselements und dem Werkstück reduziert wird.

Die Setzvorrichtung wird dann betätigt, um den Dorn durch das Befesti­ gungselement hindurchzuziehen, so daß auf diese Weise der Kopf des Dorns in das Schwanzende hinein und durch die Bohrung hindurch gezogen wird, während der Kopf des Befestigungselements durch die Anschlags­ fläche des Ambosses unterstützt wird.

Der abgeschrägte Abschnitt 72 des Dornkopfes führt den die Verriege­ lung bildenden Abschnitt in die Bohrung des Befestigungselements hinein und expandiert hierbei den Schaft progressiv vom Schwanzende zum Kopf hin. Sowie der sechseckige, die Verriegelung bildende Ab­ schnitt des Dornkopfes die Bohrung betritt und entlang der Bohrung bewegt wird, prägt bzw. preßt bzw. erweitert bzw. zieht er diese (ohne zu schneiden) und gibt der expandierten Bohrung des Befestigungs­ elements daher eine sechseckige oder im wesentlichen sechseckige Querschnittsform, welche seiner eigenen Querschnittsform entspricht.

Wenn die Expansion des Schaftes in Richtung zum Kopf des Befestigungs­ elements weitergeht, so kommt ein Zeitpunkt, an dem der Scheitel 18 des äußeren Gewindes 16 am vorauseilenden Ende des sich progressiv expandierenden Teiles des Schaftes zuerst mit dem Material des Werk­ stücks 56 am Umfang der Öffnung 58 in Eingriff kommt und beginnt, sich in das Material einzubetten. Zu diesem Zeitpunkt wird die axiale Posi­ tion des Befestigungselements im Werkstück im wesentlichen fixiert. Hiernach schreitet die Expansion des Schaftes sowohl in radialer Richtung als auch in Richtung auf den Kopf des Befestigungselementes weiter fort, wodurch bewirkt wird, daß mehr Umdrehungen des Gewindes mit dem Werkstück in Eingriff kommen und sich tiefer in das Material des Werkstücks einbetten. Der progressiv ansteigende Eingriff zwi­ schen dem Befestigungselement und dem Werkstück macht es erforderlich, daß die auf den Dorn auszuübende Axialkraft wesentlich und progres­ siv gesteigert werden muß, und dies muß selbstverständlich durch die Reaktionskraft des Ambosses auf den Kopf des Befestigungselementes ausgeglichen werden. Das Resultat dieser Reaktion ist das Erzeugen einer progressiven Deformation des Kopfes des Befestigungselements durch den Amboß. Der äußere Umfangsteil des Kopfes 14, welcher mit der Anschlagsfläche 80 um die Vertiefung herum in Eingriff ist, be­ ginnt sich daher zu verformen und relativ zu dem Schaft und dem mitt­ leren Teil des Kopfes des Befestigungselementes in einer Richtung auf das Schwanzende des Befestigungselementes und daher in Richtung auf die nahe Fläche des Gliedes 60 zu bewegen. Es ist daher der Ab­ stand zwischen dem äußeren Umfang des Kopfes 14 und dem Werkstück 56, welches, wie weiter oben erwähnt, nun relativ zum Schaft fixiert ist, geschlossen, wodurch der für eine Bewegung des Gliedes 60 relativ zum Befestigungselement vorhandene Raum reduziert ist.

Schließlich ist der in Fig. 4 dargestellte Zustand erreicht, wobei der Kopf so deformiert worden ist, daß er vollständig in die Vertie­ fung 82 im Amboß eingetreten ist, und der Umfang des Kopfes ist in Eingriff mit dem Glied 60 und hält es dicht an das Werkstück 56. Weiterhin ist der Dornkopf vollständig durch die Bohrung und aus die­ ser herausgezogen worden, und das Gewinde 16 ist über im wesentlichen ihre gesamte Tiefe im Werkstück eingebettet.

Aufgrund des zusätzlichen Abstandes, der durch den größeren Durchmes­ ser der Öffnung 62 im Glied 60 gegeben ist, steht das expandiert Gewinde nicht in Eingriff mit dem Glied 60. Falls jedoch ein solcher Eingriff gewünscht ist, so könnte der Durchmesser der Öffnung 62 genauso groß gemacht werden wie derjenige der Öffnung 58.

Nachdem die ursprüngliche Bohrung 22 durch den Schaft des Befesti­ gungselementes einen konstanten Durchmesser aufwies, ist der Schaft entlang seiner Länge gleichmäßig expandiert und daher ist das äußere Gewinde nach der Expansion von im wesentlichen gleichförmigem Durch­ messer über seine gesamte Länge des mit dem Gewinde versehenen Teils des Schaftes.

Nachdem das Befestigungselement einmal gesetzt worden ist, kann es aus dem Werkstück entfernt und in das Werkstück wieder eingesetzt werden, indem es mit Hilfe eines hexagonalen Schlüssels von geeigne­ ter Größe, der in die nunmehr hexagonale Bohrung eingesetzt wird, gedreht wird.

Die Tatsache, daß beim beschriebenen Ausführungsbeispiel das Gewinde des Befestigungselements sich nicht vollständig zum Schwanzende des Schaftes hin erstreckt, hilft, das Risiko zu vermeiden, daß der Schaft am Schwanzende gespalten wird, wenn der Dornkopf zuerst die Bohrung betritt.

Die Kopfgegenbohrung 24 dient zu zweierlei: Zunächst dient sie dazu, jedwedes Material aufzunehmen, welches vom Dornkopf entlang der Boh­ rung abgenommen worden sein könnte, und vermeidet daher die Möglich­ keit, daß ein solches Material einen Vorsprung aus dem Kopf bilden könnte, und zweitens befreit es im wesentlichen den Dorn von der Not­ wendigkeit, den Kopf 14 in radialer Richtung zu expandieren, so daß auf diese Weise die erforderliche Maximalkraft zum Fertigstellen des Setzens des Befestigungselements reduziert wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 wird im folgenden beispiels­ weise das Setzen eines Befestigungselements 50 beschrieben, welches einfacher ist als dasjenige für das Befestigungselement 10, obwohl das Verfahren des Setzens im wesentlichen das gleiche ist.

Es wird zunächst auf Fig. 7 Bezug genommen, welche weiter oben bereits kurz angesprochen worden ist. Hier sind eine Anzahl von Variationen gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 3 dargestellt. Die Unter­ schiede zwischen dem Befestigungselement 50 und dem Befestigungsele­ ment 10 sind bereits erwähnt worden. Bei diesem Ausführungsbeispiel soll das Befestigungselement 50 in ein dickes Werkstück 90 gesetzt werden, welches aus einem weichen Stahl gebildet ist, welcher weni­ ger hart als das Befestigungselement ist, und ein weiteres Glied soll beim Setzen des Befestigungselements am Werkstück befestigt werden. Anstelle einer Durchgangsöffnung wie in Fig. 3 weist das Werkstück 90 eine Öffnung 92 an seiner nahen Fläche auf, welche als blinde Öffnung ausgebildet ist.

Ein Dorn 96 wird benutzt, um das Befestigungselement 50 zu setzen, und obwohl dieser Dorn im wesentlichen ähnlich dem Dorn 40 ist, unterscheidet er sich hiervon dadurch, daß er einen Kopf 98 aufweist, welcher insgesamt einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und der daher nicht in der Lage ist, der Bohrung des Befestigungselements beim Ziehen durch die Bohrung eine nicht-kreisförmige Verkeilungs­ fläche aufzuerlegen, welche vielmehr ausschließlich dazu dient, den Schaft des Befestigungselements in radialer Richtung gleichmäßig zu expandieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel umgeht oder zumindest reduziert die Tatsache, daß der Kopf 52 sechseckig ist und daher mit Angriffsflächen versehen ist, welche dazu benutzt werden können, das Befestigungselement zu drehen, das Erfordernis, die Bohrung des Be­ festigungselements umzuformen, um einen antriebsmäßigen Eingriff mit einem Schlüsselwerkzeug zu schaffen.

Die Öffnung 92 ist ausreichend tief ausgebildet, um die Länge des Schaftes bezüglich der Länge des hervorstehenden Kopfes des Dorns 96 aufzunehmen, zumindest nachdem der Schaft durch das andere Glied 94 hindurchgegangen ist, welches am Werkstück befestigt werden soll. Das andere Glied 94 ist mit einer Öffnung versehen, die einen aus­ reichend großen Durchmesser aufweist, um es zu ermöglichen, daß der mit einem Gewinde versehene Teil des Schaftes durch sie in das Werk­ stück hineingeführt werden kann, und die Öffnung sollte größer als das Gewinde nach der Expansion des Schaftes sein, falls das Befesti­ gungselement auf einfache Weise auch von dem anderen Glied entfern­ bar sein soll.

Falls es nicht notwendig oder wünschenswert ist, das Glied 94 fest an das Werkstück 90 anzuklemmen, so ist es nicht erforderlich, den Umfang des Kopfes 52 zu deformieren, und man kann daher einen Amboß 100 verwenden, der eine flache Anschlagsfläche 102 ohne zentrale Ver­ tiefung in seiner Anschlagfläche aufweist, um das Befestigungselement 50 zu setzen.

Das Befestigungselement 50 wird in die Öffnungen in das Werkstück und das hieran befindliche andere Glied eingeführt und gesetzt, indem der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Kopf 98 des Dorns 96 in die Bohrung hinein und durch die Bohrung hindurch gezogen wird in einer Art und Weise, die der bereits beschriebenen ähnlich ist, wäh­ rend der Kopf des Befestigungselements mittels des Ambosses 100 unterstützt wird. Wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird der Schaft entlang seiner gesamten Länge expandiert und das Gewinde wird in das Material des Werkstücks eingebettet, wodurch das Werk­ stück hierbei geschnitten oder plastisch deformiert wird. Der Kopf des Befestigungselements wird nicht nennenswert deformiert.

Nach dem Setzen kann das Befestigungselement entfernt werden, und zwar mittels eines Schraubenschlüssels, der am sechseckigen Kopf an­ greift, und es kann anschließend, falls gewünscht, wieder eingesetzt werden.

Andere Variationen sowohl hinsichtlich des Befestigungselements als auch hinsichtlich der Verfahren zum Setzen derselben sind möglich.

Beispielsweise könnte das Befestigungselement 10, bei dem sich das Gewinde zum Kopf 14 hin erstreckt, in ein einziges Werkstück gesetzt werden, ohne daß gleichzeitig ein weiteres Glied zwischen das Werk­ stück und den Kopf des Befestigungselements angeordnet wird, nachdem das im Werkstück ausgebildete passende Gewinde sich zu dem Öffnungs­ ende der Öffnung an der Oberfläche des Werkstückes erstreckt und daher das Entfernen des Befestigungselements erlaubt.

Obwohl der Schaft als "langgestreckt" beschrieben worden ist, wäre es möglich, das Befestigungselement mit einem Schaft auszubilden, dessen Außendurchmesser größer ist als dessen Länge. Ein solches Befestigungselement würde zweckmäßig sein, um zwei dünne Platten miteinander zu verbinden.

Es kann auch wünschenswert sein, es möglich zu machen, daß die ge­ setzten erfindungsgemäßen Befestigungselemente durch Maschinenschrau­ ben mit Standard-Gewindeformen austauschbar oder ersetzbar sind. Es ist möglich, dies zu bewerkstelligen, indem dafür Sorge getragen wird, daß die Abmessungen des Gewindes des Befestigungselements vor dem Setzen so sind, daß nach der Expansion mittels des Dorns von bekannten Abmessungen die gewünschte Standard-Gewindeform erzielt wird. Die erforderlichen Bedingungen, um ein vorgegebenes Standard­ gewinde zu erhalten, können leicht experimentell bestimmt werden, indem ein vorgegebener Dorn benutzt wird und indem beachtet wird, daß der wesentliche Effekt des Dorns lediglich darin besteht, das Gewinde radial zu expandieren, so daß, falls überhaupt, nur eine geringfügige axiale Verkürzung des Schaftes während des Setzens stattfindet. Auf diese Weise bleibt die Anzahl der Windungen des Gewindes pro Längeneinheit des Schaftes bestehen, bzw. ändert sich nur geringfügig nach dem Setzen, während der Hauptdurchmesser und der kleinere Durchmesser des Gewindes deutlich vergrößert werden.

Anstelle daß das Gewinde auf dem Schaft des Befestigungselements zwischen benachbarten Gängen V-förmig ausgebildet ist, könnte das Tal des Gewindes in einer Form mit flachem Boden ausgebildet sein, wie es beispielsweise normalerweise im Zusammenhang mit selbst­ einschneidenden Schrauben üblich ist.

Bei den Ausführungsbeispielen wurde die Verwendung eines Durchzugs­ dornes beschrieben, dies ist jedoch nicht unbedingt wesentlich. Die Bohrung des Befestigungselementes könnte am Schwanzende geschlossen sein und das Befestigungselement könnte gesetzt werden, indem ein Expandierwerkzeug in das Kopfende der Bohrung eingetrieben wird, oder es könnte einen mit einem Kopf versehenen Dorn haben, der mit dem Befestigungselement vereint ist, wobei der Dornkopf in der Boh­ rung bei einer Position angeordnet ist, wo beim Herausziehen des Dornes von dem Kopfende er dann weiter den mit dem Gewinde versehe­ nen Teil des Schaftes expandieren würde. Obwohl es im allgemeinen wünschenswert erscheint, den gesamten, mit einem Gewinde versehenen Teil des Schaftes zu expandieren, ist es nicht wesentlich, mehr als einen Teil des mit dem Gewinde versehenen Teils des Schaftes zu ex­ pandieren, um als Befestigungselement nützlich zu sein, dies wird jedoch in gewissem Ausmaß von den jeweiligen Umständen abhängen. Das Befestigungselement könnte einen Kopf mit einer anderen Form als die dargestellten sechseckigen oder Gegengesenk-Typen aufweisen, und An­ griffsflächen zum Ermöglichen der Rotation des Befestigungselements (die nicht immer wesentlich sind) können auch auf andere Weise ge­ schaffen werden als durch Verwendung eines Angrifflächen-formenden Dorns, um die Bohrung zu formen, oder durch das Vorsehen eines poly­ gonalen Bolzenkopfes. Der Kopf könnte beispielsweise mit einer Ver­ tiefung oder mit einem Schlitz versehen sein, um einen Schrauben­ zieher konventioneller oder anderer Form aufzunehmen.

Claims (14)

1. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements aus dehnbarem Material mit einem länglichen Schaft, einem radial vergrößerten Kopf an einem Ende des Schaftes und mit einer Bohrung, die sich axial durch den Schaft und den Kopf erstreckt, wobei die Bohrung einen im wesentlichen konstanten Durchmesser über den ganzen Schaft hinweg aufweist und ein Teil des Schaftes mit einem Schrau­ bengewinde an seiner Außenseite versehen ist, welches mit einem scharfen Grat versehen ist, zum Einsetzen in eine Öff­ nung, wobei der Schaft über seine ganze Länge hinweg dehn­ bar radial expandiert und dergestalt deformiert wird, daß er einen Außendurchmesser erhält, der größer ist als derje­ nige des Schafts vor der Ausdehnung, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schraubengewinde (16) sich nicht bis zu dem Ende des Schafts (12) erstreckt, welches von dem Kopf (14, 52) entfernt ist, und daß der Schaft (12) einen zylindri­ schen, nicht mit einem Schraubengewinde versehenen Endab­ schnitt (20) aufweist, der an das vom Kopf (14, 52) ent­ fernte Ende anschließt, wobei dieser Endabschnitt (20) einen Außendurchmesser hat, der geringer ist als der Durch­ messer des Abschnitts (15) mit dem Schraubengewinde.

2. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach Anspruch 1, welches dadurch gekennzeich­ net ist, daß der nicht mit einem Gewinde versehene Endab­ schnitt (20) einen Außendurchmesser aufweist, der im we­ sentlichen dem kleinsten Durchmesser des Abschnittes (15) mit dem Gewinde entspricht.

3. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach Anspruch 1 oder 2, welches dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß die Bohrung (22) innerhalb des Kopfes (14, 52) durch eine Gegenbohrung (24) erweitert ist.

4. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel­ ches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schaft einen Ab­ schnitt (54) ohne Gewinde zwischen dem Kopf (14, 52) und dem Abschnitt (15) des Schafts (12), der mit dem Gewinde versehen ist, aufweist, wobei der Abschnitt (54) ohne Ge­ winde einen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der größte Durchmesser des Abschnittes (15) mit dem Gewin­ de.

5. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel­ ches dadurch gekennzeichnet ist, daß es mit einem Dorn (64, 96) zusammenwirkt, der einen Stiel (68) aufweist, der sich durch die Bohrung (22) hindurch erstreckt, sowie einen ver­ größerten Dornkopf (70, 98) aufweist, der in der Nähe des unteren Endes des Befestigungselementes und außerhalb der Bohrung (22) angebracht ist und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der der Bohrung (22).

6. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach Anspruch 5, welches dadurch gekennzeich­ net ist, daß der Dornkopf (70, 98) sich auf den Stiel (68) hin verjüngt.

7. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach Anspruch 6, welches dadurch gekennzeich­ net ist, daß der Dornkopf (70, 98) einen schlüsselförmigen Abschnitt (76) mit einem nicht runden Querschnitt aufweist, der in der Lage ist, wenn er durch die Bohrung (22) gezogen wird, die Bohrung (22) des Befestigungselementes zu erwei­ tern.

8. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach Anspruch 7, welches dadurch gekennzeich­ net ist, daß der schlüsselförmige Abschnitt (76) einen sechseckigen Querschnitt aufweist.

9. Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Befesti­ gungselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel­ ches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kopf (14) des Be­ festigungselements (10) eine konische Kopf-Rückfläche (28) aufweist.

10. Montageverfahren bei der Verwendung eines mit einem Ge­ winde versehenen Befestigungselements nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schrit­ te: Einsetzen des Schaftes (12) des Befestigungselements (10, 50) in eine Öffnung (58, 92) in dem Werkstück (56, 90), so daß sich zumindest ein Teil des Schraubengewindes (16) innerhalb des Werkstückes (56, 90) befindet, sodann radiales Ausdehnen von zumindest einem Teil des mit einem Schraubengewinde versehenen Abschnittes (15) des Schafts (12), der sich innerhalb des Werkstücks (56, 90) befindet und dadurch bewirken, daß das Schraubengewinde (16) des Be­ festigungselements (10, 50) sich in das Material des Werk­ stückes (56, 90) einbettet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12) mittels eines Dorns (64, 96) ausgedehnt wird, der einen länglichen Stiel (68) und einen radial ver­ größerten Kopf (70, 98) mit einem Abschnitt (72) in der Nä­ he des Stiels (68) aufweist, der sich auf den Stiel (68) hin verjüngt, und wobei der Kopf (70, 98) des Dorns (64, 96) die Bohrung (22) entlang gezogen wird, indem der Dorn (64, 76) den Stiel voraus gezogen wird, so daß der Kopf (70, 98) entlang der Bohrung (22) mit seinem verjüngten Ab­ schnitt (72) voraus gezogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (10, 50) röhrenförmig ist und der Kopf (70, 98) des Dorns (64, 96) an dem unteren Ende des Schafts in die Bohrung (22) hineingezogen und die ganze Länge der Bohrung (22) entlang und am anderen Ende aus die­ ser herausgezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Kopf (70) des Dorns (64) einen schlüsselförmigen Abschnitt (76) mit einer nicht runden Querschnittsform aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Querschnittsform der Bohrung (22) des Befestigungselements (10, 50) durch den Durchgang des Kop­ fes (70) entlang der Bohrung (22) von ihrer ursprünglichen Form verändert wird in eine Schlüsselform, die eine Viel­ zahl von Eingriffsflächen aufweist, um den Eingriff eines Schlüssels zu ermöglichen und damit das Drehen des montier­ ten Befestigungselements mittels eines geeigneten Schlüs­ sels erlaubt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Bohrung in die Form eines regulä­ ren Sechsecks verändert wird.