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Diese Erfindung betrifft einen Befestiger eines Typs, welcher verwendet wird, um
eine Blechplatte an einem Substrat zu befestigen, wobei die Blechplatte
vergleichsweise dünn und das Substrat vergleichsweise dick sein kann. Der
Befestiger hat einen Kopf und einen Schaft, welcher eine primäre
Gewindeausbildung und eine sekundäre Gewindeausbildung aufweist.
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Wie z. B. in der US-A-5 779 417 dargestellt, wird ein Befestiger des oben
genannten Typs zum Befestigen einer Blechplatte, welche praktischerweise eine
genau anliegende Platte genannt werden kann, an einem Substrat, welches
üblicherweise ein Metallsubstrat ist, verwendet. Wenn das Substrat eine andere
Blechplatte ist, kann die Substratplatte praktischerweise eine Anschlussplatte
genannt werden. Die genau anliegende Platte wird normalerweise z. B. durch
Stanzen mit einem Loch versehen, welches praktischerweise ein Durchfallloch
genannt werden kann, und das Substrat wird z. B. durch Stanzen oder Bohren mit
einem Loch hergestellt, welches praktischerweise als ein Gewindeschneideloch
bezeichnet werden kann und welches einen kleineren Durchmesser hat als das
Durchfallloch. Der Schaft ist normalerweise so angepasst, dass er frei durch das
Durchfallloch verläuft, um in das Gewindeschneideloch mit einer verjüngten Spitze
einzutreten, und um ein komplementäres Gewinde um das Gewindeschneideloch
über ein selbstschneidendes Gewinde am Schaft zu schneiden, wenn der
Befestiger angetrieben wird.
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Unter anderen Daten, welche einen Befestiger des oben genannten Typs
charakterisieren, ist es günstig, auf ein Gewindeschneide-Drehmoment zu
verweisen, welches das Drehmoment ist, welches für das selbstschneidende
Gewinde benötigt wird, um das komplementäre Gewinde zu schneiden, wenn der
Befestiger drehbar angetrieben wird. Ferner ist es vorteilhaft, auf ein
Überdrehungs-Drehmoment zu verweisen, welches das Drehmoment ist, welches
für das selbstschneidende Gewinde benötigt wird, um das komplementäre
Gewinde zu überdrehen, so dass der Schaft sich frei innerhalb des
Gewindeschneideloches dreht.
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Die Befestiger des oben genannten Typs werden normalerweise in großen
Mengen hergestellt, von welchen statistisch bedeutungsvolle Proben zum Testen
gezogen werden. Unter anderen Daten, welche aus dem Testen einer beliebigen
gegebenen Probe erhältlich sind, ist es günstig, auf ein statistisch maximales
Gewindeschneide-Drehmoment zu verweisen, welches das maximale
Drehmoment ist, welches für das selbstschneidende Gewinde irgendeines der
getesteten Befestiger der Probe benötigt wird, um solch ein komplementäres
Gewinde zu schneiden. Ferner ist es günstig, auf ein statistisch minimales
Überdrehungs-Drehmoment zu verweisen, welches das Drehmoment ist, welches
für das selbstschneidende Gewinde irgendeines der getesteten Befestiger der
Probe benötigt wird, um das komplementäre Gewinde zu überdrehen, sodass
sich der Schaft frei innerhalb des Gewindeschneideloches dreht.
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Bei vielen Anwendungen werden solche Befestiger mittels pneumatisch oder
elektrisch angetriebener Antriebswerkzeuge angetrieben, von welchen jedes
ausgebildet ist, um ein Antriebsdrehmoment an einen Befestigerköpfanzulegen.
Wünschenswerterweise ist jedes Werkzeug so eingestellt, dass der Antrieb
angehalten oder gestoppt wird, wenn eine nominales maximales
Antriebsdrehmoment angelegt wird, welches höher ist als das statistische
maximale Gewindeschneide-Drehmoment für solche Befestiger und niedriger als
das statistische minimale Überdrehungsdrehmoment für solche Befestiger. Da
solche Werkzeuge dazu neigen, ungenau einstellbar zu sein, ist es
wünschenswert für das statistische minimale Überdrehungsdrehmoment,
wesentlich höher zu sein als das statistische maximale Gewindeschneide-
Drehmoment für irgendeine gegebene Menge der Gewindebefestiger des oben
genannten Typs.
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Die US-A-3 861 269 offenbart einen Gewindebefestiger, welcher ein sekundäres
Gewinde an nur einem Abschnitt des Schaftes hat, wobei das sekundäre Gewinde
einen kurzen, sich verjüngenden Abschnitt an seinem führenden Abschnitt hat.
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Diese Erfindung liefert einen Befestiger mit einem Kopf und einem Schaft,
welcher mit dem Kopf einheitlich ist, wobei der Schaft eine Achse definiert und
einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt hat, der im wesentlichen
zylindrische Abschnitt ein proximales Ende, welches an den Kopf angrenzt, und
ein distales Ende hat, wobei der Schaft eine primäre Gewindeausbildung und
eine sekundäre Gewindeausbildung aufweist, die primäre Gewindeausbildung in
axialer Richtung beabstandete Gewindegänge längs des im wesentlichen
zylindrischen Abschnitts des Schaftes definiert und eine maximale radiale
Dimension am proximalen Ende hat, wobei die sekundäre Gewindeausbildung in
axialer Richtung beabstandete Gewindegänge zwischen mindestens einigen der
Gewindegänge, welche durch die primäre Gewindeausbildung definiert sind,
definiert, die sekundäre Gewindeausbildung längs des im wesentlichen
zylindrischen Abschnitts des Schaftes entsteht und eine radiale Dimension hat,
welche nach außen hin sich verjüngt, um so kontinuierlich von dem Bereich, wo
die sekundäre Gewindeausbildung beginnt, bis zu einem Bereich, wo die radiale
Dimension der sekundären Gewindeausbildung eine maximale radiale Dimension
der sekundären Gewindeausbildung erreicht, sich zu vergrößern, wobei der
Bereich, wo die radiale Dimension der sekundären Gewindeausbildung ihre
maximale radiale Dimension erreicht, axial vom proximalen Ende beabstandet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Gewindeausbildung über
mindestens zwei Gewindesteigungen nach außen hin verjüngend verläuft.
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Bei der gleichen Ausführungsform hat die primäre Gewindeausbildung
vorzugsweise eine im allgemeinen einheitliche radiale Dimension längs des im
wesentlichen zylindrischen Abschnitts des Schaftes und die maximale radiale
Dimension der sekundären Gewindeausbildung ist ungefähr gleich wie die im
wesentlichen einheitliche radiale Dimension der primären Gewindeausbildung
längs des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts des Schaftes.
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Bei einer abgewandelten Version der Ausführungsform, welche im
vorhergehenden Abschnitt erörtert wurde, ist die sekundäre Gewindeausbildung
für eine axiale Länge, welche gleich ist wie ungefähr eine Gewindesteigung,
unterbrochen in einem Bereich, welcher ungefähr eine Gewindesteigung von dem
Bereich entfernt beginnt, wo die sekundäre Gewindeausbildung beginnt. Im
Vergleich mit einer nichtabgewandelten Version, bei welcher die sekundäre
Gewindeausbildung kontinuierich ist, zeigt die abgewandelte Version ein
geringeres Gewindeschneide-Drehmoment.
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Besondere Ausführungsformen gemäß dieser Erfindung werden nun mit Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
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Fig. 1 eine Vorderansicht eines Befestigers ist, welcher eine erste
Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, zusammen mit einer genau
anliegenden Platte, welche bruchstückhaft im Querschnitt dargestellt ist und
zusammen mit einem Substrat, welches bruchstückhaft im Querschnitt dargestellt
ist;
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Fig. 1A eine vereinfachte Vorderansicht eines Befestigers ist, ähnlich wie der in
Fig. 1 dargestellte Befestiger, mit der Ausnahme, dass der in Fig. 1A dargestellte
Befestiger einen Rund- oder Kuppelkopf hat anstatt eines sechseckigen Kopfes,
und mit der Ausnahme, dass der in Fig. 1A dargestellte Befestiger einen längeren.
Schaft hat;
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Fig. 1B eine vereinfachte Vorderansicht eines Befestigers ist, ähnlich des in Fig.
1A dargestellten Befestigers, mit der Ausnahme, dass der in Fig. 1 B dargestellte
Befestiger eine sekundäre Gewindeausbildung hat, welche unterbrochen ist
anstatt kontinuierlich zu sein;
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Fig. 2A eine grafische Darstellung eines Drehmoments gegen die Zeit ist für einen
typischen Befestiger ähnlich dem Befestiger von Fig. 1A, und für ein pneumatisch
angetriebenes Antriebswerkzeug, welches nicht dargestellt ist;
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Fig. 2B eine grafische Darstellung eines Drehmoments gegen die Zeit ist für einen
typischen Befestiger ähnlich dem Befestiger von Fig. 1B, und für ein pneumatisch
angetriebenes Antriebswerkzeug, welches nicht dargestellt ist;
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Fig. 3 eine Vorderansicht eines Befestigers ist, welcher eine Ausführungsform der
US-A-5 779 417 darstellt, zusammen mit einer genau anliegenden Platte, welche
bruchstückhaft im Querschnitt dargestellt ist, und mit einem Substrat, welches
bruchstückhaft im Querschnitt dargestellt ist.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, stellt ein Befestiger 10 des oben genannten Typs eine
erste Ausführungsform dieser Erfindung dar. Mit der Ausnahme, wie hier
beschrieben und dargestellt, ist der Befestiger 10 ähnlich dem in der US-A-5 779
417 dargestellten Befestiger.
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Der Befestiger 10 hat einen Schaft 20, welcher eine Achse definiert und welcher in
einer einheitlichen Weise mit einem Gewinde versehen ist, und einen Kopf 40,
welcher mit dem Schaft 20 einheitlich ist. Der Schaft 20 hat einen im wesentlichen
zylindrischen Abschnitt 22, welcher ein proximales Ende 24 angrenzend an den
Kopf 40 und ein distales Ende 26 hat, und eine verjüngte Spitze 28, welche ein
abgerundetes Ende 30 hat und welche an den Schaft 20 am distalen Ende 26
angrenzt.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, wird der Befestiger 10 verwendet, um eine genau
anliegende Platte 50, welche z. B. durch Stanzen mit einem Durchfallloch 52
versehen würde, an einem Substrat 60 zu befestigen, welches z. B. durch Bohren
mit einem Gewindeschneideloch 62 versehen wurde. Bevor der Befestiger 10
angetrieben wird, sind das Durchfallloch 52 und das Gewindeschneideloch 62
kreisförmig, wobei das Durchfallloch 52 einen vergleichsweise größeren
Durchmesser und das Gewindeschneideloch 62 einen vergleichsweise kleineren
Durchmesser hat. Wenn der Befestiger 10 drehbar angetrieben wird, ist der Schaft
20 so angepasst, dass er frei durch das Durchfallloch 52 verläuft, um in das
Gewindeschneideloch 62 mit der verjüngten Spitze 28 einzutreten und um ein
komplementäres Gewinde 64 um das Gewindeschneideloch 62 zu schneiden.
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Wie dargestellt, hat der Kopf 40 einen Antriebsabschnitt 70 mit einer hexagonalen
Gestalt, welche Werkzeugseingriffsflächen 72 definiert, wobei der
Antriebsabschnitt 70 so angepasst ist, dass er durch ein pneumatisch
angetriebenes Antriebswerkzeug (nicht dargestellt) eines herkömmlichen Typs,
welches einen Antriebskopf hat, welcher mit den Werkzeugeingriffsflächen 72
zusammenwirkt, drehbar angetrieben wird, um so den Befestiger 10 drehbar um
die durch den Schaft 20 definierte Achse anzutreiben. Der Kopf 40 hat einen
Lagerabschnitt 80, welcher am Schaft 20 angrenzt und eine ringförmige
Umfangskante 82 und eine Klemmfläche 84 aufweist, welche zur verjüngten
Spitze 28 des Schaftes 20 zeigt. Bei anderen Ausführungsformen (nicht
dargestellt), welche bei dieser Erfindung in Erwägung gezogen werden, kann der
Kopf des Befestigers eine andere Gestalt haben, wie die Rund- oder
Kuppelgestalt, welche in Fig. 1A dargestellt ist. Mit der Ausnahme, wie hier erklärt,
liegt die genaue Gestalt des Kopfes außerhalb des Umfangs dieser Erfindung.
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Der Schaft 20 ist so ausgebildet, dass er eine primäre Gewindeausbildung 100
hat, welche kontinuierlich ist, welche selbstschneidend ist und welche axial
beabstandete Gewindegänge 112 definiert, welche eine im wesentlichen
einheitliche radiale Dimension längs des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts
22 des Schaftes 20 aufweisen und ähnlich beabstandete Gewindegänge 114
längs der verjüngten Spitze 28. Die primäre Gewindeausbildung 100 entsteht in
einem Bereich 116 in der Nähe des spitzigen Endes 30 der verjüngten Spitze 28
und verjüngt sich nach außen zum distalen Ende 26 des im wesentlichen
zylindrischen Abschnitts 22 des Schaftes 20 hin. Die radiale Dimension der
primären Gewindeausbildung 100 vergrößert sich vom Abschnitt 116 längs der
verjüngten Spitze 28 zum distalen Ende 26 des im wesentlichen zylindrischen
Abschnitts 22 hin, bis ihre radiale Dimension die im wesentlichen gleichförmige
Dimension längs des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22 erreicht.
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Der Schaft 20 ist so ausgebildet, dass er eine sekundäre Gewindeausbildung 120
hat, welche kontinuierlich ist, welche selbstschneidend ist, und welche axial
beabstandete Gewindegänge 122 zwischen einigen der Gewindegänge 112
definiert, welche durch die primäre Gewindeausbildung 100 definiert sind, längs
des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22 des Schaftes 20. Die sekundäre
Gewindeausbildung 120 entsteht in einem Bereich 124 in der Nähe des distalen
Endes 26 des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22. Die sekundäre
Gewindeausbildung 120 hat eine radiale Dimension, welche sich nach außen
verjüngt, um sich so kontinuierlich über ungefähr drei Gewindesteigungen zu
vergrößern, wie dargestellt, vom Bereich 124 zu einem Bereich 126 am im
wesentlichen zylindrischen Abschnitt 22, wobei in diesem Bereich 126 die radiale
Dimension der sekundären Gewindeausbildung 120 eine maximale radiale
Dimension der sekundären Gewindeausbildung 120 erreicht. Indem die maximale
radiale Dimension der sekundären Gewindeausbildung 120 zwischen dem Bereich
126 und dem proximalen Ende 24 des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts
22 des Schaftes 20 einheitlich ist, ist sie ungefähr gleich wie die im wesentlichen
einheitliche radiale Dimension der primären Gewindeausbildung 100 längs des im
wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22 des Schaftes 20.
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Die sekundäre Gewindeausbildung 120, welche ausgelegt ist für einen Bereich
von Plattendicken und Substratdicken, hat eine axiale Länge, welche bestimmt ist
durch die kombinierten Dicken der anliegenden Platte 50 und des Substrates 60.
Bei dickeren Platten und dickeren Substraten ist ein größerer Abschnitt der axialen
Länge der sekundären Gewindeausbildung 120 in Eingriff. Bei dünneren Platten
und dünneren Substraten ist ein geringerer Abschnitt der axialen Länge der
sekundären Gewindeausbildung 120 in Eingriff. Bei dünneren Platten und
dünneren Substraten ist die sekundäre Gewindeausbildung 120 jedoch mit dem
Substrat 60 in Eingriff, wo die sekundäre Gewindeausbildung 120 sich nach außen
verjüngt hat, um so tief in das Substrat 60 zu schneiden, wobei ein minimales
Überdrehungsdrehmoment dazu neigt, viel größer zu sein im Vergleich dazu, wie
das Überdrehungsdrehmoment gewesen wäre, wenn die sekundäre
Gewindeausbildung 120 weggelassen worden wäre. Die sekundäre
Gewindeausbildung 120 hat vorzugsweise eine axiale Länge, welche den
Befestiger 10 in die Lage versetzt, wirkungsvoll angewendet zu werden, wo die
anliegende Platte 50 eine Dicke hat im Bereich von ungefähr 0,010 Inch (0,25
mm) bis ungefähr 0,200 inch (5 mm), im allgemeinen von ungefähr 0,010 Inch
(0,25 mm) bis ungefähr 0,035 Inch (0,9 mm), und wo das Substrat 60 eine größere
Dicke haben kann.
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Wie grafisch in Fig. 2A für einen typischen Befestiger, ähnlich dem in Fig. 1A
gezeigten Befestiger, dargestellt, wurde ein breiter Bereich festgestellt, welcher
zwischen dem statistisch maximalen Gewindeschneide-Drehmoment und dem
statistisch minimalen Überdrehungsdrehmoment bei den jeweiligen Befestigern
existiert, als sie getestet wurden, indem sie durch ähnliche, pneumatisch
betriebene Werkzeuge angetrieben wurden, bei ähnlichen Drehgeschwindigkeiten,
durch ähnliche Werkstücke (anliegende Platten und Substrate), welche mit
ähnlichen Durchfall- und Gewindeschneidelöchern hergestellt wurden. Es ist
offensichtlich, dass das Überdrehungsdrehmoment maximiert wird, während das
Gewindeschneide-Drehmoment minimiert wird.
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Wie in Fig. 1B dargestellt ist, ist bei einer abgewandelten Version die sekundäre
Gewindeausbildung 120 um eine axiale Länge von ungefähr einer
Gewindesteigung unterbrochen, um so einen Abschnitt 130 näher am Kopf 40 und
einen Abschnitt 140 näher an der verjüngten Spitze 28 des Schaftes 20 zu haben.
Ein unterbrochener Abschnitt 150 beginnt ungefähr eine Gewindesteigung dichter
am Kopf 40 als axial vom Bereich 124 gemessen, wo die sekundäre
Gewindeausbildung 120 entsteht, und erstreckt sich axial um ungefähr eine
Gewindesteigung zum Kopf 40 hin.
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Wie in Fig. 2B dargestellt, zeigt ein typischer Befestiger gemäß der
abgewandelten Version, welche in Fig. 1B dargestellt ist, zwei Spitzen des
Gewindeschneide-Drehmoments, wobei jede niedriger ist als die Spitze des
Gewindeschneide-Drehmoments, welches von einem typischen Befestiger gemäß
einer nichtabgewandelten Version erzeugt wird, bei welcher die sekundäre
Gewindeausbildung 120 kontinuierlich ist, wie in Fig. 1A dargestellt.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, bei welcher Bezugszahlen mit Strichen sich auf Elemente
beziehen, welche ähnlich sind wie Elemente, welche in Fig. 1 durch die gleichen
Zahlen bezeichnet wurden ohne Striche, stellt ein Befestiger 10' des oben
genannten Typs eine Ausführungsform der US-A-5 779 417 dar. Außer wie
dargestellt und beschrieben, ist der Befestiger 10' ähnlich wie der Befestiger 10
und kann in gleicher Weise benutzt werden, um eine anliegende Platte 50' an
einem Substrat 60' zu befestigen.
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Der Befestiger 10' hat einen Schaft 20', welcher ähnlich ist wie der Schaft 20 des
Befestigers 10, und einen Kopf 40', welcher ähnlich ist wie der Kopf 40 des
Befestigers 10. Der Schaft 20' definiert eine Achse und hat einen im wesentlichen
zylindrischen Abschnitt 22', welcher ein proximales Ende 24' angrenzend an den
Kopf 40' und ein distales Ende 26' aufweist, und eine verjüngte Spitze 28'. Der
Schaft 20' hat eine primäre Gewindeausbildung 100', welche axial beabstandete
Gewindegänge 122' längs des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22'
definiert und welche eine im wesentlichen einheitliche radiale Dimension längs des
im wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22' hat, und ähnlich ist wie die primäre
Gewindeausbildung 100 des Schaftes 20 des Befestigers 10. Der Schaft 20' hat
eine sekundäre Gewindeausbildung 220, welche axial beabstandete
Gewindegänge 222 zwischen einigen der Gewindegänge 122' definiert, die durch
die primäre Gewindeausbildung 100' definiert werden, und welche sich von der
sekundären Gewindeausbildung 120 des Schaftes 20 des Befestigers 10
unterscheidet.
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Die sekundäre Gewindeausbildung 220 beginnt an einem Bereich 224 nahe dem
distalen Ende 26' des im wesentlichen zylindrischen Abschnitts 22' des Schaftes
20'. Die sekundäre Gewindeausbildung 220 hat eine radiale Dimension, welche
sich nach außen verjüngt, um sich, wie dargestellt, kontinuierlich zu vergrößern,
vom Bereich 224 zu einem Bereich 226 am im wesentlichen zylindrischen
Abschnitt 22, am proximalen Ende 24, in welchem Bereich 226 die radiale
Dimension der sekundären Gewindeausbildung 120 eine maximale radiale
Dimension erreicht, welche geringer ist als die im wesentlichen einheitliche radiale
Dimension der primären Gewindeausbildung 100' längs des im wesentlichen
zylindrischen Abschnitts 22' des Schaftes 20'.
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Bei einem typischen Befestiger, ähnlich dem Befestiger 10', wird vorhergesagt,
dass ein weiter Bereich zwischen dem Gewindeschneide-Drehmoment und dem
Überdrehungsdrehmoment für die jeweiligen Befestiger existiert, wenn sie getestet
werden, indem sie durch ähnliche pneumatisch betriebene Werkzeuge bei
ähnlichen Drehgeschwindigkeiten, durch ähnliche Werkstücke (anliegende Platten
und Substrate), welche mit ähnlichen Durchfall- und Gewindeschneidelöchern
hergestellt werden, angetrieben werden