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Die
Erfindung betrifft ein Blindbefestigungselement.
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WO-A-00/36309
offenbart ein Blindbefestigungselement, das einen Stift hat, der
sich innerhalb einer Hülse
erstreckt und der die Hülse
an einem Ende in Eingriff nimmt. Das andere Ende der Hülse hat
einen in Radialrichtung erweiterten Kopf, der dafür vorgesehen
ist, an der nahen Fläche
eines Werkstücks
zu sein, wenn das Befestigungselement in eine Öffnung in einem Werkstück eingesetzt
wird. Der Kopf schließt
ein zerbrechliches Element ein, das bei einer vorher festgelegten
Zugbelastung zerbricht, sobald durch einen sich ausdehnenden Abschnitt
der Hülse
auf der Blindseite des Werkstücks
eine allgemein vorher festgelegte Wulst geformt worden ist. Sobald
das zerbrechliche Element zerbrochen ist, bewegt sich ein Widerlagerelement
längs des
Stifts und klemmt die Werkstücke
zusammen. Das Befestigungselement stellt eine einzige Klemmkraft
bereit und hat einen nicht verformbaren Kopf.
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Die
Erfindung stellt in einem ihrer Aspekte ein Blindbefestigungselement
bereit, wie es hiernach in Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.
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Es
werden nun zwei spezifische Ausführungsformen
der Erfindung, einschließlich
einer Modifikation einer von ihnen, beschrieben, als Beispiel und
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1A und 1B ein
erstes Beispiel zeigen, bei dem das Sicherungselement ein Bund ist,
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2 bis 9 aufeinanderfolgende
Stadien beim Einbau des Befestigungselements von 1A und 1B zeigen,
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10 und 11 eine
Modifikation des Befestigungselements von 1A und 1B zeigen und
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12 bis 18 aufeinanderfolgende
Stadien beim Einbau eines zweiten Beispiels zeigen, bei dem das
Sicherungselement eine Mutter ist.
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Das
erste Beispielbefestigungselement umfasst einen Stift, einen Körper und
einen Bund. Der Stift 11 wird in 1A im Aufriss
gezeigt und ist in den röhrenförmigen Körper 12 voreingebaut,
der im Axialschnitt gezeigt wird. Der Stift hat einen in Radialrichtung
erweiterten Kopf 13, der an die hintere Stirnfläche 14 anstößt und den
gleichen Außendurchmesser
wie dieselbe hat, wobei das andere Ende des Körpers mit einem in Radialrichtung
erweiterten Kopf 15 geformt ist. Der Kopf 15 hat
eine einwärts
gekrümmte
oder flache konische Form und hat einen flachen konischen Raum 16 unter
dem Kopf. Der hintere Abschnitt des Stifts 11 springt vom
Kopfende des Körpers
vor und ist mit Sicherungsnuten 17, einer Bruchnut 18 und
Werkzeugbacken-Eingriffsnuten 19 versehen.
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Fachleuten
auf dem Gebiet von Blindbefestigungselementen wird offensichtlich
sein, dass das Befestigungselement, wie bisher beschrieben, einer gut
bekannten Form eines Blindniets ähnelt,
und es funktioniert auf eine ganz ähnliche Weise. Während eines
ersten Teils des Einbauvorgangs knickt der hinterste Bereich des
Körperschafts 21 in
Radialrichtung nach außen
ein, um einen Blindkopf zu bilden, wie später beschrieben wird. Zu diesem
Zweck ist der Körperschaft 21 an
einer geeigneten Position längs seiner
Länge mit
einem bandgeglühten
geschwächten
Bereich versehen. In Verbindung mit dem Blindkopf stellt der Körperkopf 15 das
erste Befestigungsmittel bereit.
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Bei
diesem Beispiel wird ein zweites Befestigungsmittel durch einen,
in 1B gezeigten, Bund 22 bereitgestellt.
Der Bund 22 hat eine flache Stirnfläche 23, in der eine
in Radialrichtung erweiterte Senkung 24, die in einer Kante 25 mit
quadratischem Querschnitt auf die Stirnfläche 23 trifft, bereitgestellt wird.
Das äußere Ende
des Bunds hat eine Abschrägung 30.
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2 bis 9 zeigen
den Einbau dieses Befestigungselements, um zwei tafelartige Elemente 26 und 27 eines
Werkstücks
aneinander zu befestigen. Das hintere Element 26 hat ein
Loch 28, in dem sich der Schaft 21 des Befestigungselementkörpers in
Feinpassung befindet, während
das vordere Element 27 ein Loch eines geringfügig größeren Durchmessers
hat. Die zwei Elemente 26 und 27 werden in gegenseitiger
Berührung
angeordnet, wobei das Loch 29 über dem Loch 28 liegt.
Der Körperschaft 21 wird
durch die Löcher 29 und 28 eingesetzt,
bis der Außenrand 31 des
Körperkopfs 15 die
nahe Fläche des
vorderen Elements 27 berührt. Der Großteil der Länge des
Schafts 21 des Körpers
springt vom hinteren Element 26 vor. Dies ist die in 2 gezeigte
Position.
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Danach
wird, wie in 3 gezeigt, ein Zugwerkzeug, ähnlich dem
bekannten Blindnietwerkzeug, über
dem hinteren Ende des Befestigungselementstifts angebracht.
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Das
Werkzeug hat eine Vorderspitze 32, die eine flache konische
Ambossfläche 33 hat.
Diese konische Ambossfläche
hat einen geringfügig
größeren Öffnungswinkel als die Fläche des Kopfs 15 des
Befestigungselementkörpers.
Bei diesem Beispiel beträgt
der Öffnungswinkel
der Ambossfläche
162°, während der Öffnungswinkel
des Körperkopfs
158° beträgt.
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Der
Werkzeugbediener drückt
das Werkzeug zu den Elementen hin, so dass die Ambossfläche 33 in
Berührung
mit dem Körperkopf 15 ist,
und drückt es
gegen das vordere Element 27. Danach betätigt der
Bediener das Werkzeug, so dass Backen (nicht gezeigt) die Greifnuten 19 am
Stiftende in Eingriff nehmen und einen Zug auf den Stift ausüben, wobei die
Reaktion durch die Ambossfläche 33 gegen
den Körperkopf 15 aufgenommen
wird.
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Dies übt einen
zunehmenden Druck in Axialrichtung auf den Schaft 21 des
Befestigungselementkörpers
aus, mit dem Ergebnis, dass sich der vorspringende hintere Abschnitt
des Schafts, wie in 4 gezeigt, nach außen baucht,
um einen Blindkopf 34 zu bilden. Diese Verformung wird
durch den zuvor erwähnten
geschwächten
Bereich im Körperschaft
gefördert.
Die Elemente 26 und 27 werden zwischen dem vorgeformten
Körperkopf 15 und
dem Blindkopf 34 zusammengeschoben, was folglich jeden
Spalt schließt,
der anfangs zwischen den Elementen vorhanden sein kann. Die Reaktion
zwischen der Vorderspitze und dem Körperkopf 15 bewirkt, dass
sich der letztere geringfügig
verformt, um sich der geringfügig
flacheren Form der Ambossfläche anzupassen.
(Selbst wenn der Körperkopf 15 anfangs
flach, anstatt konisch, gewesen wäre, hätte die auf den Kopf ausgeübte Kraft
bewirkt, dass sich der Kopf verformt, um sich der Ambossform anzupassen.)
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Bei
dem gezeigten Beispielbefestigungselement, das einen Körperschaftdurchmesser
von 10 Millimeter hat, ist der Körperkopf 15 so
gestaltet, dass er sich bei einer Kraft von 2 kN verformt. Der Blindwulstkopf
wird bei einer ausgeübten
Kraft von ungefähr
15 kN ausreichend geformt, um das hintere Element in Eingriff zu
nehmen, und wird bei ungefähr 20
kN vollständig
geformt. Das Einbauwerkzeug für diesen
ersten Teil des Einbauvorgangs wird so eingestellt, dass es auf
das Befestigungselement eine Höchstkraft
ausübt,
die größer als
die 20 kN zum vollständigen
Formen des Blindkopfs 34 und kleiner als die zum Zerbrechen
der Stiftbruchnut 18 erforderliche Kraft ist, die bei diesem
Beispiel ungefähr
50 kN beträgt.
Weil der Körperkopf 15 während dieses
Teils des Vorgangs durch die Ambossfläche 33 gestützt wird,
gibt es keine bedeutsame Verformung desselben, nachdem die ersten
2 kN an Kraft ausgeübt
worden sind.
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Danach
deaktiviert der Werkzeugbediener das Werkzeug, so dass die Greifbacken
das Stiftende freigeben, und entfernt das Werkzeug vom Befestigungselement.
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Die
zum Zusammenklemmen der Werkstückelemente 26 und 27 erzeugte
Klemmkraft kann größer sein
als die 2 kN, die zum Verformen des Körperkopfs 15 erforderlich
sind und welche die von diesem verformten Kopf getragene Kraft sind.
Wenn sich das Einbauwerkzeug jedoch vom Befestigungselement löst, entspannt
sich der verformte Körperkopf 15 unter
der Klemmkraft, wodurch die Klemmkraft auf 2 kN verringert wird.
Dies ist die in 5 illustrierte Position. Die
Restklemmkraft von 2 kN ist niedrig genug, um, falls notwendig,
unter Verwendung des Spiels des Lochs 29 im vorderen Element 27 um
den Körperschaft 21 ein
seitliches Einstellen der zwei Elemente 26, 27 im
Verhältnis
zueinander zu ermöglichen.
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Nachdem
eine solche Einstellung vorgenommen worden ist, wird der zweite
Teil des Einbauvorgangs begonnen. Wie in 6 illustriert,
wird ein Bund 22 über
dem vorspringenden Stift 11 angebracht und zu den Elementen 26 und 27 hin
gedrückt, bis
die Bundsenkungskante 25 den Kopf 15 des Befestigungselementkörpers berührt. Wie
aus 6 offensichtlich wird, ist der Durchmesser der
Bundsenkung 24 geringfügig
größer als
der Außendurchmesser
des Körperschafts 21.
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Es
wird nun ein zweites Einbauwerkzeug auf das vorspringende Stiftende 11 und
den Bund 22 angewendet. Dieses Werkzeug ähnelt der
gut bekannten Art von Werkzeugen, die zum Einbauen von Presspassnieten
verwendet werden. Die Werkzeugvorderspitze 35 hat eine
innen abgewinkelte und gekrümmte
Fläche 36,
die eine geeignete Größe hat, um
mit der Abschrägung 30 des
Bunds zusammenzuwirken. Der Bediener betätigt das Werkzeug, so dass
es mit den Greifnuten am Stiftende (in 7 nicht
gezeigt) ineinandergreift und dieselben ergreift und einen zunehmenden
Zug auf das Stiftende 11 ausübt, wobei die Reaktion durch
eine Reaktion der Ambossfläche 36 auf
den Bund 22 und dadurch der Bandkante 25 auf den
Körperkopf 15 aufgenommen wird.
Dieses Werkzeug wird so voreingestellt, dass es einen wesentlich
größeren Zug
ausübt
als das erste Werkzeug. Wenn der durch es ausgeübte Zug zunimmt, schert der
Kopf 15 des Körpers
ringförmig
ab, weil der Durchmesser der Bundsenkungskante 25 geringfügig größer ist
als der Außendurchmesser
des Körperschafts 21.
Der abgescherte Kopf 15 wird gegen die Vorderfläche der
vorderen Tafel getrieben, wo er als Unterlegscheibe zwischen der
Bundfläche 23 und
dem vorderen Element 27 wirkt. Die Senkung 24 des
Bunds ist ausreichend tief, um zu ermöglichen, dass das obere Ende
des Körperschafts 21 darin
eintritt, ohne auf das Ende der Senkung zu treffen, selbst wenn
ein weiteres Zusammendrücken
des Blindkopfs und der Elemente 27 und 26 auftritt.
Die axiale Klemmkraft zwischen dem Bund 22 und dem Blindkopf 34 wird
vollständig
auf die Elemente 26 und 27 ausgeübt, wobei
keines davon durch den Befestigungselementkörper gestützt wird.
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Wenn
die durch das Werkzeug ausgeübte Kraft
weiter zunimmt, drückt
der Werkzeugamboss den Bund in Radialrichtung nach innen zusammen und
geht nach unten über
denselben hinweg und presst den Bund in die Sicherungsnuten 17 am
Stift und befestigt den Bund am Stift. Dies ist die in 8 gezeigte
Position.
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Wenn
die Kraft noch weiter zunimmt, bewirkt der Zug am Stiftende, dass
der Stift an der Bruchnut 18 abbricht. Dies ist die in 9 gezeigte
Position, nachdem das Werkzeug und das abgebrochene Stiftende von
dem vollständig
eingebauten Befestigungselement entfernt worden sind.
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Eine
Modifikation des eben beschriebenen Befestigungselements wird in 10 und 11 illustriert.
Darin hat die Bundsenkung eine gerundete Kante 37. Dies
hat das Ergebnis, den Körperkopf 15 nicht
vom Schaft 21 abzuscheren, sondern ihn, noch verbunden
mit dem Schaft 21, in eine Berührung mit der Vorderfläche des
Elements 27 zu verformen. Dies stellt eine geringfügig größere Berührungsfläche mit der
Fläche
bereit, aber die Restklemmbelastung wird (verglichen mit der Abscherkopfversion)
verringert.
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Ein
zweites Beispielbefestigungselement wird in 12 bis 18,
die jeweils 2 bis 9 des ersten
Beispiels entsprechen, illustriert. Das Befestigungselement dieses
zweiten Beispiels ist allgemein ähnlich
dem des ersten Beispiels, und nur die Unterschiede werden beschrieben.
Bei dem zweiten Beispiel wird der Bund durch eine Innengewindemutter 38 ersetzt.
Die Mutter 38 hat eine Senkung 24, mit einer quadratischen
Vorderkante 25, wie der Bund beim ersten Beispiel. Das
hintere Ende des Stifts 39 ist kürzer und ist mit einem Gewindeabschnitt 41 zum Zusammenpassen
mit der Mutter 38 versehen. Die Stirnfläche des Stifts ist mit einer
Sechskantschlüssel-Aussparung 42 versehen.
Es gibt keine Greifnuten, Sicherungsnuten oder Bruchnut. Zwei Drehwerkzeuge
werden bei dem Einbauvorgang verwendet, die beide einen nicht drehbaren
Sechskantstift haben, der die Stiftaussparung 42 in Eingriff
nimmt, um zu verhindern, dass sich der Stift dreht.
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12 zeigt
das Befestigungselement, eingesetzt durch die Elemente 26 und 27,
so dass der Körperkopf 15 die
vordere Tafel 27 berührt.
Dann wird ein erstes Drehwerkzeug auf das Befestigungselement angewendet.
Der Werkzeug-Sechskantstift 43 wird nach vorn gefedert,
so dass er in die Aussparung 42 des Befestigungselementstifts
eingreift, sich aber im Verhältnis
zur Werkzeugvorderspitze 44 einziehen kann, die bei 46 mit
Innengewinde versehen wird, um den Stift in Eingriff zu nehmen,
und die eine konische Ambossfläche 45 ähnlich der
Ambossfläche 33 des
ersten Werkzeugs beim ersten Beispiel hat. Das Werkzeug wird betätigt, um
ein Drehen des Ambosses 44 im Verhältnis zum Schlüsselstift 43 zu bewirken
und folglich den Amboss nach unten am Befestigungselement zu befestigen,
bis die Ambossfläche 45 den
Befestigungselementkörperkopf 15 berührt. Dies
ist die in 13 gezeigte Position.
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Fortgesetztes
Betätigen
dieses Werkzeugs zieht den Befestigungselementstift 39 in
die Vorderspitze, was, wie in 14 gezeigt,
das Formen eines Blindkopfs 34, der das hintere Element 26 berührt, und
die geringfügige
Verformung des Körperkopfs zur
Anpassung an die Form der Werkzeugambossfläche 45 bewirkt. Diese
erste Werkzeug wird so voreingestellt, dass es sich bei dem Drehmoment,
das dieser Position entspricht, umkehrt, und wird danach vom Befestigungselement
entfernt, wobei es, wie in 15 gezeigt,
das Befestigungselement hinterlässt,
das die Elemente 26 und 27 mit einem vorher festgelegten
niedrigen Klemmwert befestigt. Danach können sie, falls notwendig,
seitlich eingestellt werden.
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Danach
wird eine Mutter 38 über
den Gewindeabschnitt 41 des Stifts geschraubt. Dies kann
von Hand oder durch ein gesondertes Anbringungswerkzeug getan werden,
wird aber am zweckmäßigsten durch
vorheriges Einsetzen der Mutter in die passende Schlüsselbuchse 47 in
der Vorderspitze 48 des zweiten Einbauwerkzeugs getan.
Das Werkzeug wird betätigt,
um die Vorderspitze 48 im Verhältnis zum feststehenden Schlüssel 49 des
Werkzeugs, der in Axialrichtung feststehend und nicht einziehbar
ist, zu drehen. Die Mutter 38 hat eine Senkung 24 mit
einer Schaftkante 25, wie der Bund 22 beim ersten
Beispiel. Wenn die Mutter 38 den Stift hinab vorankommt,
berührt
sie, wie in 16 gezeigt, zuerst den Kopf 15 des
Befestigungselementkörpers.
Ein weiteres Betätigen
des Werkzeugs bewirkt, dass der Kopf 15, wie beim ersten
Beispiel und wie in 17 gezeigt, von seinem Körper abschert.
Danach wirkt er als eine Unterlegscheibe zwischen der sich drehenden
Mutter 38 und dem vorderen Element 27, um eine
Beschädigung
des letzteren zu verhindern. Das zweite Werkzeug übt weiter
ein zunehmendes Antriebsmoment auf die Befestigungselementmutter aus,
bis das voreingestellte Niveau, das dem gewünschten hohen Klemmniveau entspricht,
erreicht ist. Danach kehrt sich das Werkzeug um, um sich, wie in 18 gezeigt,
von dem vollständig
eingebauten Befestigungselement zurückzuziehen.
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Das
Befestigungselement dieser zweiten Ausführungsform hat den Vorzug,
dass es ein unzureichendes Vorspringen des Befestigungselementstifts 39 gibt,
damit der feststehende Schlüsselstift 49 des
zweiten Werkzeugs die Stiftschlüsselaussparung 42 in
Eingriff nimmt, wenn nicht während
des ersten Teils des Einbauvorgangs ein Ausbauchen des Körperschafts
zum Formen eines Blindkopfs erreicht worden ist. Falls dies auftritt,
würde das
gesamte Befestigungselement durch das zweite Werkzeug gedreht, was
es offensichtlich macht, dass der erste Teil des Einbauvorgangs
nicht richtig abgeschlossen worden ist.
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Es
wird offensichtlich sein, dass die in den vorstehenden Beispielen
beschriebenen Befestigungselemente dem Bedarf der verarbeitenden
Industrie an einer anfänglichen
Befestigung von zwei oder mehr Elementen aneinander mit geringer
Klemmung, um ein relatives seitliches Einstellen zu ermöglichen,
gefolgt von einem abschließenden
Sichern der Elemente aneinander mit hoher Klemmung, entspricht.
Dieses zweistufige Befestigen ist als „Einrichtungs"-Merkmal bekannt.
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Falls
dieses Merkmal nicht erforderlich ist, ist es nicht notwendig, die
Klemmkraft beim ersten Teil des Einbauvorgangs zu begrenzen. Demzufolge könnten die
Beispielbefestigungselemente dann durch Bereitstellen eines dickeren
und stärkeren
Körperkopfs
modifiziert werden, nur begrenzt durch die Notwendigkeit, zu sichern,
dass der Kopf im Fall des ersten Beispiels vor dem Einpressen des
Bunds oder im Fall des zweiten Beispiels vor dem Erreichen des erforderlichen
Höchstdrehmoments
abgeschert wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Beispiele
beschränkt.