DE60127128T2

DE60127128T2 - Eindrück-Befestiger mit niedriger Eindrücklast

Info

Publication number: DE60127128T2
Application number: DE60127128T
Authority: DE
Inventors: Shahriar M. San Clemente SADRI; Thomas E. Westminster HARBIN
Original assignee: Huck International Inc
Current assignee: Huck International Inc
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: CA2412770A1; EP1299650A1; EP1299650A4; ES2281429T3; EP1299650B1; DE60127128D1; AU2001273180A1; WO2002004821A1; ATE356299T1; BR0106989A; US6325582B1

Description

Zusammenfassung des Hintergrunds der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf zweiteilige Eindrück-Befestiger mit einem Bolzen und einer Hülse, wobei die Hülse so angepasst ist, dass sie in die Feststellnutabschnitte im Bolzen eingedrückt werden kann. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Befestigungssystem nach der Präambel von Anspruch 1, wie aus Dokument US-A-4 472 096 bekannt. Eindrück-Befestiger können ziehbar oder nicht ziehbar mit Stumpf sein. Ziehbare Eindrück-Befestiger beinhalten einen Bolzen mit einem Bolzenendabschnitt, der Ziehnuten aufweist, die zum Greifen mit einem Montagewerkzeug angepasst sind, und der nach dem Eindrücken an einer Sollbruchnut abgebrochen wird. Die vorliegende Erfindung gilt für einen Befestiger mit einer einzigartigen Bauweise, bei dem die zum Eindrücken der Hülse erforderlichen Lasten verringert sind. Dies erlaubt auch eine Verringerung der zum Brechen des Bolzenendabschnitts erforderlichen Last. Gleichzeitig liefert die vorliegende Erfindung einen Befestiger mit optimierter Bauart, der eine vorausgewählte Stärke bei minimiertem Gewicht im eingebauten Zustand aufweist, ähnlich wie bestehende ziehbare Eindrück-Befestiger mit optimierter Bauart, die aber größere Eindrück- und Bolzenendbrechlasten erfordern. Die Bauweise mit niedriger Eindrücklast erweist sich außerdem als vorteilhaft für nicht ziehbare Eindrück-Befestiger bzw. Eindrück-Befestiger mit Stumpf.
In der Vergangenheit hatten solche optimierten Eindrück-Befestiger eine einzigartige Bauart, wobei die Stärke und die Minimierung des Gewichtes von besonderer Bedeutung waren. Diese Befestiger waren besonders auf den Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie ausgerichtet, wo Gewicht einen wesentlichen Faktor darstellt. Ein solcher Eindrück-Befestiger mit optimierter Bauart wird in der amerikanischen Patentschrift Nr. 4,472,096 gezeigt und beschrieben, die am 18. September 1984 für J. Ruhl und R. Dixon ausgestellt wurde. Wie später ersichtlich wird, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Konzept der Patenschrift '096 und, wie die in der Patentschrift '096 beschriebenen Befestiger, auch auf die Konzepte für zweiteilige Eindrück-Befestiger, wie zum Beispiel die, welche in der amerikanischen Patenschrift Nr. 3,915,053 veranschaulicht sind, die J. Ruhl am 28. Oktober 1975 ausgestellt wurde.
Eindrück-Befestiger werden für viele verschiedene Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Verbindung von Werkstücken aus verschiedenen Materialarten mit einer vorgegebenen Klemmkraft. Bei Anwendungen, wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie, können die Werkstücke aus einem leichtgewichtigen Material wie Aluminium bzw. einem leichtgewichtigen Plastik- oder Verbundmaterial bestehen. Das Verbundmaterial kann, zum Beispiel, aus Graphit-Epoxy-Materialien oder anderen ähnlichen Plastikmaterialien bestehen.
Solche Plastik- oder Verbundmaterialien haben im Allgemeinen eine niedrigere Schlagfestigkeit als Metallwerkstücke und somit kann es bei Werkstücken aus diesen Materialien beim Klemmen mit einem Befestiger stellenweise zum Ablösen oder Zerbrechen aufgrund von übermäßiger Belastung und Druck entlang der Z-Achse oder lotrecht zu den Endflächen der Werkstücke, die durch den Befestiger belastet werden, kommen. Dies trifft im Besonderen zu, wenn zwischen den aneinander befestigten Werkstücken ein kleiner Abstand oder eine Lücke besteht. Bezüglich dieser Art von Anwendung ist es in der Luft- und Raumfahrtindustrie üblich, ein inneres Werkstück aus einem Verbundmaterial an einem äußeren Werkstück aus einem Metallmaterial, wie zum Beispiel Aluminium, zu befestigen. In diesen Anwendungen kommen normalerweise dünne Harzbeschichtungen oder Beilagscheiben zwischen den aufeinandertreffenden Flächen auf Seiten des inneren Werkstücks aus Verbundmaterial zum Einsatz, um Unregelmäßigkeiten in der Fläche auszugleichen, wobei trotzdem noch Lücken verbleiben können. Nach dem Befestigen der Werkstücke mit Befestigern kann sich das Werkstück aus Verbundmaterial im Bereich der Lücke in der Nähe der Befestiger wölben, wodurch es zum stellenweisen Ablösen oder Zerbrechen kommen kann. Um dies zu unterbinden, werden die Klemmkräfte für solche Werkstücke aus Plastik- oder Verbundmaterial häufig durch Hülsen mit vergrößertem Flansch auf eine relativ große Fläche verteilt, um die Fläche des Werkstücks miteinzubeziehen. Aber selbst in diesem Fall muss bei ziehbaren Befestigern sehr vorsichtig vorgegangen werden, um eine Beschädigung des Plastik- oder Verbundmaterials beim Brechen des Bolzens am Bolzenendabschnitt zu vermeiden. Diesbezüglich wurde festgestellt, dass der Bolzen zwar bei einer bestimmbaren zulässigen Last bricht, dass aber aufgrund der Schocklast, die durch den Bolzenbruch auftritt, eine wesentlich höhere Last auf das Werkstück einwirken kann. Diese Schocklast, die häufig als „Geistlast" bezeichnet wird, wird durch die Freisetzung der im Befestiger und in der Verbindungsstelle gespeicherten Energie beim Bolzenbruch bewirkt, wobei diese gespeicherte Energie durch die relativen Axialkräfte entsteht, die zum Eindrücken und für den Bolzenbruch aufgewendet werden müssen. Durch diese höhere Schock- oder Geistlast kann es stellenweise zum Ablösen oder Zerbrechen am Werkstück aus Verbundmaterial kommen, obwohl die Größe der Eindrücklast oder der Last, die zum Brechen des Bolzens notwendig ist, dafür nicht ausreichen würde. Wie bereits er wähnt, tritt dies meist dann auf, wenn im Bereich des Befestigers eine Lücke, sei sie noch so klein, zwischen dem inneren Werkstück aus Verbundmaterial und dem äußeren Werkstück aus Metall besteht. Somit bewirkt die Last zum Brechen des Bolzens eine noch größere „Geistlast". Die Größe der Last zum Brechen des Bolzens wird jedoch zum großen Teil von der Größe der relativen Axialkraft beeinflusst, die notwendig ist, um die Hülse vollständig einzudrücken. Mit anderen Worten muss die Hülse mit einer ersten relativen Axialkraft vollständig eingedrückt werden, bevor die relative Axialkraft um einen vorbestimmten Betrag auf einen höheren Wert erhöht wird, um den Bolzenendabschnitt abzubrechen. In dieser Hinsicht liegt die zum Abbrechen des Bolzenendabschnitts benötigte Last normalerweise etwa 10 % über der Eindrücklast.
Bei den optimierten leichtgewichtigen Befestigern der Patentschrift '096 wird das Gewicht zum Teil durch die Verwendung einer leichtgewichtigen Hülse verringert. Um jedoch die benötigte hohe Stärke zu gewährleisten, muss die leichtgewichtige Hülse mit einem relativ hohen vorbestimmten Grad an Überladung in die Feststellnutabschnitte des Bolzens eingedrückt werden. Zu Überladung oder Überfüllung kommt es, wenn eine Hülse verwendet wird, deren eindrückbarer Abschnitt ein Volumen hat, welches das verfügbare Volumen zwischen der Eindrückaussparung des Montagewerkzeugs und den Feststellnutabschnitten um eine vorausgewählte Größe übersteigt. Bei herkömmlichen, nicht optimierten Befestigern kommt es durch ihre Bauart zu einem relativ geringen Grad an Überladung. Bei den bestehenden optimierten Befestigern wurde zwar der eindrückbare Abschnitt der Hülse verringert, aber der Grad an Überladung wurde durch die Modifikation anderer Komponenten des Systems erhöht. Somit werden wesentlich höhere Eindrücklasten als bei herkömmlichen, nicht optimierten Befestigern benö tigt. Bei der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass durch eine Minimierung oder geringfügige Verringerung des Volumens des eindrückbaren Abschnitts der Hülse, und somit einer Minimierung oder geringfügigen Verringerung des Überladungsgrades, sowie durch eine einzigartige äußere Kontur die Eindrücklast mit einem im Wesentlichen vernachlässigbaren Leistungsverlust im Vergleich zu bestehenden optimierten und nach der Patenschrift '096 gefertigten Befestigern wesentlich verringert werden kann. Gleichzeitig erlaubt die geringere Eindrücklast eine wesentliche Verringerung in der Größe der Last, die zum Brechen des Bolzenendabschnitts benötig wird. Daraus ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Schocklast oder „Geistlast", die beim Brechen des Bolzenendabschnitts entsteht. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit ein leichtegewichtigeres ziehendes Montagewerkzeug einzusetzen, da die Einbaulasten wesentlich verringert wurden. Selbst wenn ein Werkzeug derselben Größe wie bisher verwendet wird, tragen die geringeren Einbaulasten zu einer längeren Lebensdauer der Werkzeugbestandteile bei. Dieser letztgenannte Vorteil der verringerten Eindrücklast erlaubt auch die Verwendung leichtgewichtigerer drückender Montagewerkzeuge für Eindrück-Befestiger mit Stumpf bzw. sorgt für eine verlängerte Lebenszeit der bereits vorhandenen größeren Werkzeuge. Zusätzlich ergibt sich bei ziehbaren Befestigern eine Verringerung der durch den Betreiber gefühlten Reaktionskraft.
Bei ziehbaren Befestigern verringert sich auch die Größe des Bolzenendabschnitts mit Ziehnuten, woraus sich eine Einsparung bei den Materialkosten ergibt, die vor allem bei Herstellung der Bolzen aus einem relativ teuren Material wie Titan erheblich sein kann. In dieser Hinsicht führt die geänderte Bauart der Hülse zu einer geringfügigen Verringerung des Material- sowie des Endgewichts der Hülse und somit des eingebauten Befestigers. Das Befestigungssystem nach der vorliegenden Erfindung hat bei der Befestigung von Werkstücken aus einem Verbundmaterial die genannten Vorteile und, obwohl bei Metallwerkstücken ein geringeres Beschädigungsrisiko durch die Einbau- bzw. Schocklast besteht, bietet auch bei der Befestigung von Werkstücken aus Metall bestimmte Vorteile. Zum Beispiel können leichtgewichtigere Werkzeuge verwendet werden; die Lebensdauer der Werkzeuge kann erhöht werden und bei ziehbaren Befestigern kann die vom Betreiber beim Brechen des Bolzens gespürte Reaktionslast sowie die Geräuschentwicklung beim Brechen des Bolzens verringert werden. Gleichzeitig ergeben sich auch die genannten Einsparungen bei den Materialkosten.
Deswegen besteht eines der Ziele dieser Erfindung darin, einen leichtgewichtigen Eindrück-Befestiger bereitzustellen, von einer Bauart, die den Einbau mit einer geringeren Eindrücklast ermöglicht, wobei die Verbindungsstelle trotzdem im Wesentlichen dieselbe Stärke wie bei bestehenden leichtgewichtigen Eindrück-Befestigern mit höherer Eindrücklast erhält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines leichtgewichtigen Eindrück-Befestigers mit einem abtrennbaren Bolzenendabschnitt, der mit einer geringeren Eindrücklast und einer geringeren Last zum Brechen des Bolzenendabschnitts eingebaut werden kann, wobei die Verbindungsstelle trotzdem im Wesentlichen dieselbe Stärke wie bei bestehenden leichtgewichtigen Eindrück-Befestigern mit höheren Eindrück- und Abtrennlasten erhält.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen leichtgewichtigen ziehbaren Eindrück-Befestiger zur Befestigung von Werkstücken aus Plastik- oder Verbundmaterialien bereitzustellen, der den Einbau mit einer geringeren Eindrücklast ermöglicht, wobei die Verbindungsstelle trotzdem im Wesentlichen dieselbe Stärke wie bei bestehenden leichtgewichtigen Eindrück-Befestigern mit höherer Eindrücklast erhält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen leichtgewichtigen ziehbaren Eindrück-Befestiger mit einem abtrennbaren Bolzenendabschnitt für die Befestigung von Werkstücken aus Plastik- oder Verbundmaterialien bereitzustellen, der den Einbau mit einer geringeren Eindrücklast und einer geringeren Last zum Brechen des Bolzenendabschnitts ermöglicht, woraus sich eine geringere Schock- oder Geistlast beim Brechen des Bolzens ergibt, wodurch eine Beschädigung der Werkstücke aus Verbundmaterial vermieden wird, wobei die Verbindungsstelle im Wesentlichen dieselbe Stärke wie bei bestehenden leichtgewichtigen Eindrück-Befestigern mit höherer Eindrücklast erhält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines leichtgewichtigen Eindrück-Befestigers mit einem abtrennbaren Bolzenendabschnitt, der so angepasst ist, dass er mit einer geringeren Eindrücklast und einer geringeren Last zum Brechen des Bolzenendabschnitts eingebaut werden kann, woraus sich geringere Schock- oder Geistlasten ergeben, wobei die Verbindungsstelle trotzdem im Wesentlichen dieselbe Stärke wie bei bestehenden leichtgewichtigen Eindrück-Befestigern mit höheren Eindrück- und Abtrennlasten erhält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen leichtgewichtigen ziehbaren Eindrück-Befestiger mit ei nem abtrennbaren Bolzenendabschnitt bereitzustellen, der so angepasst ist, dass er mit einer geringeren Eindrücklast und einer geringeren Last zum Brechen des Bolzenendabschnitts eingebaut werden kann, wobei sowohl die Bauart des Bolzens als auch die der Hülse für eine Materialeinsparung sorgt.
Aus diesem Grund ist es ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ein verbessertes leichtgewichtiges Befestigungssystem bereitzustellen, mit einem Eindrück-Befestiger, dessen Bauart den Einbau bei geringerer Eindrücklast und, bei ziehbaren Eindrück-Befestigern mit einem abtrennbaren Bolzenendabschnitt, den Einbau mit einer verringerten Last zum Brechen des Bolzenendabschnitts ermöglicht.
Die oben genannten Ziele werden von dem in Anspruch 1 beschriebenen Befestigungssystem erfüllt.
Obwohl die vorliegende Erfindung hauptsächlich für einen ziehbaren Befestiger mit einem abtrennbaren Bolzenendabschnitt beschrieben wird, kann die Bauart mit geringer Eindrücklast ebenso vorteilhaft für Befestiger mit Stumpf verwendet werden. Diesbezüglich gilt, dass die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Bauart mit geringer Eindrücklast für ziehbare Eindrück-Befestiger ohne abtrennbaren Bolzenendabschnitt in Systemen, wie den in der am 31. Mai 1994 für Fulbright und Smith ausgestellten amerikanischen Patenschrift 5,315,755 beschriebenen, ebenfalls Vorteile bietet.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen, wobei:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ein Längsaufriss ist, bei dem einige Abschnitte im Schnitt dargestellt sind und andere vom ziehbaren Befestiger nach der vorliegenden Erfindung weggebrochenen gezeigt sind, der vormontiert an zwei aneinander zu befestigenden Werkstücken mit nominaler Griffbreite oder Dicke und im Eingriff mit einem Montagewerkzeug zur Vorbereitung eines Einbaus gezeigt ist;
2 eine ähnliche Ansicht wie 1 zeigt, wobei der Befestiger eingebaut und der Bolzenendabschnitt gebrochen ist, das Montagewerkzeug aber noch den Bolzen greift;
3 ein vergrößerter Aufriss der Hülse aus 1 vor dem Einbau ist;
4 eine räumliche Ansicht der Hülse aus den 1 und 3 ist;
5 ein Seitenaufriss der Hülse aus den 1 und 3 in Richtung der Pfeile 5-5 in 3 ist;
6 ein vergrößerter Teilquerschnitt entlang der Linie 6-6 in 3 ist, der die wellenähnliche Kontur der Außenfläche des Hülsenschaftabschnitts der vorinstallierten Hülse aus den 1, 3 und 5 zeigt, wobei der mittlere Durchmesser der wellenähnlichen Kontur als Phantomlinie dargestellt ist und die äußere einheitliche Kontur einer vorinstallierten Hülse eines vergleichbaren bestehenden Befestigers als gestrichelte Linie;
7 ein Längsaufriss des Bolzens aus 1 vor dem Einführen in die Werkstücke und den Aufsatz der Hülse ist;
8 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils des Bolzens aus 7 ist, allgemein aus Kreis 8 in 7 stammend; und
9 eine graphische Darstellung der Sollbruch- und Geistlasten eines ziehbaren Befestigers nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem bestehenden Befestiger derselben Größe ist, wobei es sich in 9 um einen Befestiger der Größe Nr. 8 (Nenndurchmesser 0,635 cm (1/4 Zoll)) handelt.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung:
Wie bereits erwähnt, bietet das Prinzip der vorliegenden Erfindung Vorteile für Eindrück-Befestiger und dabei im Besonderen für ziehbare Eindrück-Befestiger und hierbei besonders für ziehbare Eindrück-Befestiger mit einem abtrennbaren Bolzenendabschnitt zum Befestigen von einem Werkstück aus einem Plastik- oder Verbundmaterial. Ein Beispiel für diese Art von Befestiger ist in den Zeichnungen dargestellt.
In den 1 und 2 ist im Besonderen ein Befestiger 10 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, der einen Bolzen 12 und eine röhrenförmige Hülse mit Flansch 14 beinhaltet. Der Bolzen 10 hat einen länglichen Schaft 16 mit einem runden Querschnitt und einer Mittelachse X, wobei dieser Schaft 16 durch die ausgerichteten Bohrungen 18 bzw. 20 in zwei aneinander zu befestigende Werkstücke 22 und 24 einge führt werden kann. Die X-Achse ist kolinear mit einer Z-Achse, die im Wesentlichen lotrecht zu den Endflächen der Werkstücke 22 und 24 und zentral zur Achse der Bohrungen oder Öffnungen 18 und 20 ist. In der gezeigten Ausführungsform sind die Werkstücke 22 und 24 aus einem leichtgewichtigen Material gefertigt, wobei das äußere Werkstück 22 aus Aluminium und das innere Werkstück 24 aus einem Plastik oder Verbundmaterial gefertigt ist, wie bereits beschrieben. Normalerweise wird das Metallwerkstück, wie z. B. Werkstück 22, als äußeres Werkstück verwendet, da es einen besseren Schutz vor Umgebungseinflüssen bietet. Die Öffnung 18 in dem Metallwerkstück 22 endet an der Front- oder Außenseite 26 mit einem abgesenkten Abschnitt 28 zur Aufnahme des vergrößerten eben abschließenden Kopfes 30 an dem einen Ende des Schafts 16. Am Bolzenkopf 30 hat der Bolzenschaft 16 einen geraden, ebenen Abschnitt 32, der in einer Ausführungsform der Erfindung für die Aufnahme in die Bohrungen 18 und 20 mit geringer Toleranz angepasst ist. Auf den ebenen Schaftabschnitt 32 folgt ein Feststellnutabschnitt 34, der aus einer Vielzahl von Feststellnuten 34a–f besteht. Ein Übergangsabschnitt 36 verbindet die erste Feststellnut 34a nahtlos mit dem ebenen Schaftabschnitt 32 (siehe 7). Der Durchmesser Ds des ebenen Schaftabschnitts 32 ist geringfügig größer als der Durchmesser Dg der Kämme der Feststellnuten 34a–f, wobei Dg so festgelegt ist, dass ein geringfügig größerer Abstand zu den Öffnungen 18 und 20 besteht.
An den Feststellnutabschnitt 34 schließt eine Sollbruchnut 38 an, die mit dem Bolzenendabschnitt 40 verbunden ist und den schwächsten Abschnitt des Bolzenschafts 16 darstellt. Der Bolzenendabschnitt 40 beinhaltet einen geraden Schaftabschnitt bzw. eine Fläche 42, der/die sich zwischen der Sollbruchnut 38 und der Vielzahl von Ziehnuten 44 am äußeren Ende des Bolzenendabschnitts 40 befindet. Die Ziehnuten sind so angepasst, dass sie von einem Werkzeug 48 gegriffen werden können, welches betätigt wird, um den Befestiger 10 festzusetzen. Da es sich bei Werkzeug 48 um eine Konstruktion handelt, deren übliche Fertigungsmethode Experten auf diesem Gebiet bekannt sein dürfte, ist es zur Vereinfachung nur teilweise dargestellt. Kurz gesagt besitzt das Werkzeug 48 eine Vielzahl von Backen 50 mit Zähnen 51, die so angepasst sind, dass sie den Bolzen 12 greifen können, indem sie in die Ziehnuten 44 eingreifen. Die Backen 50 befinden sich in einer röhrenförmigen Aufnahmevorrichtung 52, die in einem Ambossgehäuse gleitend gelagert ist, das an einem Ende in einem Eindrückamboss 56 abschließt, der eine ringförmige Eindrückaussparung 58 mit einem Hals 60 mit bogenförmiger Kontur mit einem Eindrückabschnitt mit minimalem Durchmesser aufweist.
Die symmetrisch geformte röhrenförmige Hülse 14 hat einen vergrößerten Flansch 62 an einem Ende eines zylindrischen Schaftabschnitts 64 und ist so angepasst, dass sie über den Bolzenschaft 16 platziert werden kann, wobei der Flansch 62 an der Innen- bzw. Rückseite 68 des Werkstücks 24 aufliegt. Der Flansch 62 ist so ausgelegt, dass er mit einer vorausgewählten Fläche aufliegt, um die Einbau- sowie die letztendlichen Klemmlasten über eine vorausgewählte Fläche des daran anschließenden Werkstücks, wie z. B. die Innenfläche 68, zu verteilen. Wenn mindestens eines der Werkstücke aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, zum Beispiel Werkstück 24, wird die Kontaktfläche des Flansches 62 so ausgewählt, dass kein stellenweises Ablösen oder ein Zerbrechen des Verbundmaterials an der Innenfläche 68 des inneren Werkstücks 24 verursacht wird. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Größe des Hülsenflansches 62 bei einigen Anwendungen aufgrund der verringerten Einbau- und/oder Schocklasten reduziert werden.
Die Hülse 14 verfügt über eine Durchbohrung mit einem allgemein einheitlichen Durchmesser IDc. Gleichzeitig ist dieser Durchmesser IDc der Hülsenbohrung 66 so ausgelegt, dass zu den Kämmen der Feststellnuten 34a–f und dem ebenen Schaftabschnitt für die Vormontage ein minimaler Abstand besteht, so dass der Durchmesser IDc minimiert wird, um die Minimierung der Umlaufstärke des Hülsenschaftabschnitts zu unterstützen, um so für die Minimierung der erforderlichen Eindrücklast zu sorgen. Zum Beispiel bei einem Befestiger der Größe Nr. 8 (Nenngröße 0,635 cm (1/4 Zoll)) sollte das Durchmesserspiel in Bezug zum relativen Durchmesser Ds des ebenen Schaftabschnitts 32 etwa 0,005 cm (0,002 Zoll) betragen.
Wenn die Werkstücke 22, 24 zusammengezogen sind, befindet sich der Hülsenschaftabschnitt 64 in radialer Ausrichtung zu den Feststellnuten 34a–f. Es wird darauf hingewiesen, dass die Werkstücke 22 und 24 in den 1 und 2 eine kombinierte Dicke haben, welche die nominale Griffbreite des Befestigers 10 definiert, d. h. zwischen der maximalen und der minimalen Gesamtdicke von Werkstücken, wie in diesem Fall 22, 24, die mit dem Befestiger 10 befestigt werden, und, wie dargestellt, wird der Schaftabschnitt 64 der Hülse 14 mit den Feststellnuten 34a–f ausgerichtet und in diese eingedrückt (2). Im Falle der vorliegenden Erfindung werden alle Feststellnuten 34a–f bei der nominalen Griffbreite wie gezeigt ausgefüllt. Bei Betätigung des Werkzeugs 48 wird von den Backen 50, die in die Ziehnuten 44 greifen, und dem Eindrückamboss 56, der das äußere Ende des Hülsenschaftabschnitts 64 greift, eine relative Axialkraft zwischen dem Bolzen 12 und der Hülse 14 ausgeübt.
Diesbezüglich ist darauf hinzuweisen, dass der Hülsenschaftabschnitt 64 mit einem abgerundeten Einführungsabschnitt 65 ausgestattet ist, der beim anfänglichen Einführen des Hülsenschaftabschnitts 64 in die Eindrückaussparung 58 des Eindrückamboss 56 eine führende und somit unterstützende Funktion hat. Wenn sich die relative Axialkraft erhöht, wird der Hülsenschaftabschnitt 64 der Hülse 14 radial nach Innen in die Feststellnuten 34a–f des Bolzens 12 gedrückt, wenn sich der Eindrückamboss 56 mit dem Hals 60 der Eindrückaussparung 58 bewegt und den Hülsenschaftabschnitt 64 übermäßig eindrückt (siehe 2). Der Hülsenschaftabschnitt 64 wird im Wesentlichen durch den Eindrückabschnitt mit minimalem Durchmesser durch den Hals 60 vollständig eingedrückt. Es ist ersichtlich, dass, auch wenn die erste Feststellnut 34a nicht vollständig radial mit dem Halsabschnitt mit dem minimalen Durchmesser ausgerichtet ist, diese doch im Wesentlichen durch das Material des Hülsenschaftabschnitts 64 ausgefüllt wird, das während des Eindrückens nach vorne getrieben wird. Nach Beenden des Eindrückvorgangs wird die relative Axialkraft zwischen dem Bolzenendabschnitt 40 und der Hülse 14 so weit erhöht, dass der Bolzenendabschnitt an der Sollbruchnut 38, zum Beispiel an der Abtrennlinie 67, bricht. Bei weiterer Betätigung des Werkzeugs 48 wird eine Hülsenausstoßvorrichtung 69 nach vorne getrieben, die auf den Hülsenschaftabschnitt 64 trifft und die eingedrückte Hülse 14 aus der Eindrückaussparung 58 des Amboss 56 drückt und somit den Einbau beendet.
Ein Befestiger mit Stumpf, der dem Befestiger 10 ohne Bolzenendabschnitt 40 entspricht, kann durch ein drückendes oder pressendes Werkzeug, das einen Eindrückamboss wie Amboss 56 und eine Sicherungsvorrichtung beinhaltet, die den Bolzenkopf 30 auf der Frontseite 26 des Werkstücks 22 sichern kann, festgesetzt werden. Der Amboss und die Sicherungsvorrichtung können durch Betätigung zusammengedrückt oder -gepresst wer den, um den Befestiger festzusetzen. Auch diese Art Werkzeug kann von einer Bauart sein, die Experten auf diesem Gebiet gut bekannt ist.
Die Form der Feststellnuten 34a–f kann auf die relative Scherstärke der Materialien der Hülse 14 und des Bolzens 12 ausgerichtet sein. Gleichzeitig kann die Bauart der Feststellnuten für eine dimensionierte Scherfestigkeit sorgen.
Die Optimierung des Gewichts des Bolzens 12 und der Hülse 14 des Befestigers 10 im installierten Zustand erfolgt unter Berücksichtigung der besonderen Lasten, die über die Werkstücke 22 und 24 darauf einwirken. Bei vielen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen bei Befestigern in zwei Bereichen Stärkeaspekte berücksichtigt werden, der eine ergibt sich aus der Scherbelastung des Bolzens 12 und der andere aus der Zugbelastung des Bolzens 12 und der Hülse 14. Bei Scherbelastung wird die Scherspannung, die sich aus gegenläufigen parallelen Kraftkomponenten an den Werkstücken 22 und 24 ergibt (siehe 2), diametrisch über den geraden Bolzenschaftabschnitt 32 in einer Richtung, die quer zur Achse Z liegt, geleitet. Bei Zugbelastung wird der Bolzen 12 aufgrund gegenläufiger axialer Kraftkomponenten an den Werkstücken 22 und 24, welche quer zu der Scherlast verlaufen, unter Zug gesetzt, d. h. die Werkstücke werden in einer Richtung entlang der Z-Achse auseinandergezogen. (Siehe 2). Bei Scherbefestigern, wie sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden, kommt es meist durch die in Form von greifenden Nuten gebildeten Ansätze zum endgültigen Versagen unter Zugbelastung. In diesem Fall scheren die Nutansätze ab. Also sorgt eine Zugbelastung des Befestigers 10 für eine Scherbelastung der eingreifenden Nuten und Ansätze zwi schen den Feststellnuten 34a–f des Bolzens 12 und dem eingedrückten Hülsenschaftabschnitt 64.
Bei der Optimierung einer Befestigungsstruktur, wie sie bei Befestiger 10 vorliegt, sollte bei jeder Anwendung mit dem Ausmaß der Scherlastfähigkeit des geraden Schaftabschnitts 32 des Bolzens 12 und dem Ausmaß der Zuglastfähigkeit der eingreifenden Nuten und Ansätze des Bolzens 12 und der Hülse 14 begonnen werden. Sowohl das Ausmaß der Scherlast als auch das der Zuglast sind durch die Bauart vorausgewählt und sind somit bei jeder Anwendung bekannt.
Die Bestimmung und Bereitstellung der Scherlastfähigkeit eines Elements, wie zum Beispiel Bolzen 12, kann durch bekannte Mittel erfolgen. Sobald der Minimaldurchmesser für den geraden Schaftabschnitt 32 bestimmt wurde, der dem zulässigen Ausmaß an Scherlast entspricht, kann der Befestiger 10 auf Minimalgewicht und -größe optimiert werden, wobei das zulässige Ausmaß an Zuglast berücksichtigt werden muss.
Somit wird nach der Optimierung der zulässigen Scherlast, die Optimierung der zulässigen Zuglastfähigkeit des Befestigers (zum Beispiel Befestiger 10) bestimmt. Der Befestiger 10 ist allerdings, wie beschrieben, so konstruiert, dass das endgültige Versagen unter der zulässigen Zuglast durch Abscheren über die Ansätze und Nuten, die durch Eindrücken ineinander verzahnt sind, erfolgen sollte.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass der Bolzen 12 bei einigen leichtgewichtigen Anwendungen, wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie, aus einem teueren leichtgewichtigen Material wie Titan besteht.
Gleichzeitig wird typischerweise eine Hülse 14 aus einem leichtgewichtigen Material, wie zum Beispiel Titan, zusammen mit einem Bolzen 12 aus Titan verwendet. Da es sich bei Titan um ein teueres Material handelt, ist es bezüglich Kosten und Materialverfügbarkeit erstrebenswert, so wenig Titan wie möglich zu verbrauchen. Zunächst wird die kleinste benötigte effektive Scherfläche der Ansätze, die durch die Feststellnuten 34a–f gebildet werden, bestimmt, und dann wird die kleinste benötigte effektive Scherfläche der komplementären Ansätze des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64 bestimmt.
Um den Befestiger zu optimieren, ist es jedoch erstrebenswert, das Gesamtmaterialvolumen des Abschnitts des Bolzenschafts 16, auf dem die Feststellnuten 34a–f liegen, zu minimieren. Dies kann durch eine genaue Abstimmung der Scher- und Zugstärken der Materialien erfolgen, die für die Hülse 14 beziehungsweise den Bolzen 12 verwendet werden. Wenn jedoch die Stärke der Hülse 14 zu groß ist, kann es während des Eindrückens zu Schäden am Schaft 16 im Bereich der Feststellnuten 34a–f kommen. Bei der vorliegenden Erfindung ist es erstrebenswert, die Dehngrenze der Hülse 14 so hoch wie möglich anzusetzen, ohne dass es zu den oben genannten Schäden kommt. Es wurde festgestellt, dass zu diesem Zweck die Dehngrenze mit der äußersten Materialscherspannung in Bezug gesetzt werden kann. Durch Maximierung der Stärke der Hülse 14 bis auf einen Wert, bei dem ein Eindrücken gerade noch möglich ist, ohne dass der Bolzen 12 beschädigt wird, kann die Anzahl bzw. die Gesamtlänge der Feststellnuten 34a–f, die nötig ist, um die Scherspannung zu tragen, die sich aus der Zugbelastung ergibt, minimiert werden, und somit ist ein vorbestimmtes Verhältnis der Stärke des unteren Hülsenabschnitts zu der Stärke des Bolzens erstrebenswert. Wie bereits erwähnt, ist es außerdem erstrebenswert, dass die Breite der Feststellnu ten 34a–f und der dadurch definierten Ansätze bezüglich der Scherstärke der für den Bolzen 12 und die Hülse 14 verwendeten Materialen so dimensioniert wird, dass es sowohl an den durch die Feststellnuten 34a–f definierten Ansätze des Bolzens 12 als auch an den durch die eingreifenden Nuten des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64 definierten Ansätze zu einem einsetzenden bzw. gleichzeitigen Scherversagen unter der vorausgewählten maximal zulässigen Zuglast an den Werkstücken 22 und 24 kommt. In der Praxis ist die Bauart vorzugsweise so zu wählen, dass die durch die Nuten des Hülsenschaftabschnitts 64 definierten Ansätze vor den durch die Feststellnuten 34a–f definierten Ansätze des Bolzens 12 versagen, d. h., dass es bei den Ansätzen des Bolzens 12 bei etwa 110 % der Zugkraft, bei der die Ansätze des Hülsenschaftabschnitts 64 versagen, zu einem Versagen kommt.
Wie bereits dargelegt, können die Feststellnuten 34a–f und die dadurch definierten Ansätze des Weiteren so ausgelegt sein, dass sie proportionierte Scherfestigkeit aufweisen, wobei ein Versagen unter Zug im Wesentlichen gleichzeitig an allen Ansätzen, die mit den effektiven Feststellnuten 34a–f in Verbindung stehen, oder allen eingreifenden Nuten des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64 stattfindet.
Durch die Anwendung des oben genannten Kriteriums kann das Volumen des Schafts 16 des Bolzens 12, einschließlich des Volumens des die Feststellnuten 34a–f beinhaltenden Feststellnutabschnitts 34 minimiert werden. Auf die oben beschriebene Art und Weise kann somit das Gesamtvolumen und dadurch das Gewicht des Bolzens 12 minimiert werden.
Als nächster Schritt ist es erstrebenswert, das Volumen und somit das Gewicht der Hülse 14 zu minimieren. Der Schaftab schnitt 64 der Hülse 14 muss ein ausreichendes Volumen umfassen, um die Feststellnuten 34a–f hinreichend auszufüllen, sowie ein zusätzliches externes Volumen aufweisen, das ausreicht, um die strukturelle Integrität bzw. die Lastverlagerungsfähigkeit des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64 zu gewährleisten. Bei dem Versuch, das Volumen des Hülsenschaftabschnitts 64 zu minimieren, wurde festgestellt, dass die Bereitstellung einer ausreichenden radialen Wanddicke einen wichtiger Faktor darstellt, um der Stärke der zulässigen Zuglast für Befestiger 10 über die Werkstücke 22 und 24 ohne ein Druckversagen des Hülsenschaftabschnitts 64 widerstehen zu können. Wie in den 1–4 und 6 gezeigt, können die Minimalabmessungen des Hülsenschaftabschnitts 64 bestimmt werden, bei denen ein Minimalvolumen zum hinreichenden Füllen der Feststellnuten 34a–f und gleichzeitig eine ausreichende externe Struktur, durch die ein Druckversagen um eine minimale vorausgewählte Marge vermieden wird, zur Verfügung steht. Wie später beschrieben, hat die äußere Oberfläche 70 des Hülsenschaftabschnitts 64 außerdem eine einzigartige wellenähnliche Kontur, die für eine wesentliche Verringerung der Eindrücklast sorgt.
Der Hals 60 in der Eindrückaussparung 58 ist bogenförmig verjüngt, um so das Eindrücken sowie das Lösen des Amboss 56 nach dem Eindrücken zu ermöglichen, und somit ist Da der Minimaldurchmesser des Eindrückabschnitts des Halses 60 im Eindrückbereich. Der Durchmesser Da des Eindrückabschnitts des Halses 60 im Verhältnis zum Volumen des Hülsenschaftabschnitts 64 ist dabei so gewählt ist, dass das Material des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64 die Feststellnuten 34a–f fest ausfüllt, so dass es zu einer möglichst vollständigen Füllung kommt. Wie bereits beschrieben, wurde das Volumen des Hülsenschaftabschnitts 64 so gewählt, dass es zu ei ner „Überladung" kommt, d. h. das Volumen des Hülsenschaftabschnitts 64 ist so gewählt, dass wesentlich mehr Hülsenmaterialvolumen zum Füllen der Nuten 34a–f geliefert wird, als diese normalerweise innerhalb der Eindrückhülle aufnehmen könnten, die durch den Minimaldurchmesser des Eindrückabschnitts des Halses 60 der Eindrückaussparung 58 und dem gegenüberliegenden Abschnitt des Bolzens 12 definiert wird.
In bisherigen (nicht optimierten) Systemen wurde ein Überschuss an Hülsenvolumen von etwa 13 % eingesetzt, um die damit verbundenen Feststellnuten hinreichend gut auszufüllen. Dies wurde allerdings mit einem Hülsenschaft mit einem größeren Volumen als das der optimierten Befestiger erzielt, aber mit einem Montagewerkzeug mit einer größeren Eindrückaussparung, wodurch die Überfüllung und somit die Eindrücklasten geringer waren. Gleichzeitig wurde jedoch bei früheren optimierten Systemen ein überschüssiges Volumen von mindestens etwa 20 % genutzt. Dies erfolgte jedoch mit einem Hülsenschaft mit geringerem Volumen und einem Montagewerkzeug mit einer kleineren Eindrückaussparung. Um jedoch die wesentlichen Vorteile des vorliegenden optimierten Systems in einer Produktionsumgebung zu gewährleisten, sollte eine „Überfüllung" oder „Überladung" von etwa 19 % oder innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 18 % und nicht mehr als 20 % gewählt werden. Dies erfolgt allerdings mit einer Eindrückaussparung von etwa derselben Größe, wie sie für die Montage des vorangehenden optimierten Befestigers verwendet wurde. Die Materialien der Hülse 14 und des Bolzens 12 reagieren, um das überschüssige Volumen aufzunehmen, d. h. Verlängerung der Hülse durch Extrusion usw. Dadurch wird allerdings gewährleistet, dass nach dem Eindrücken eine annähernd 100%ige-Füllung der Feststellnuten 34a–f erzielt wird. Wenn etwa die erwähnten 19 % „Überfüllung" mit einer solchen vollständigen Fül lung erzielt wurden, scheint ein wesentlicher Grad an Scherspannungsfähigkeit (und somit Zuglastfähigkeit) sowohl für die durch die Feststellnuten 34a–f des Bolzens 12 definierten Ansätze als auch die durch die eingreifenden Nuten des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64 definierten Ansätze realisiert zu sein, die im Wesentlichen der Fähigkeit des bestehenden optimierten Befestigers bei einer „Überfüllung" von mindestens etwa 20 % entspricht. Wie jedoch im Weiteren verdeutlicht wird, erzielt die genannte Minimierung oder Verringerung des Volumens des Hülsenschaftabschnitts 64 auf geringfügig unter das für den vorangehenden optimierten Befestiger genannte Minimalvolumen, obwohl es in einer geringeren Eindrücklast resultiert, die gewünschte vergleichbar hohe Stärke nicht allein ohne Modifikation der Kontur der Außenfläche 70 des Hülsenschaftabschnitts 64. Wie in 6 gezeigt, erhält die Außenfläche 70 dadurch eine einzigartige wellenähnliche Kontur mit einer verrundeten Bauart, die in Kombination mit der genannten Minimierung oder Verringerung des Volumens die gewünschte vergleichbar hohe Stärke mit der wesentlichen Verringerung der Eindrücklast liefert.
Wie bereits erwähnt, wurde herausgefunden, dass der Grad an „Überfüllung" minimiert oder verringert werden kann und dass dies in Kombination mit der wellenähnlichen Kontur der Außenfläche 70 die hohe Stärke liefert, die mit der Stärke bestehender optimierter leichtgewichtiger Befestiger vergleichbar ist. Aus dieser Kombination ergibt sich eine wesentliche Verringerung der relativen Axialkraft zum Eindrücken des Hülsenschaftabschnitts 64 in die Feststellnuten 34a–f. Dies erlaubt gleichzeitig eine entsprechende Verringerung der Größe der Sollbruchnut 38 und der Gesamtgröße des Bolzenendabschnitts 40. Somit konnte in einer Ausführung der Erfindung für Größe Nr. 8 (Nenngröße 0,635 cm (1/4 Zoll)) die Eindrücklast um et wa 12 % verringert werden. Bei ziehbaren Eindrück-Befestigern, wie Befestiger 10, ergibt sich daraus eine Verringerung der Bruchlast der Sollbruchnut von etwa 12 % mit einer resultierenden Verringerung der Schock- oder Geistlast von etwa 20 %.
9 ist eine graphische Darstellung von Standardprüfungen mit Prüfplatten, die als Werkstücke fungieren, die mit den Befestigern aneinander befestigt sind, wobei 9 die Stärken der Sollbruchlast und der Geistlast für den optimierten Befestiger 10 nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu denen des bestehenden optimierten Befestigers 10' bei Befestigern der Größe Nr. 8 darstellt. Der Bruch der Sollbruchnuten 38, 38' erfolgt zudem am in der Abbildung gezeigten „Nullpunkt", danach tritt die Geistlast auf. Die wesentliche Verringerung der Sollbruchlast und der sich daraus ergebenden Geistlast des Befestigers 10 im Vergleich zu dem bestehenden optimierten Befestiger 10' ist aus dem Graph in 9 klar ersichtlich. In dieser Hinsicht sind die Größen der Sollbruchlasten und der Geistlasten für die Befestiger 10 und 10' für Werkstücke aus Verbundmaterial oder aus Metall im Wesentlichen gleich. Ein wesentlicher Faktor beim Erzielen dieser Verringerung bei den Einbaulasten und dem Erreichen der oben genannten Ergebnisse wird, wie genannt, durch die Modifizierung der Außenfläche 70 des Hülsenschaftabschnitts 64 realisiert, wodurch diese, wie in 6 gezeigt, eine vorbestimmte wellenähnliche Kontur erhält.
6 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Kontur der Außenfläche 70 des Hülsenschaftabschnitts 64. Es ist deutlich zu sehen, dass die wellenähnliche Kontur aus bogenförmigen Kämmen 72 in Verbund mit bogenförmigen Tälern 74 besteht.
Die Kämme 72 haben einen Radius Rc, während die Täler 74 einen größeren Radius Rr haben. Die Krümmungen der Radien Rc und Rr sind durch Verrundungsabschnitte 76 bogenförmig miteinander verbunden. Dadurch gehen die Krümmungen der Kämme 72 und der Täler 74 an den Verrundungsabschnitten 76 im Wesentlichen nahtlos tangential ineinander über. Die Kämme 72 definieren den maximalen Kamm-Kamm-Durchmesser Dc der Außenfläche 70 des Hüllenschaftabschnitts 64, während die Täler 74 den minimalen Tal-Tal-Durchmesser Dcr der Außenfläche 70 definieren. Somit definieren die Kämme 72 und die Täler 74 die Außenfläche auf einen mittleren Durchmesser Dcm. Der mittlere Durchmesser Dcm wird in 6 als Phantomlinie dargestellt. Die einheitliche Außenfläche eines vergleichbaren Hülsenschaftabschnitts für einen bestehenden optimierten Befestiger ist als gestrichelte Linie dargestellt und mit dem Zahlenzeichen 70' gekennzeichnet. Somit ist ersichtlich, dass der maximale Durchmesser Dc der Kämme 72 größer als der einheitliche Außendurchmesser Dc' eines vergleichbaren Schaftabschnitts bestehender optimierter Befestiger ist, während der minimale Durchmesser der Täler 74 kleiner als der Durchmesser Dc' ist. Gleichzeitig ist der einheitliche Außendurchmesser Dc' des bestehenden vergleichbaren Schaftabschnitts größer als der mittlere Durchmesser Dcm der Wellenkontur der Außenfläche 70. Somit hat der Hülsenschaftabschnitt 64 ein Volumen, das kleiner ist als das des Schaftabschnitts der Hülse bestehender optimierter Befestiger. Daraus ergibt sich eine Verringerung des Überfüllvolumens von über oder zumindest etwa 20 % Überfüllung bei bestehenden optimierten Befestigern auf etwa 18 % oder höchstens etwa 20 %.
Außerdem scheint es so, als ob die Minimierung der Anzahl der Feststellnuten 34a–f und die Minimierung der Gesamtlänge der Vielzahl von Nuten in Kombination mit der „Überpackungsstruk tur" für eine gute Scherlastverlagerungsfähigkeit (über die angeschlossenen Ansätze) bei Zuglastmodus sorgt. Der festgestellte Grad an „Überfüllung" oder „Überladung" kann für eine finite Länge (dl, siehe 1) am Durchmesser Da des effektiven Eindrückabschnitts des Halses 60 durch folgende Formel bestimmt werden:
Wobei:

(1) ,dl' eine finite Länge innerhalb des Eindrückabschnitts des Halses 60 darstellt; siehe „Hinweis" unter (5);
(2) IDc der Innendurchmesser (Zentimeter) (Zoll) des Hülsenschaftabschnitts 64 (vor dem Eindrücken) ist;
(3) Dcm der mittlere Außendurchmesser (Zentimeter) (Zoll) der Außenfläche 70 des Hülsenschaftabschnitts 64 (vor dem Eindrücken) ist;
(4) Dr der mittlere Durchmesser (Zentimeter) (Zoll) des verfügbaren Volumens zwischen den Tälern und Kämmen der Feststellnuten 34a–f ist; und
(5) Da der Minimaldurchmesser (Zentimeter) (Zoll) des Eindrückabschnitts des Halses 60 der Eindrückaussparung 58 des Eindrückamboss 56 im Bereich ,dl' ist; Hinweis: Bei der vorliegenden Erfindung ist der Bereich ,dl' jedoch aufgrund der durchgehend bogenförmigen Kontur des Eindrückabschnitts des Halses 60 sehr klein, so dass für Da der Durchmesser des Eindrückabschnitts des Halses 60 angenommen werden kann; somit wird ,dl' in den Zeichnungen nicht angezeigt.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Abmessung Dr den Durchmesser des Abschnitts der Feststellnuten 34a–f repräsentiert, der einen einheitlichen geraden Zylinder darstellen würde, wenn das Material der Ansätze dazu verwendet würde, die Feststellnuten 34a–f aufzufüllen.
Die einzigartige Außenfläche 70 des Hülsenschaftabschnitts 64 mit der wellenähnlichen Konfiguration scheint jedoch den Fluss des Hülsenmaterials während des Eindrückens zu erleichtern und effizienter zu machen, wodurch die gewünschte vergleichbare Stärke bei verringerter Eindrücklast erreicht werden kann.
In dieser Hinsicht scheint sich bei bestehenden optimierten Befestigern das überschüssige Hülsenmaterial während des Eindrückens teilweise als Kranz oder Ring vor dem Eindrückambosshals, zum Beispiel Hals 60, zu sammeln, wobei dieser Materialring während des Eindrückens axial auf den Hülsenflansch zubewegt werden muss. Der Materialring widersetzt sich der Bewegung des Eindrückamboss während des Eindrückens. Zusätzlich scheint der Kranz oder Ring während der Bewegung des Eindrückambosshalses über den Hülsenschaftabschnitt beim Eindrücken größer zu werden. Somit scheint der Widerstand dieses Kranzes oder Ringes gegen die Bewegung des Eindrückamboss zu der relativ hohen Eindrücklast für diese Befestiger zu führen. Bei der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass die wellenähnliche Kontur der Außenfläche 70 es einem Teil des überschüssigen Materials erlaubt, von den Kämmen 72 in die Täler 74 zu fließen, wodurch der Vorwärtsfluss des überschüssigen Hülsenmaterials während des Eindrückens erleichtert wird, woraus sich ein kleinerer Widerstand und eine wesentliche Verringerung der Eindrücklast ergibt. Es wurde festgestellt, dass bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Außenfläche 70 mit zehn Wellen optimal für einen Befestiger der Größe Nr. 8, 0,635 cm (1/4 Zoll) ist. Es wird jedoch angenommen, dass eine Außenfläche 70 mit zwischen etwa 8 und 16 gleichermaßen geformten Wellen mit derselben Minimierung oder Verringerung des Volumens dieselben günstigen Ergebnisse liefern würde. Die gewählte Wellenanzahl und die spezifische Kontur können nach Größe bzw. Material der Hülse variieren. In dieser Hinsicht ist eine „Welle" die Kombination aus einem vollständigen Kamm 72 und einem Tal 74. Es wird jedoch angenommen, dass die Wellen so geformt sein sollten, dass der Durchmesser Dc über den Kämmen 72 und der Durchmesser Dr über den Tälern 74 innerhalb von etwa 2 % des mittleren Durchmessers Dm liegt. Gleichzeitig wird auch angenommen, dass der Konturradius Rc der Kämme 72 im Allgemeinen nicht größer, und vorzugsweise wesentlich kleiner, als der Konturradius Rr der Täler 74 sein sollte. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für Befestiger der Größe Nr. 8 (0,635 cm) (1/4 Zoll) war das Verhältnis des Talradius Rr zum Kammradius Rc etwa 16:1.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Befestiger einer bestimmten Größe in der Lage sein sollte, Werkstücke mit variierenden Gesamtdicken zu sichern. Der Befestiger 10 der 1 und 2 verfügt über diese Fähigkeit. Die 1 und 2 stellen somit den Befestiger 10 mit Werkstücken 22 und 24 dar, welche die nominale Gesamtdicke für diesen Befestiger haben. Der Befestiger 10 kann jedoch auch zur Sicherung von Werkstücken mit einer größeren oder kleineren Gesamtdicke verwendet werden. Um jedoch die Größe und das Gewicht des Befestigers 10 zu minimieren, wird der Griffbereich so gewählt, dass alle Feststellnuten 34a–f beim Eindrücken effektiv durch den Hülsenschaftabschnitt 64 von der minimalen bis zur maximalen Gesamtdicke gefüllt werden. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass in bestimmten Anwendungen ein Befestiger, zum Beispiel Befestiger 10, mit einer zusätzlichen Feststellnut, entsprechend den Feststellnuten 34a–f, konstruiert werden könnte, wobei bei minimaler und maximaler Griffbreite eine Feststellnut weniger gefüllt wird, wodurch sich der Griffbereich des Befestigers vergrößern würde.
Wie bereits erwähnt, wird das Volumen der Hülse 14 optimiert, indem die Wanddicke des Schaftabschnitt 64 minimiert wird, wodurch es zu einem einsetzenden bzw. gleichzeitigen Versagen bei zulässiger Zuglast kommen kann, entweder durch Druckversagen, wie zum Beispiel Nachgeben unter Druck, oder durch Abscheren der Ansätze definiert durch die eingreifenden Nuten der Hülse 14 mit den Ansätzen definiert durch die Nuten 34a–f des Bolzens 12.
Wie bereits erwähnt, ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf Eindrück-Befestiger mit Stumpf anwendbar.
Wie in den 7 und 8 gezeigt, kann die Größe des Bolzenendabschnitts 40 aufgrund der verringerten Lasten, die zum Eindrücken des Hülsenschaftabschnitts 64 auf den Bolzen 12 benötigt werden, reduziert werden. In dieser Hinsicht kann, wie erwähnt, das Montagewerkzeug 48 im Wesentlichen von derselben Größe sein wie das zur Montage der bestehenden optimierten Befestiger bei größerer Last. In diesem Fall entsprechen die Ziehnuten 44 in Größe und Form denen des bestehenden optimierten Befestigers. Aufgrund der Verringerung des Ausmaßes der benötigten Eindrücklast kann jedoch die Anzahl der Ziehnuten 44 reduziert werden. Dadurch kann dann die Gesamtlänge des Bolzenendabschnitts 40 verringert werden, woraus sich eine Material- und folglich Kosteneinsparung ergibt. Es wurde somit herausgefunden, dass die Anzahl der Ziehnuten 44, die für einen Befestiger einer Größe benötigt werden, um mindestens eine bezüglich der bestehenden optimierten Befe stiger verringert werden kann. In dieser Hinsicht sind die Ziehnuten 44 mit Ansätzen mit einem Kammdurchmesser Dpc und Nuten mit einem Taldurchmesser Dpr geformt. Gleichzeitig ist der Durchmesser D des angrenzenden ebenen Schaftabschnitts oder der Fläche 42 so geformt, dass er im Wesentlichen dem Taldurchmesser Dpr entspricht. Dies verhindert Störungen zwischen dem ebenen Schaftabschnitt 42 und den Zähnen der Spannbacken 50, sollte es beim Greifen der Ziehnuten 44 zu Überschneidungen kommen. Es ist außerdem festzustellen, dass der Durchmesser des Bolzenendabschnitts 40 durch Hinzufügen einer zusätzlichen Ziehnut verringert werden könnte, um der benötigten Eindrücklast zu widerstehen. Dies würde jedoch trotzdem zu einer Gesamteinsparung des Materials und somit der Kosten für Bolzen 12 führen. Gleichzeitig kann ein kleineres angepasstes Montagewerkzeug mit einem leichten Gewicht verwendet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist besonders für die Sicherung von Werkstücken 22 und 24 ausgelegt, wobei, wie beschrieben, Werkstück 22 aus Aluminium und Werkstück 24 aus einem Verbundmaterial besteht. Die Merkmale des Befestigers 10, durch die er die genannten Vorteile gegenüber den bestehenden optimierten leichtgewichtigen Befestiger beim Sichern von Verbundmaterialien erhält, werden durch einen Vergleich der beiden verdeutlicht.
Somit ist der Bolzen 12 im Wesentlichen aus demselben Material und von der selben Bauart wie der bestehende optimierte Bolzen, außer dass der Bolzen 12, wie beschrieben, über einen kleineren Bolzenendabschnitt 40 und eine angepasste Sollbruchnut 38 verfügt, die bei einer kleineren relativen Axialkraft brechen sollen. Mit Ausnahme des Hülsenschaftabschnitt 64 besteht die Hülse 14 aus demselben Material und einer ähn lichen Bauart. Die Unterschiede sind, wie beschrieben, einschließlich der Verringerung des Volumens und der Form der äußeren Hülsenschaftfläche 70 mit ihrer einzigartigen wellenähnlichen Kontur. In dieser Hinsicht wurde der Bolzen 12 bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer lösungsmittelbehandelten und gealterten Titanlegierung Ti-6Al-4V hergestellt, mit einer Scherstärke von etwa 6,75 Kg/cm² – 95 KSI und mit profilgewalzten Feststellnuten 34a–f, Ziehnuten 44 und Sollbruchnut 38. Gleichzeitig besteht die Hülse 14 aus einer technisch reinen Titanlegierung mit einer Scherstärke von etwa 4,62 Kg/cm² – 65 KSI. Das Montagewerkzeug 48 ist dasselbe, einschließlich Eindrückamboss 56 und Eindrückaussparung 58, wobei die Spannbacken 50 so angepasst sind, dass sie die geringere Anzahl an Ziehnuten 44 des kürzeren Bolzenendabschnitts 40 genauso greifen können, wie die größere Anzahl an Ziehnuten auf dem längeren Bolzenendabschnitt des bestehenden vergleichbaren Befestigers. In dieser Hinsicht können 6–7 Ziehnuten 44 des Bolzenendabschnitts 40 eingreifen, verglichen mit 7–8 eingreifenden Ziehnuten bei bestehenden vergleichbaren Befestigern. Es ist darauf hinzuweisen, dass, obwohl nicht alle der Ziehnuten im Bereich der nominalen Gesamtdicke der Werkstücke eingreifen, wie in der Zeichnung zu sehen, die Möglichkeit besteht, dass für die minimale bzw. maximale Griffbreite eine Ziehnut weniger eingreift.
Somit kann ein Befestiger 10 nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem vergleichbaren bestehenden optimierten leichtgewichtigen Befestiger der Größe Nr. 8 (Nenngröße 0,635 cm – 1/4 Zoll) die folgenden Eigenschaften haben, wobei ähnliche Komponenten des bestehenden optimierten leichtgewichtigen Befestigers dasselbe Zahlenzeichen haben, aber mit einem Strich gekennzeichnet sind; die linearen Abmessungen sind in Zentimeter – Zoll und die Lastwerte in Kilogramm – Pfund angegeben:
Die in der obigen Tabelle genannten Elemente sind wie folgt:
A. Bolzen 12, 12'
1. Gerader Schaftabschnitt 32, 32', Feststellnutabschnitt 34, 34';

(a) Ds, Ds' – Durchmesser des geraden Schaftabschnitts 32, 32';
(b) Dg, Dg' – Kammdurchmesser der Feststellnuten 34a–f, 34'a–f;
(c) Drr, Drr' – Taldurchmesser der Feststellnuten 34a–f, 34'a–f;
(d) Dr, Dr' – Mittlerer Durchmesser der Feststellnuten 34a–f, 34'a–f

2. Bolzenendabschnitt 40, 40'

(a) D, D' – Durchmesser des geraden Schaftabschnitts 42, 42';
(b) Dpc, Dpc – Kammdurchmesser der Ziehnuten 44, 44',
(c) Dpr, Dpr' – Taldurchmesser der Ziehnuten 44, 44';

3. Sollbruchnut 38, 38'

(a) d, d' – Taldurchmesser der Sollbruchnut 38, 38';
(b) D, D' – Durchmesser des Endes der Sollbruchnut 38, 38' am geraden Schaftabschnitts 42, 42';
(c) r, r' – Radius der Sollbruchnut 38, 38';

B. Hülse 14, 14'

(a) IDc, IDc' – Innendurchmesser der Hülse 14, 14';
(b) Dc – Durchmesser über die Kämme 72 der Außenfläche 70;
(c) Dcr – Durchmesser über die Täler 74 der Außenfläche 70;
(d) Dcm – mittlerer Durchmesser der Außenfläche 70; Dc – einheitlicher Durchmesser der Außenfläche 70';
(e) Kamm Rc – Krümmungsradius der Kämme 72;
(f) Tal Rr – Krümmungsradius der Täler 74;
(g) Dx, Dx' – mittlerer Durchmesser des eingedrückten Hülsenschaftabschnitts 64, 64';

C. Amboss 56, 56'

(a) Da – minimaler Durchmesser des Ambosshalses 60, 60';

Die Angaben in den Spalten G. SOLLBRUCHLAST und H. GEISTLAST wurden wie bereits beschrieben durch Standardprüfungen bestimmt, mit Prüfaufbauten mit Prüfplatten, die als Werkstücke fungieren, die mit den Befestigern 10 und 10' gesichert sind.
Das Ausmaß der Sollbruchlast ist im Wesentlichen eine feste Größe, unabhängig von der Griffbreite für einen Befestiger 10 dieser Größe, d. h. zum Sichern von Werkstücken, zum Beispiel 22 und 24, mit einer zwischen einem Minimum und einem Maximum variierenden Gesamtdicke. Das Ausmaß der Eindrücklast kann jedoch zwischen der minimalen und maximalen Griffbreite variieren. Somit ist die Last, die zum Eindrücken bei minimaler Griffbreite erforderlich ist, d. h. bei minimaler Gesamtdicke der Werkstücke 22, 24, wesentlich größer als bei maximaler Griffbreite, d. h. bei maximaler Gesamtdicke der Werkstücke 22, 24. Als solches ist die Sollbruchlast typischerweise auf etwa 10 % höher als die maximale Eindrücklast festgelegt, d. h. die minimale Griffbreite, und kann somit etwa 30 % höher als die maximale Eindrücklast sein, d. h. die maximale Griffbreite. Gleichzeitig kann die daraus resultierende Geistlast zwischen etwa 10 % bis etwa 25 % über der Sollbruchlast liegen. Die Geistlast in der vorangehenden Tabelle ist für den Befestiger 10 nach der vorliegenden Erfindung um 14 % größer und für den bestehenden optimierten leichtgewichtigen Befestiger 10' um 24 % größer. Somit führt eine Verringerung der Sollbruchlasten bei der vorliegenden Erfindung zu einer Ver ringerung um einen sogar noch größeren Prozentsatz bei den Geistlasten.
Wenn man also die vorherigen Lehren anwendet und das Gewicht und die Festigkeit der Befestigerkomponenten abgleicht, können wesentliche Verringerungen in der Gesamtgröße, dem Gewicht und den Einbaulasten realisiert werden, während vorbestimmte Konstruktionskriterien immer noch eingehalten werden. Die Verringerung der Einbaulasten erlaubt auch die Verwendung von leichtgewichtigeren Werkzeugen bzw. eine Verlängerung der Lebenszeit der Werkzeuge.
In dieser Hinsicht kommt es bei einem Befestiger 10 der Größe Nr. 8, wie beschrieben, zu einer Verringerung des Gewichts des Bolzens 12 mit dem kleineren Bolzenendabschnitt 40 und somit zu einer Verringerung des Materials des Bolzenendabschnitts 40 von etwa 9 % in Bezug zum Bolzenendabschnitt eines vergleichbaren bestehenden leichtgewichtigen Befestigers derselben Größe. Gleichzeitig kommt es bei der Hülse 14 für einen Befestiger 10 der Größe Nr. 8 (0,635 cm-1/4 Zoll) zu einer Gesamtverringerung des Gewichts und somit des Materials um etwa 3 % bezüglich der Hülse eines vergleichbaren bestehenden leichtgewichtigen Befestigers.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass, wenn beide Werkstücke aus einem Material, wie zum Beispiel Aluminium bestehen, bei dem es nicht zu stellenweisem Ablösen oder Zerbrechen kommt, eine Hülse 14 ohne Flansch, zum Beispiel Flansch 62, verwendet werden kann. Eine solche Hülse könnte im Allgemeinen symmetrisch und doppelseitig sein, und über einen eindrückbaren röhrenförmigen Schaftabschnitt mit einer Bauart, die im Wesentlichen der von Schaftabschnitt 64 entspricht, und einer Außenfläche, die der Außenfläche 70 entspricht, verfügen.
Hinsichtlich einer doppelseitigen Hülse, wie Hülse 14, d. h. einer Hülse ohne Flansch 62, zur Verwendung mit Metallwerkstücken, liegt die Verringerung in Gewicht und Material für einen Befestiger der Größe Nr. 8 zwischen 4 % und 5 %. Auch bei einer doppelseitigen Hülse wird nur ein Teil des Hülsenschafts in die Feststellnuten eingedrückt. Zusätzlich kann solch eine Hülse verwendet werden, um Plastik- oder Verbundmaterialien in Kombination mit einer separaten Lastunterlegscheibe zur Verteilung der Last über eine vorbestimmte Fläche zu sichern. Obwohl auf den Abbildungen ein Bolzen mit eben abschließendem Kopf 30 zu sehen ist, kann auch ein Bolzen wie Bolzen 12 mit einem überstehenden Kopf verwendet werden.
Außerdem können bei Konzepten mit niedriger Eindrücklast mit einzigartiger Bauart des Hülsenschaftabschnitts, wie bei Hülsenschaftabschnitt 64, zur Bereitstellung eines hochfesten Befestigers, Bolzen wie Bolzen 12 verwendet werden, die jedoch modifizierte Abschnitte aufweisen, die nicht die Struktur der niedrigen Eindrücklast und hohen Festigkeit beeinflusst. So könnte der Bolzen an einem Werkstück verschweißt sein, zum Beispiel durch eine Anschweißschraube, und wie bei einem Befestiger mit Stumpf durch Eindrücken einer Hülse gesichert sein.
Obwohl in den Abbildungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, bei der der Bolzen 12 und die Hülse 14 wie beschrieben aus Titan hergestellt wurden, wird weiter darauf hingewiesen, dass eine wesentliche Verringerung der Eindrücklast auch durch die Verwendung von anderen Materialien erreicht werden kann. Zum Beispiel könnte die Hülse 14 aus einer Aluminiumlegierung wie 2024-T4(1) hergestellt sein, mit einer endgültigen Scherstärke von 2,9 Kg/cm² – 41 KSI, und mit einer Wellenstruktur zur Verwendung eines Bolzens aus Titan, wie beschrieben.

Claims

Befestigungssystem, beinhaltend einen zweiteiligen Befestiger zum Aneinanderbefestigen einer Vielzahl von Werkstücken (22, 22), wobei das mit dem Befestigungssystem eine erforderliche vorausgewählte Größe einer zulässigen Scherlast und eine erforderliche vorausgewählte Größe einer zulässigen Zuglast aufweist, und wobei der zweiteilige Befestiger so optimiert ist, dass er die zulässigen Scher- und Zuglasten mit einem minimalen Gewicht der verwendeten Materialien erfüllt, wobei der Befestiger umfasst: ein Bolzenelement (12) mit einem länglichen Schaft (16), welcher einen in ausgerichteten Öffnungen in den Werkstücken liegenden ebenen Schaftabschnitt (32) beinhaltet und an einem Ende in einen vergrößerten Kopf (30) und an seinem gegenüberliegenden Ende in einem Feststellnutabschnitt (34) endet, welcher eine Vielzahl umlaufend sich erstreckender Feststellnuten (34a–f) und zugeordnete Feststellnutansätze umfasst, wobei der ebene Schaftabschnitt (32) bezüglich der kombinierten Dicke der Werkstücke (20, 22) eine vorausgewählte Länge hat, so dass sich der Feststellnutabschnitt (34) nach außen von den ausgerichteten Öffnungen erstreckt, wobei der ebene Schaftabschnitt (32) einen ausreichenden Durchmesser aufweist, um die nötige Scherstärke zum Aufnehmen der zulässigen Scherkraft bereitzustellen, eine röhrenförmige Hülse (14), welche einen zum Eindrücken in die Feststellnuten (34a–f) angepassten Hülsenschaftabschnitt (64) aufweist, wobei die Werkstücke (20, 22) aneinander befestigt sind, wobei der Hülsenschaftabschnitt (64) eine genügende vorausgewählte Länge zum Überlagern und zum Eindrücken in die Feststellnuten (34a–f) hat, wobei der Hülsenschaftab schnitt (64) in die Feststellnuten und Feststellnutansätze eingreifende Hülsennuten und Ansätze aufweist, wenn er in die Feststellnuten (34a–f) eingedrückt ist, wobei das Bolzenelement (12) und die Hülse (14) aus unterschiedlichen Materialien sind, welche derartige ultimative Scherspannungen unterschiedlicher Größen mit dem Verhältnis solcher Scherspannungen des Bolzenelements (12) zur Hülse (14) aufweisen, dass ein Zerbrechen des Bolzenelements (12) beim Eindrücken im Wesentlichen vermieden wird, wobei der Hülsenschaftabschnitt (64) eine minimale durchschnittliche Wanddicke und daher Gewicht aufweist, wobei das Befestigungselement des Weiteren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hülsenschaftabschnitt (64) eine Außenfläche aufweist, welche eine sich umlaufend erstreckende wellenähnliche Kontur mit einer Vielzahl von Wellen aufweist, welche durch nahtlos verbundene bogenförmige Kämme (72) und bogenförmige Täler (74) definiert ist, wobei die Außenfläche mit zwischen etwa 8 bis 16 Wellen gebildet ist, wobei der Hülsenschaftabschnitt (64) zum Eindrücken in die Bolzenfeststellnuten (34a–f) mit einem einen effektiven Halseindrückabschnitt aufweisenden Eindrückamboss (56) angepasst ist, wobei der Hülsenschaftabschnitt (64) ein vorgegebenes Materialvolumen aufweist, welches zwischen etwa 18 % und nicht mehr als etwa 20 % größer ist als das durch den effektiven Halseindrückabschnitt und den gegenüberliegenden Abschnitt der Bolzenfeststellnuten (34a–f), in welche die Hülse (14) eingedrückt ist, definierte mögliche Volumen, wobei das vorgegebene Materialvolumen und die Wellen eine Kontur haben und zum Bereitstellen einer reduzierten Last ausgewählt sind, welche während des Bereitstellens der erforderlichen vorausgewählten zulässigen Zug- und Scherlasten zum Eindrücken erforderlich ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kämme (72) einen größeren Durchmesser und die Täler (74) einen kleineren Durchmesser über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser einen mittleren Durchmesser über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser innerhalb etwa 2 % um den mittleren Durchschnitt liegen.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Täler (74) durch einen Krümmungsradius definiert sind, welcher im Allgemeinen ungefähr 16 mal dem Krümmungsradius der Kämme (72) entspricht, wobei die bogenförmige Krümmung der Täler (74) und der Kämme (72) im Allgemeinen tangential ineinander übergeht, wobei über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg die Kämme einen größeren Durchmesser definieren und die Täler (74) einen kleineren Durchmesser definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser einen mittleren Durchmesser über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser innerhalb etwa 2 % um den mittleren Durchmesser liegen.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Täler (74) durch einen Krümmungsradius definiert sind, welcher im Wesentlichen größer als der Krümmungsradius der Kämme (72) ist, wobei die bogenförmige Krümmung der Täler (74) und der Kämme (72) im Allgemeinen tangential ineinander übergeht.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Täler (74) durch einen Krümmungsradius definiert sind, welcher im Allgemeinen ungefähr 16 mal dem Krümmungsradius der Kämme (72) entspricht, wobei die bogenförmige Krümmung der Täler (74) und der Kämme (72) im Allgemeinen tangential ineinander übergeht.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei die röhrenförmige Hülse (14) einen vergrößerten Flansch (62) an einem Ende des Hülsenschaftabschnitts (64) aufweist, welcher zum Eingreifen einer gegenüberliegenden Fläche an dem angrenzenden Werkstück (22) der Werkstücke (20, 22) angepasst ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Bolzenelement (12) vor dem Eindrücken einen mit dem Nutabschnitt durch eine Sollbruchnut (38) verbundenen Bolzenendabschnitt (40) aufweist, wobei der Bolzenendabschnitt (40) eine Vielzahl von Ziehnuten (44) aufweist, welche zum Greifen durch Zähne (51) auf Backen (50) eines Werkzeugs (48) angepasst sind, welches zum Anwenden einer relativen Axialkraft zwischen dem Bolzenelement (12) und der Hülse (14) betätigbar ist, wobei die Sollbruchnut (38) zum Brechen bei einer vorausgewählten Axialkraft nach Beenden des Eindrückens angepasst ist, wobei die vorausgewählte Axialkraft um etwa 10 % größer als die maximale Größe der zum Eindrücken des Hülsenschaftabschnitts (64) in die Feststellnuten (34a–gf) erforderliche Axialkraft ist, wobei der Bolzenendabschnitt (40) eine Minimalgröße hat, um eine minimale Anzahl von Ziehnuten bereitzustellen, um die vorausgewählte Axialkraft zum Brechen der Sollbruchnut aufzunehmen.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Bolzenelement (12) vor dem Eindrücken einen mit dem Nutabschnitt durch eine Sollbruchnut (38) verbundenen Bolzenendabschnitt aufweist, wobei der Bolzenendabschnitt (40) eine Vielzahl von Ziehnuten aufweist, welche zum Greifen durch Zähne (51) auf Backen (50) eines Werkzeugs (48) angepasst sind, welches zum Anwenden einer relativen Axialkraft zwischen dem Bolzenelement (12) und der Hülse (14) betätigbar ist, wobei die Sollbruchnut (38) zum Brechen bei einer vorausgewählten Axialkraft nach Beenden des Eindrückens angepasst ist, wobei die vorausgewählte Axialkraft um etwa 10 % größer als die maximale Größe der zum Eindrücken des Hülsenschaftabschnitts (64) in die Feststellnuten (34a–f) erforderlichen Axialkraft ist, wobei der Bolzenendabschnitt (40) eine Minimalgröße hat, um eine minimale Anzahl von Ziehnuten bereitzustellen, um die vorausgewählte Axialkraft zum Brechen der Sollbruchnut aufzunehmen, wobei der Befestiger eine Schock- oder Geistlast aufweist, welche auf das Brechen des Bolzenendabschnitts (40) hin auftritt, wobei die Geistlast größer als die vorausgewählte Axialkraft zum Brechen ist, wobei die Geistlast um etwa 15 größer als die vorausgewählte Kraft zum Brechen ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Bolzenelement (12) vor dem Eindrücken einen mit dem Nutabschnitt durch eine Sollbruchnut (38) verbundenen Bolzenendabschnitt (40) aufweist, wobei der Bolzenendabschnitt (40) eine Vielzahl von Ziehnuten aufweist, welche zum Greifen durch Zähne (51) auf Backen (50) eines Werkzeugs (48) angepasst sind, welches zum Anwenden einer relativen Axialkraft zwischen dem Bolzenelement (12) und der Hülse (14) betätigbar ist, wobei die Sollbruchnut (38) zum Brechen bei einer vorausgewählten Axialkraft nach Beenden des Eindrückens angepasst ist, wobei die vorausgewählte Axialkraft um etwa 10 % größer als die maximale Größe der zum Eindrücken des Hülsenschaftabschnitts (64) in die Feststellnuten (34a–f) erforderlichen Axialkraft ist, wobei der Bolzenendabschnitt (40) eine Minimalgröße hat, um eine minimale Anzahl von Ziehnuten bereitzustellen, um die vorausgewählte Axialkraft zum Brechen der Sollbruchnut (38) aufzunehmen, wobei der Befestiger zum Befestigen zumindest eines aus einem Plastikmaterial hergestellten Werkstücks (22) angepasst ist, wobei die Hülse (14) einen vergrößerten an einem Ende des Hülsenschaftabschnitts (64) verbundenen Flansch (62) aufweist, wobei der Befestiger angepasst ist, um mit dem in Eingriff mit einer Fläche des Plastikwerkstücks liegenden Hülsenflansch (62) eingebaut zu werden, wobei der Befestiger eine Schock- oder Geistlast hat, welche auf das Brechen des Bolzenendabschnitts (40) hin auftritt, wobei die Geistlast größer als die vorausgewählte Axialkraft zum Brechen ist, wobei die Geistlast um etwa 15 % größer als die vorausgewählte Kraft zum Brechen ist, wobei die Geistlast auf eine Größe reduziert ist, bei welcher ein Brechen oder Ablösen der eingreifenden Fläche vom Plastikwerkstück unterdrückt ist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei bei den unterschiedlichen Materialien des Bolzenelements (12) und der Hül se (14) zum Beispiel das Bolzenelement (12) aus einer Titanlegierung hergestellt ist, welche eine Zugstärke von etwa 95 KSI (655,0 KN/m²) aufweist und die Hülse aus einer Titanlegierung hergestellt ist, welche eine Zugstärke von etwa 70 KSI (482,6 KN/m²) aufweist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei der Hülsenschaftabschnitt in etwa 10 Wellen aufweist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei bei den unterschiedlichen Materialien des Bolzenelements (12) und der Hülse (14) zum Beispiel das Bolzenelement (12) aus einer Titanlegierung hergestellt ist, welche eine Zugstärke von etwa 95 KSI (655,0 KN/m²) aufweist und die Hülse (14) aus einer Titanlegierung hergestellt ist, welche eine Zugstärke von etwa 41 KSI (282,7 KN/m²) aufweist, wobei der Hülsenschaftabschnitt in etwa 10 Wellen aufweist.
Befestigungssystem nach Anspruch 1, mit den über den Hülsenschaftabschnitt hinweg einen größeren Durchmesser definierenden Kämmen (72) und den einen kleineren Durchmesser definierenden Tälern (74), wobei die größeren und kleineren Durchmesser einen mittleren Durchmesser über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser innerhalb etwa 2 % des mittleren Durchmessers liegen, wobei der Hülsenschaftabschnitt (64) etwa 10 Wellen aufweist.
Befestiger nach Anspruch 1, mit den durch einen Krümmungsradius definierten Tälern (74), welcher im Allgemeinen ungefähr 16 mal dem Krümmungsradius der Kämme (72) entspricht, wobei die bogenförmige Krümmung der Täler (74) und der Kämme (72) im Allgemeinen tangential ineinander übergeht, wobei über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg die Kämme (72) einen größeren Durchmesser definieren und die Täler (74) einen kleineren Durchmesser definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser einen mittleren Durchmesser über den Hülsenschaftabschnitt (64) hinweg definieren, wobei die größeren und kleineren Durchmesser innerhalb etwa 2 % des mittleren Durchmessers liegen, wobei der Hülsenschaftabschnitt (64) etwa 10 Wellen aufweist.