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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Befestigungssysteme, insbesondere auf
selbstbefestigende Befestigungssysteme, welche Loch- und Nietmuttern umfassen
mit einem zentralen hervorstehenden Pilotteil und Flanschteilen
auf zumindest entgegengesetzten Seiten des Pilotteils. Noch spezieller
bezieht sich diese Erfindung auf einen Streifen von vororientierten,
selbstbefestigenden Befestigungselementen, eine Befestigungselement-
und Panelanordnung und ein Verfahren zum Bilden eines Streifens
von selbstbefestigenden Befestigungselementen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Selbstbefestigende
Befestigungssysteme, die von dem Vorgänger des Anmelders (Multifastener Corporation)
entwickelt wurden, wurden viele Jahre lang bei Massenproduktionsanwendungen
verwendet, u.a. in der Automobilindustrie. Solche Befestigungselemente
umfassen im Allgemeinen einen zentralen hervorstehenden Pilotteil,
welcher eine Bohrung mit oder ohne Gewinde durch ihn hindurch aufweist
und Flanschteile auf entgegengesetzten Seiten des Pilotteils. Die
Loch- und Nietmuttern von UniversalTM, die
kommerziell erhältlich
sind von dem Inhaber dieser Anmeldung, umfassen eine Nut, welche sich
erstreckt in entgegengesetzte Seiten des hervorstehenden Pilotteils,
angrenzend an die Flanschteile. Wenn sie als Nietmutter verwendet
werden, wird der Pilotteil empfangen durch eine Öffnung in einem Panel, und
das Panel wird anschließend
aufgenommen auf Panel unterstützenden
oder eingreifenden Oberflächen
der Flanschteile. Das Panel wird dann deformiert durch einen Stanzknopf
in die Nuten in dem Pilotteil, wobei das Befestigungselement dauerhaft
an dem Panel befestigt wird. Wenn es als Lochmutter verwendet wird,
wird das Ende des Pilotteils verwendet als ein Stempel, welcher
eine Öffnung
in das Panel stanzt, welche das Pilotteil aufnimmt wie beschrieben.
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In
der Hi-StressTM-Mutter, welche auch kommerziell
erhältlich
ist von dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung, sind die Panel aufnehmenden
Nuten in den Flanschteilen auf entgegengesetzten Seiten des Pilotteils
angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform der Hi-StressTM-Mutter sind die Nuten schwalbenschwanzförmig mit
einer begrenzten Öffnung
an der Panel aufnehmenden Oberfläche
des Flanschteils, wobei eine signifikant verbesserte Abziehfestigkeit
bereitgestellt wird. Wenn es als eine Lochmutter verwendet wird,
stanzt das Pilotteil eine Öffnung
in das Panel, und das Panel angrenzend an die Öffnung wird anschließend deformiert
durch ein Stanzmittel in die schwalbenschwanzförmigen Nuten hinein und gegen
die Bodenwand der Nuten, wobei eine verbesserte Abziehfestigkeit
bereitgestellt wird. Beide Typen von Loch- und Nietmuttern, welche oben
beschrieben wurden, werden im Allgemeinen durch eine Stanzpresse
bei Massenproduktionsanwendungen installiert. Eine Andruckplatte
der Stanzpresse umfasst einen Installationskopf, welcher die Loch-
oder Nietmuttern aufnimmt, und der entgegengesetzte Andruckplatte
umfasst einen Stanzknopf welcher das Metall in die Nuten der Mutter
deformiert, wie oben beschrieben. Das US-Patent Nr. 3,140,010 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgeben von Befestigungselementen
des Typs, welcher oben beschrieben wurde, welcher das haftende Befestigen
der Befestigungselemente an einer kontinuierlichen Bahn beinhaltet.
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Die
Stand-der-Technik-Patente beschreiben eine Anzahl von Verfahren
zum Vororientieren von Befestigungselementen in einem Trägerstreifen,
inklusive eines integralen, zerbrechlichen Trägerteils oder Verfahrens zum
Befestigen von Befestigungselementen auf einem Draht oder einer
Mehrzahl von Drähten.
Das US-Patent Nr. 3,711,931, welches eingetragen ist auf den Vorgänger des
Anmelders, beschreibt ein Verfahren zum Bilden eines kontinuierlichen
Streifens von vororientierten selbstbefestigenden. Befestigungselementen,
umfassend Loch- und Nietmuttern
des Typs, welcher oben beschrieben wurde, wobei Drahtnuten gebildet
werden auf der hinteren Trageoberfläche der Mutter, welche dem
Pilotteil gegenüberliegt.
Die Loch- oder Nietmuttern werden dann orientiert in einer Ende-zu-Ende-Beziehung,
wobei die Drahtnuten koaxial ausgerichtet sind, und wobei ein zerbrechlicher
kontinuierlicher Draht anschließend
in die Drahtnuten eingesetzt oder gerollt wird, und wobei die Rückseite
des Befestigungselements über
die Drähte
durch ein Rändelwerkzeug
deformiert wird. Die selbstbefestigenden Befestigungselemente des
oben beschriebenen Typs werden nun vertrieben von dem Inhaber dieser
Anmeldung, und zwar einzeln und in Streifenform, wie es in dem oben
genannten US-Patent 3,711,931 offenbart ist.
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Die
selbstbefestigenden Befestigungselemente, welche oben beschrieben
wurden, werden dem Installationskopf zugeführt durch eine reziproke Klinke,
von der ein Finger in der Gewindebohrung aufgenommen ist. In einer
typischen Installation umfasst der Installationskopf einen Zubringer
oder Zuführer,
welcher beim Öffnen
der Stanzpresse eine Mutter in die Stempelpassage des Installationskopfs einbringt,
so dass nach jedem Hub der Presse eine Mutter in der „Fertig-Position" angeordnet ist.
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Selbstbefestigende
Befestigungselemente des oben beschriebenen Typs werden gegenwärtig durch
ein Walzverfahren gebildet, welches mit einem kontinuierlichen Metalldraht
beginnt, wobei der gewünschte
Querschnitt des Befestigungselements zuerst geformt wird in einem
kontinuierlichen Streifen von Metall, welcher anschließend zu
einer Spule gerollt wird. Die Spule wird dann zu einem Stempel geführt, welcher
die Mutterbohrung einschlägt
oder einstanzt, und der Streifen wird dann zu einem Abschneidewerkzeug
gebracht, welches den Streifen in einzelne Befestigungselemente
schneidet, von denen jedes ein hervorstehendes Pilotteil aufweist
und Flanschteile auf entgegengesetzten Seiten des Pilotteils. Ein
Problem bei diesem Verfahren des Bildens von selbstbefestigenden
Befestigungselementen, insbesondere bei Anwendung in der Massenproduktion,
ist, dass die Bohrung nicht genau in dem Pilotteil zentriert werden
kann, weil die exakte Position des Streifens schwer zu steuern ist.
Gegenwärtig
wird der Streifen gegenüber
dem Stempel positioniert durch Bewegen des Streifens, bis er einen
Stopper berührt. Allerdings
kann es vorkommen, dass der Streifen den Stopper nicht vollständig ergreift
oder von dem Stopper wegspringt. Dies ist ein spezielles Problem
bei Massenproduktionsanwendungen, weil nur zwei Bohrungen gleichzeitig
gestanzt werden, und der Streifen deshalb wiederholt gegenüber den
Stempeln angeordnet werden muss. Wie einzusehen ist, muss die Bohrung
einer Mutter genau in dem Pilot angeordnet sein, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
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Es
gibt verschiedene Probleme, welche in Verbindung stehen mit dem
gegenwärtigen
Verfahren des Bildens eines vororientierten Befestigungselementstreifens,
wie es in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,711,931 und dem oben
beschriebenen Zuführsystem
offenbart ist. Das Verfahren des Installierens eines selbstbefestigenden
Befestigungselements des oben beschriebenen Typs wird offenbart
in dem US-Patent Nr. 3,648,747, welches eingetragen ist auf den
Vorgänger
des Inhabers dieser Anmeldung. Zunächst vermindert die Anordnung der
Drähte
auf der hinteren Auflagerfläche
der Loch- oder Nietmutter
das Auflagergebiet für
den Stempel, welcher das Befestigungsmittel in einem Panel installiert.
Während
der Installation eines Befestigungselementstreifens des Typs, welcher
in dem oben genannten US-Patent
Nr. 3,711,931 beschrieben wurde, ergreift und treibt der sich hin-
und herbewegende Stempel des Installationskopfs die Rückseite
des Befestigungselements in das Panel oder die Panelöffnung hinein.
Es wäre
daher wünschenswert,
die Drahtnuten und Drähte
aus der Rückseite
des Befestigungselements zu eliminieren, um das Auflagergebiet zu
vergrößern. Es
sollte auch verstanden werden, dass nach der Installation der Loch-
oder Nietmutter an einem Panel ein zweites Panel, wie beispielsweise
eine Klammer oder eine andere Komponente an dem Panel befestigt
wird, welches das selbstbefestigende Befestigungselement aufnimmt. Es
wäre somit
wünschenswert, das
Auflagergebiet des selbstbefestigenden Befestigungsmittels durch Beseitigung
der Drahtnuten zu vergrößern.
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Ein
weiteres Problem, welches verbunden ist mit dem Bilden eines vororientierten
Streifens von Befestigungsmitteln, wie sie in dem oben genannten Patent
offenbart wurden, ist, dass die zerbrechlichen Drähte, welche
die selbstbefestigenden Befestigungselemente miteinander verbinden,
während
der Installation des Befestigungsmittels in einem Panel aus den
Drahtnuten herausgezogen werden können, wodurch ein scharfes
Drahtende auf der hinteren Oberfläche des Befestigungselements
erzeugt wird. Des Weiteren sind zum Zwecke der Installation die angrenzenden
Oberflächen
des Befestigungselements in dem vororientierten Streifen um eine
vorbestimmte Entfernung beabstandet. Wenn die zerbrechlichen Drähte getrennt
werden während
des Installationsvorgangs, werden daher die scharfen Drahtenden
hervorstehen von den Drahtnuten neben der hinteren Auflageroberfläche des
Befestigungselements nach der Installation, was ebenfalls eine potenzielle
Gefahr bei der Handhabung erzeugt. Ein weiteres Problem bei dem
Verfahren des Befestigens der selbstbefestigenden Befestigungselemente
in einem vororientierten Befestigungselementstreifen, wie er in
dem oben genannten Patent offenbart wurde, ist eine Bewegung der
Muttern auf den Drähten vor
und während
des Zuführens
der Muttern zu dem Installationskopf was eine falsche Zuführung verursachen
kann. Schließlich
ist ein weiteres Problem bei dem vorliegenden Verfahren des Zuführens von selbstbefestigenden
Muttern zu einem Installationskopf die Beschädigung des Gewindezylinders
der Gewindebohrung durch den Pilotteil. Wie oben dargelegt, werden
selbstbefestigende Befestigungselemente normalerweise dem Installationskopf
durch eine Zuführklinke
zugeführt,
von der ein Finger in der Gewindebohrung aufgenommen ist. Die Zuführklinke kann
den Gewindezylinder beschädigen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst einen vororientierten Streifen von
Befestigungselementen, wie in Anspruch 1 definiert, eine Befestigungselement- und eine Panelanordnung,
wie sie in Anspruch 8 definiert wird, und ein Bildungsverfahren,
wie es in Anspruch 14 definiert wird.
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Die
selbstbefestigenden Befestigungselemente dieser Erfindung und das
Verfahren zum Bilden derselben können
verwendet werden bei verschiedenen Ausführungsformen von Befestigungselementen,
inklusive sowohl den UniversalTM-Befestigungssystemen
und den Hi-StressTM-Befestigungssystemen,
welche oben beschrieben wurden und anderen Selbstbefestigungssystemen.
In dem Hi-StressTM-Befestigungssystem umfasst
das Verfahren zuerst das Bilden einer Panel aufnehmenden Nut in
den Flanschteilen, welche angrenzen an das Pilotteil, vorzugsweise
auf beiden Seiten des Pilotteils. Das Verfahren umfasst anschließend das
Bilden einer Drahtnut in der unteren Oberfläche oder Bodenwand der Panel
aufnehmenden Nut, vorzugsweise beider Nuten, und dann das Einsetzen
eines kontinuierlichen zerbrechlichen Drahts in die Drahtnuten durch
die Panel aufnehmenden Nuten und das Befestigen der Drähte an den
Befestigungselementen.
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In
der am meisten bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung umfasst die Bodenwand der Drahtnuten oder Nuten
eine Mehrzahl von beabstandeten Taschen. Der Begriff „Taschen", wie er hierin verwendet
wird, kann entweder Vertiefungen oder hervorstehende Rippen umfassen,
welche dazwischen Taschen definieren. Der kontinuierliche zerbrechliche
Draht wird dann deformiert gegen die Bodenwand der Drahtnut, wobei
die Taschen gefüllt werden,
und eine Bewegung der Befestigungselemente auf den Drähten verhindert
wird.
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Andere
Vorteile und lobenswerte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
noch eingehender verstanden werden anhand der folgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen,
der beigefügten
Ansprüche
und der Zeichnungen, von denen einen kurze Beschreibung folgt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenaufrissansicht einer Ausführungsform eines selbstbefestigenden
Befestigungselements gemäß dieser
Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsseitenansicht von 1 in der
Blickrichtung der Pfeile 2-2.
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3 ist
eine Querschnittsendansicht von 2 in der
Blickrichtung der Pfeile 3-3;
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4 ist
eine Seitenansicht, welche das Verfahren des Befestigens der zerbrechlichen
Drähte
in dem selbstbefestigenden Befestigungselement darstellt, welches
in den 1 bis 3 illustriert wurde;
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5 ist
eine teilweise Seitenansicht des selbstbefestigenden Befestigungselements,
welches in den vorangegangenen Figuren veranschaulicht wurde, wobei
ein zerbrechlicher Draht in der Drahtnut angeordnet ist;
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6 ist
eine teilweise Querschnittsendansicht von 5 in der
Blickrichtung der Pfeile 6-6;
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7 ist
eine teilweise Querschnittsseitenansicht ähnlich zu 5,
wobei die Drähte
unter der Bodenoberfläche
der Panelnut angeordnet sind;
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8 ist
eine Querschnittsseitenansicht des selbstbefestigenden Befestigungselements,
wie in den vorangegangenen Figuren gezeigt nach der Installation
des Befestigungselements in einem Panel;
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9 ist
eine Querschnittsdraufsicht des selbstbefestigenden Befestigungselements,
welches vorstehend beschrieben wurde in einem vororientierten Streifen;
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10 ist
eine Aufrissansicht des vororientierten Befestigungselementstreifens
von 9 und einer bevorzugten Ausführungsform eines Zuführgeräts;
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11 ist
eine vergrößerte teilweise
Querschnittsseitenansicht von 8, welche
eine bevorzugte Ausführungsform
der Installation des Panels in der Panelnut veranschaulicht;
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12 ist
eine Unteransicht von einer alternativen Ausführungsform des vororientierten
Befestigungselementstreifens;
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13 veranschaulicht
einen Zuführmechanismus
für den
Befestigungselementstreifen von 12;
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14 ist
eine Aufrissansicht von oben einer alternativen Ausführungsform
eines selbstbefestigenden Befestigungselements;
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15 ist
eine Querschnittsansicht des Befestigungselements, welches in 14 veranschaulicht
wurde mit zerbrechlichen Drähten
in den Drahtnuten;
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16 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer Panelinstallation des Befestigungselements,
welches in den 14 und 15 veranschaulicht
wurde.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Wie
oben dargelegt wurde, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
Befestigungssysteme, insbesondere aber nicht alleine auf selbstbefestigende Befestigungssysteme,
umfassend vororientierte selbstnietende und selbststanzende Muttern
und Nietmuttern, welche geeignet sind für Massenproduktionsanwendungen,
wobei das Befestigungselement permanent installiert ist in einem
Metallpanel. Die 1 bis 3 veranschaulichen
eine bevorzugte Ausführungsform
eines selbstbefestigenden Befestigungselements 20 gemäß dieser
Erfindung. Das selbstbefestigende Befestigungselement 20, welches
in den 1 bis 3 illustriert wird, kann gewalzt
werden von einem Stahlstangenausgangsmaterial, wie es in dem oben
genannten US-Patent Nr. 3,711,931 beschrieben wird, dessen Offenbarung hiermit
unter Bezugnahme aufgenommen wird. Des Weiteren können, wie
oben beschrieben, die selbstbefestigenden Befestigungselemente,
welche in den 1 bis 3 veranschaulicht
sind, verwendet werden, entweder als ein selbststanzendes Befestigungselement,
wobei das Panel an dem es befestigt ist, eine Öffnung umfasst, welche konfiguriert
ist, um das zentrale Pilotteil 22 aufzunehmen oder ein
stanzendes und nietendes Befestigungselement, wobei die obere Oberfläche oder
Stanzoberfläche 24 des Pilotteils
eine Öffnung
in das Panel stanzt und das Befestigungselement 20 dann
an das Panel genietet wird, wie es weiter unten beschrieben wird
und in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,648,747.
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In
der offenbarten Ausführungsform
umfasst das Pilotteil 22 eine Bohrung 26, welche
sich rechtwinklig erstreckt zu der oberen Oberfläche 24, welche mit
einem Gewinde versehen sein kann, wie gezeigt. Alternativ kann die
Bohrung 26 glatt sein und ein Gewinde bildendes oder Gewinde
walzendes männliches
Befestigungselement (nicht gezeigt) kann in die Bohrung 26 eingebracht
werden, um ein zweites Element an der Befestigungselement- und Panelanordnung
zu befestigen. Ein selbstbefestigendes Befestigungselement des hierin
offenbarten Typs umfasst im Allgemeinen Flanschteile 28 auf
entgegengesetzten Seiten des zentralen Pilotteils 22, welche
das Panel nach der Installation aufnehmen und unterstützen.
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In
der offenbarten Ausführungsform
des selbstbefestigenden Befestigungselements 20 umfasst
das Befestigungselement parallele Panele aufnehmende Nuten 34,
welche sich in die Auflagerflächen 30 der
Flanschteile 28 erstrecken, wie es am besten in den 1 und 2 zu
sehen ist. Alternativ können,
wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,711,931 beschrieben, die
Panel aufnehmenden Nuten definiert werden in den Seitenflächen des
Pilotteils. In der offenbarten Ausführungsform umfassen die Panel
aufnehmenden Nuten eine Bodenwand oder Oberfläche 36 und geneigte
Seitenwände 38 und 40,
welche rückspringende
schwalbenschwanzförmige
Nuten definieren, welche eine kleinere Öffnung neben den Auflagerflächen 30 als
an der Bodenwand 36 aufweisen, was die Abziehfestigkeit
verbessert, welche erforderlich ist, um das Befestigungselement
nach der Installation von dem Panel zu entfernen. Alternativ kann
sich die Innenwand 40 rechtwinklig zu der Endfläche 24 des
Pilotteils erstrecken, wie es unten im Hinblick auf die 14 bis 16 offenbart
wird. Das Befestigungselement umfasst des Weiteren Seitenwände 42,
welche sich verjüngen
können
von der Bodenauflagerfläche 32,
wie gezeigt, um das Metallvolumen, welches notwendig ist zum Bilden
des Befestigungselements, zu reduzieren. Die Endflächen 44 des
Befestigungselements sind im Allgemeinen rechtwinklig zu der Stanzfläche 24,
weil die Endflächen 44 durch
das Schneiden oder das Zerhacken eines gewalzten Abschnitts gebildet werden,
wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,711,931 und wie in den 21 und 22 gezeigt.
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Wie
oben bzgl. des Hintergrunds der Erfindung beschrieben wurde, und
wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,711,931 gezeigt wurde, werden
selbstbefestigende Befestigungselemente gegenwärtig verbunden in einem vororientierten
Befestigungselementstreifen zur Installation mittels eines Installationsgerätes bzw.
-kopfes durch Bilden von Draht aufnehmenden Nuten in der Bodenauflagerfläche 32,
und die Befestigungselemente werden verbunden durch zerbrechliche
Metalldrähte,
welche in die Drahtnuten gewalzt und verkerbt werden. Dieses Verfahren
des Verbindens von selbstbefestigenden Befestigungselementen erzeugt
diverse Probleme, wie oben beschrieben, u.a. scharfe Drahtenden, welche
sich von der Auflageroberfläche 32 erstrecken
nach der Installation, ein verkleinertes Auflagergebiet während der
Installation und Bewegung der Befestigungselemente auf den Drähten während des Wickelns
und Zuführens
des Befestigungselementstreifens. Ein weiteres Problem, welches
verbunden ist mit dem Zuführen
eines Befestigungselementstreifens von diesem Typ ist, dass der
Finger der Zuführklinke
aufgenommen wird in die Bohrung 26, was den Gewindezylinder
beschädigen
kann, unabhängig davon,
ob die Bohrung 26 mit einem Gewinde versehen ist oder nicht.
Diese Probleme, welche einhergehen mit selbstbefestigenden Befestigungssystemen, werden
gelöst
durch die Ausführungsformen
des Befestigungssystems und den Verfahren gemäß dieser Erfindung, welche
nun nachstehend beschrieben werden.
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In
den offenbarten Ausführungsformen
des selbstbefestigenden Befestigungselements erstrecken sich die
Drahtnuten 46 in die Auflagerfläche 36 des Flanschteils 28.
Wenn das selbstbefestigende Befestigungselement 20 Panel
aufnehmende Nuten 34 umfasst, wie gezeigt, werden die Drahtnuten 46 vorzugsweise
in der Bodenwand oder Oberfläche 36 der
Panel aufnehmenden Nuten gebildet. Alternativ können, wenn die Panel aufnehmende
Nut definiert wird in den Seitenwänden des zentralen Pilotteils 22, wie
in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,711,931 offenbart, die Draht
aufnehmenden Nuten direkt in den Panel unterstützenden Oberflächen oder
Auflagerflächen 30 der
Flanschteile 28 des Befestigungselements gebildet werden.
In den bevorzugten Ausführungsformen
umfassen die unteren Oberflächen der
Drahtnuten 46 eine Mehrzahl von beabstandeten Taschen 48,
welche durch aufrecht stehende Rippen 50 beabstandet sind.
Anders ausgedrückt,
weist die Bodenoberfläche
der Draht aufnehmenden Nuten eine Mehrzahl von aufrecht stehenden
Rippen 50 auf, wie am besten in 3 zu sehen
ist. Wie unten beschrieben, verhindern die Rippen oder Taschen eine
Bewegung des selbstbefestigenden Befestigungselements auf den Drähten 52,
wie unten beschrieben. Des Weiteren umfasst in den bevorzugten Ausführungsformen
des vororientierten Streifens von selbstbefestigenden Befestigungselementen
der Befestigungselementstreifen eine Mehrzahl von im Allgemeinen
gleichmäßig beabstandeten
Nuten oder Einkerbungen zum Zuführen
des Befestigungselementstreifens, wie beispielsweise die Einkerbung 54 in
den Seitenwänden
des Befestigungselements, welches in den 1 und 2 gezeigt
wird. Wie weiter unten ausgeführt
wird, sind die Begriffe „Draht" oder „Drähte" nicht begrenzt auf
einen Metalldraht. Des Weiteren kann, wie weiter unten beschrieben, ein
vororientierter Streifen von selbstbefestigenden Befestigungselementen
auch gebildet werden durch teilweises Trennen des Pilotteils von
dem Streifen, wobei zerbrechliche Verbinderteile zwischen den Muttern
in dem Streifen verbleiben.
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In
der offenbarten Ausführungsform
werden die zerbrechlichen Drähte,
welche die selbstbefestigenden Befestigungselemente 20 verbinden,
befestigt an den Befestigungselementen durch Rändelwalzen 56, wie
in 4 gezeigt. Die Rändelwalzen 56 werden
befestigt auf einem geeigneten Schaft 58, und die Rändelwalzen
umfassen eine Mehrzahl von radial beabstandeten Rillen 59.
Die Rändelwalzen 56 weisen
vorzugsweise eine Breite auf, welche gleichgroß ist oder kleiner als die Öffnung der
Panel aufnehmenden Nut 34, aber vorzugsweise breiter als
die Breite der Draht aufnehmenden Nuten 46. Wie schematisch
in 4 gezeigt, werden die selbstbefestigenden Befestigungselemente 20 in
Eingriff getrieben mit den Rändelwalzen 56 durch
eine Walze 60, welche auf dem Schaft 62 befestigt
ist. Wie in den 4, 5, 6 und 9 gezeigt,
deformieren die Rändelwalzen 56 den
Draht in die Taschen 48 in der unteren Oberfläche der
Draht aufnehmenden Nuten 34, wodurch eine Bewegung des
Befestigungselements 20 auf den Drähten 52 nach der Installation verhindert
wird. Die mit Rillen versehenen Rändelwalzen 56 deformieren
des Weiteren die Bodenwand 36 der Panel aufnehmenden Nuten 34,
wobei die Drähte 52 in
den Draht aufnehmenden Nuten 46 befestigt werden, wie es
gezeigt wird durch die mit Rillen versehenen Nuten 64 in 9.
Alternativ können die
Walzen 56, ob mit oder ohne Rillen, eine Breite aufweisen,
welche im Allgemeinen gleich oder etwas kleiner ist als die Breite
der Öffnung
der Draht aufnehmenden Nuten 46, um die Drähte 52 in
die Taschen 48 zu deformieren und unterhalb der Oberfläche der
Bodenwand oder Oberfläche 36 der
Panel aufnehmenden Nuten, wie durch die Abmessungspfeile 66 in 7 gezeigt.
Das Panel 72 kann dann teilweise deformiert werden in die
Draht aufnehmenden Nuten während
der Installation des Befestigungselements 20 an ein Panel,
wie in 8 gezeigt.
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Wie
in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,648,747 beschrieben, werden
die selbstbefestigenden Befestigungselemente normalerweise installiert in
einem Panel durch einen Stanzknopf 68, wie in der 8 gezeigt.
Der vororientierte Steifen von selbstbefestigenden Befestigungselementen 20 wird
aufgenommen in einem Installationskopf (nicht gezeigt), welcher
einen sich hin- und herbewegender Stempel aufweist, welcher getrieben
wird gegen die hintere Auflagerfläche 32, welche die
zerbrechlichen Verbindungselemente zerbricht und das Befestigungselement 20 gegen
das Panel 72 treibt, welches gehalten wird auf einem Stanzknopf 68.
Wenn das selbstbefestigende Befestigungselement als eine Lochmutter verwendet
wird, stanzt die Stanzoberfläche 24 gleichzeitig
ein Stück 70 von
dem Panel 72 und nietet das Panel an das Befestigungselement,
wie in 8 gezeigt. Der Stanzknopf 68 umfasst
eine rechtwinklige Öffnung 74,
welche das Panelstück 70 aufnimmt und
parallele Nietlippen 76 deformieren das Panelteil 78 neben
der gestanzten Öffnung
in die Panel aufnehmenden Nuten 34 und gegen die Bodenwand 36. Die
Deformierung des Panels gegen die Bodenwand 36 deformiert
das Panelteil 78 unterhalb der geneigten inneren und äußeren Seitenwände 38 und 40 der Panel
aufnehmenden Nut, wobei eine besonders sichere Installation gebildet
wird, wie in 8 gezeigt. Wenn die Oberflächen der
Drähte 52 deformiert
werden unter die Bodenwand oder Oberfläche 36 der Panel aufnehmenden
Nuten 34, wie in 7 gezeigt, wird
auch das Panelteil 78 deformiert in die Drahtnuten, wie
in 11 gezeigt.
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Von
den Fachleuten wird verstanden werden, dass die Drähte 52 aus
verschiedenen Materialien gebildet werden können, wie es in dem oben genannten
US-Patent Nr. 3,711,931 offenbart wird. Die Haltedrähte 52 werden
vorzugsweise aus einem flexiblen Material geformt, welches es dem
vororientierten Streifen von Befestigungselementen gestattet, zu einer
Spule gerollt zu werden, sie können
aber abgeschnitten werden während
der Installation des Befestigungselements durch den Stempel des
Installationskopfs (nicht gezeigt). Daher sind die Drähte vorzugsweise
flexibel, aber zerbrechlich. Ein geeignetes Material für die Drähte ist
geglühter
1008 kohlenstoffarmer Stahl; welcher nicht hitzebehandelt wurde. Diese
Materialien stellen eine größere Verformbarkeit
und Flexibilität
bereit als z. B. Stahlsaiten und führen nicht zu einem Abstumpfen
des Stempels, wie es eine Stahlsaite tun würde. Andere geeignete Materialien
umfassen eine Einfasernylonschnur und -kabel und andere geeignete
Metalle und Polymere.
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Wie
oben dargelegt wurde, wird der vororientierte Befestigungselementstreifen,
welcher in dem oben genannten US-Patent Nr. 3,711,931 offenbart wurde, üblicherweise
dem Installationskopf (nicht gezeigt) zugeführt durch eine sich hin- und herbewegende
Klinke, welche einen Finger aufweist, welcher in dem Gewindezylinder 26 aufgenommen
ist. Dieses Verfahren des Zuführens
des Streifens von selbstbefestigenden Befestigungselementen kann
den Gewindezylinder 26 beschädigen, insbesondere wenn eine
Bewegung des Streifens von Befestigungselementen zu dem Installationskopf
verhindert wird. Verständlicherweise
kann eine Beschädigung
des Gewindezylinders die Verwendung der Mutter nach der Installation
verhindern. Dieses Problem wurde gelöst in einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung durch Bereitstellen von Nuten oder Einkerbungen
in der Seitenwand des Befestigungselementstreifens entweder zwischen
benachbarten Befestigungselementen oder in der Seitenwand von jeder Mutter,
wie gezeigt durch die Einkerbungen 54 in den 1, 2, 9 und 10.
Wie in 10 gezeigt, kann der Streifen
von selbstbefestigenden Befestigungsmitteln anschließend dem
Installationskopf zugeführt
werden (nicht gezeigt) durch Zuführer 82, welche
in 10 gezeigt werden. In dieser Ausführungsformen
umfassen die Zuführer 82 ein
drehbares Mittel, Rad- oder Klinkenrad 84, welches eine Mehrzahl
von beabstandeten radialen Speichen oder Keile 86 aufweist,
welche in den Nuten oder Einkerbungen 54 in den Seitenwänden 42 der
selbstbefestigenden Befestigungselemente 20 aufgenommen werden.
In der bevorzugten Ausführungsform
sind die Speichen 86 keilförmig, um die Speichen 86 in
die Einkerbungen 54 zu führen. Daher verursacht eine Drehung
des drehbaren Mittels 84 in Richtung der Pfeile 88 eine
Bewegung des vororientierten Streifens von Befestigungselementen 20 in
die Richtung des Pfeils 90. Dieser Zuführmechanismus und dieses Verfahren
des Zuführens
des Streifens von Befestigungselementen eliminiert somit jeglichen
Kontakt des Zuführers
mit dem Gewindezylinder 26.
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12 und 13 veranschaulichen
einen alternativen Zuführmechanismus
und ein Verfahren zum Zuführen
eines Streifens von Befestigungselementen, wobei die Befestigungselemente
jeweils eine Abschrägung 92 in
den Seitenwänden
neben den Endwänden 44 umfassen.
Die Abschrägungen 92 erzeugen
Einkerbungen zwischen den benachbarten Befestigungsmitteln 20,
wie in den 12 und 13 gezeigt.
Der Streifen von vororientierten Befestigungselementen kann dann
zugeführt
werden zu dem Installationskopf durch drehbare Elemente 82, welche
in 10 gezeigt werden oder durch sich hin- und herbewegende
Klinken 94, wie in 13 gezeigt.
Die sich hin- und herbewegenden Klinken 94 umfassen jeweils
eine keilförmige
Gestalt 96, welche aufgenommen wird in den Einkerbungen
zwischen den Muttern, welche durch die Abschrägungen 92 definiert
werden. Durch die Hin und Her Bewegung der Klinken 94 wird,
wie durch den Pfeil 98 gezeigt, der Mutterstreifen linear
zugeführt.
Wie von den Fachleuten verstanden werden wird, wird die Klinke gedreht
nach jeder reziproken Bewegung, um den Finger 96 freizugeben
von den Einkerbungen. Die Zuführklinken 94 können federgespannt
sein (nicht gezeigt) gegen einen Eingriff mit den Einkerbungen oder
abgeschrägten
Oberflächen 92.
Die Hin und Her Bewegung kann bereitgestellt werden durch Betätigen des
Installationskopfes, wie es im Stand der Technik offenbart wird.
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Die 14 und 16 veranschaulichen eine
alternative Ausführungsform
des selbstbefestigenden Befestigungssystems gemäß der Erfindung. Das selbstbefestigende
Befestigungselement 120, welches in 14 gezeigt
wird, umfasst einen zentralen Pilotteil 122, welcher eine
obere Oberfläche 124 aufweist,
welche als eine Stanzfläche
dient, wenn das Befestigungselement als ein selbststanzendes Befestigungselement
verwendet wird. Das Befestigungselement umfasst Flanschteile 128 auf entgegengesetzten
Seiten des zentralen Pilotteils 122; allerdings umfassen
in dieser Ausführungsform die
Flanschteile 128 auch einen aufrecht stehenden geneigten
deformierbaren Lippenteil 131, welcher teilweise die Bodenwand 136 der
Panel aufnehmenden Nuten 134 überdeckt. Des Weiteren erstreckt sich
die Innenwand 140 der Panel aufnehmenden Nuten allgemein
rechtwinklig zu der Endfläche 124 des
Pilotteils, und die Draht aufnehmenden Nuten 146 sind neben
dem Pilotteil 122 angeordnet, anstatt allgemein zentriert
zu sein in der Bodenwand 136. Die untere Oberfläche der
Panel aufnehmenden Nuten 146 umfasst eine Mehrzahl von
beabstandeten Taschen 148, welche getrennt sind durch Rippen 150,
wie oben beschrieben. Die verbleibenden Merkmale des selbstbefestigenden
Befestigungselements 120 können identisch sein mit dem
Befestigungselement 20, welches oben beschrieben wurde,
und sind daher in der gleichen Reihenfolge nummeriert. Somit ist
keine weitere Beschreibung des Befestigungselements 120 erforderlich.
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15 veranschaulicht
das Befestigungselement 120 nach der Aufnahme der zerbrechlichen Drähte 52,
welche installiert werden können
in den Drahtnuten 146 durch das Verfahren und die Vorrichtung,
welche oben beschrieben wurden im Hinblick auf 4.
Die 16 veranschaulicht ein Verfahren zum Installieren
des Befestigungssystems, welches in den 14 und 15 illustriert
ist. Wie oben hinsichtlich der 8 beschrieben,
wird ein selbstbefestigendes Befestigungselement herkömmlicher
Weise befestigt an dem Panel 172 durch ein Stanzmittel oder
einen Stanzknopf 168. Das Stanzmittel 168 umfasst
eine zentrale Öffnung 174,
welche das Panelstück 170 aufnimmt,
wenn das selbstbefestigende Befestigungselement 120 verwendet
wird als ein selbststanzendes und nietendes Befestigungselement.
Alternativ umfasst das Panel eine vorgestanzte oder vorgeformte Öffnung,
welche konfiguriert ist, um das Pilotteil 122 aufzunehmen.
Das Stanzmittel umfasst hervorstehende parallele Lippen 176,
welche das Panelteil 178 neben der Öffnung in dem Panel deformieren,
die das hervorstehende Pilotteil 122 aufnimmt und behilflich
ist beim Stanzen des Panels wenn das selbstbefestigende Befestigungselement 120 als
ein selbststanzendes Befestigungselement verwendet wird. In dieser
Ausführungsform
deformiert allerdings die Endfläche 177 des
Stanzmittels auch die aufrecht stehenden Lippen 131 über die
Panel aufnehmende Nut 134, wobei der Panelteil 178 in den
Nuten gefangen wird und eine sichere Installation bereitgestellt
wird, wie in 16 gezeigt. In dieser Ausführungsform
können
die inneren Wände 140 der Panel
aufnehmenden Nuten 134 auch nach außen geneigt sein (nicht gezeigt),
wenn es gewünscht
ist, die Abziehfestigkeit des Befestigungselements und der Panelvorrichtung
zu steigern.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform
eines selbstbefestigenden Befestigungselements, welches ähnlich ist
zu der Ausführungsform
eines selbstbefestigenden Befestigungselements, welches einen zentralen
Pilotteil aufweist mit einer oberen Oberfläche, einer Gewindebohrung und
Flanschteilen auf entgegengesetzten Seiten des zentralen Pilotteils. Das
Pilotteil umfasst auch eine Gewindebohrung, welche sich rechtwinklig
erstreckt zu der oberen Oberfläche
und die äußere Oberfläche des
Pilotteils erweitert sich nach außen, um die Längsfestigkeit des
Pilotteils während
des Stanzens zu steigern.
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In
dieser Ausführungsform
geht die innere Seitenwand der Drahtnuten über in die äußere Seitenwand des Pilotteils
und ist nach außen
geneigt, wie gezeigt. Die äußere Seitenwand
der Panel aufnehmenden Nut ist nach innen geneigt, um eine eingeschränkte Öffnung zu
definieren an den Auflagerflächen,
wobei eine eingeschränkte
oder rückspringende
Nut definiert wird, wie oben beschrieben. In dieser Ausführungsform
sind die Drahtnuten im Allgemeinen tränenförmig mit einem Lippenteil,
welches teilweise die Bodenoberfläche der Drahtnuten überdeckt,
was den Halt der Drähte
(nicht gezeigt) in den Drahtnuten verbessert. Während der Installation des
Drahts in den Drahtnuten wird das Lippenteil deformiert über die
Drähte
zum Verbessern des Halts. Die Drahtnuten umfassen auch eine Mehrzahl
von beabstandeten Taschen die, wie oben beschrieben, eine Bewegung
der Befestigungselemente auf den Drähten verhindern.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Bilden von selbstbefestigenden Befestigungselementen
dieses Typs wird oben beschrieben, welches die Einkerbungen verwendet,
um die Qualität
der gebildeten selbstbefestigenden Befestigungselemente zu verbessern. Wie
oben beschrieben, wird der Querschnitt der selbstbefestigenden Mutterbefestigungselemente, welche
oben beschrieben wurden, im Allgemeinen geformt in einem Walzwerk,
beginnend mit einem runden Metalldraht (nicht gezeigt), welcher
anschließend
gewalzt wird in einer Serie von Walzvorgängen zu dem gewünschten
Querschnitt der Mutter. Der gewalzte Abschnitt oder Streifen wird
aufgenommen von dem Walzwerk durch den Mutternhersteller in einer
Spule. Wie oben beschrieben, passt sich der Querschnitt des Streifens
an die gewünschte
Form der selbstbefestigenden Befestigungselemente an, und somit
umfasst der Streifen ein kontinuierliches zentrales Pilotteil, Flanschteile,
vorzugsweise auf entgegengesetzten Seiten des Pilotteils, und die Flanschteile
umfassen Seitenwände
und Panel aufnehmende Nuten, wie oben beschrieben. Bei dem vorigen
Verfahren des Bildens von selbstbefestigenden Befestigungselementen
des Anmelders wird der Befestigungselementstreifen direkt aufgenommen
in einer Stanz- oder Stempelstation, wobei die Mutterbohrungen zuerst
gebildet werden in dem Streifen, und wobei dieser Abschnitt anschließend abgeschnitten
wird. Die Mutterbohrungen können
dann mit einem Gewinde versehen werden in einer separaten Gewindeschneidstation.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
des Formens von selbstbefestigenden Befestigungselementen gemäß dieser
Erfindung wird der Befestigungsstreifen zuerst aufgenommen in einer
Einkerbungs- oder Einklemmstation. Die Einkerbungsstation umfasst
einen oberen Stempel und einen entgegengesetzten unteren Stempel,
wobei der obere Stempel ein Paar oder eine Mehrzahl Einklemm- oder
Einkerbungswerkzeugen umfasst, und wobei der obere Stempel herkömmlich gestützt wird
auf Stempelständern.
Verständlicherweise
kann die Stempelpresse oder die Einkerbungsstation eine herkömmliche
hydraulische oder pneumatische Presse sein. Somit schneiden nach
dem Schließen
der Stempelpresse die Einkerbungswerkzeuge gleichmäßig beabstandete
Einkerbungen in die Seitenwände
des Streifens, welche anschließend
verwendet werden in dem Verfahren gemäß dieser Erfindung, um den
Streifen exakt anzuordnen in den nachfolgenden Stempel- oder Stanz-
und Abschneidevorgängen,
welche unten beschrieben werden. Die Konfiguration der Einkerbungswerkzeuge
wird abhängig sein
von der gewünschten
Form der Einkerbungen. Wie oben beschrieben, sind die Einkerbungen
vorzugsweise U-förmig, wie
oben beschrieben und wie in den 1, 9 und 10 gezeigt
oder V-förmig, wie
in den 12 und 13 gezeigt.
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Der
Streifen mit den gleichmäßig beabstandeten
Einkerbungen wird dann transferiert zu einer Stempelstation, welche
ein oberes Stanzmittel oder eine Andruckplatte umfasst, einen unteren
Andruckplatte und einen Stempel oder mehrere Stempel, welche befestigt
sind an der oberen Andruckplatte. In dem Verfahren des Formens von
selbstbefestigenden Befestigungselementen gemäß der Erfindung, wird der Mutterstreifen
transferiert auf und exakt angeordnet in der Stempelstation durch
drehbare Mittel oder Räder,
welche gelagert sind auf Antriebswellen oder Ständern. Die drehbaren Mittel
umfassen jeweils eine Mehrzahl von gleichmäßig beabstandeten Zähnen oder
Keilen, welche aufgenommen werden in den Einkerbungen in den Seitenwänden des
Streifens. Verständlicher
Weise werden die drehbaren Mittel angetrieben auf Schäften, um
den Streifen zu transferieren und ihn exakt in der Stempelstation
anzuordnen.
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Beim
Herabbewegen des oberen Stanzers stoßen die Stempel ein Stück aus dem
Streifen und die Stücke
werden anschließend
aufgenommen durch geeignete Öffnungen
in der unteren Andruckplatte. Die Stempel stoßen oder stanzen zylindrische Öffnungen
oder Bohrungen in den Streifen. In der bevorzugten Ausführungsform
wird der Stempel durch die planare Endfläche des Pilotteils getrieben,
wobei eine Abschrägung
an der Auflagerfläche
von dem Abschnitt gegenüber
dem Pilotteil gebildet wird. Der Mutterstreifen wird als nächstes aufgenommen
in der Abschneidestation. Die Abschneidestation umfasst ein oberes
Stanzmittel und ein unteres Stanzmittel, wobei die Abschneideklingen
befestigt sind an dem oberen Stanzmittel, und wobei das untere Stanzmittel Öffnungen
umfasst, welche die Abschneideklingen aufnehmen. Der Befestigungselementstreifen wird
zugeführt
durch und genau positioniert in der Abschneidestation durch die
Drehmittel, welche die gleichen Drehmittel sein können oder
getrennte Weiterschalt- und Anordnungsmittel, in Abhängigkeit
davon, ob die Stempelstation ausgerichtet ist mit der Abschneidestation.
Wie oben beschrieben, werden die Drehmittel gelagert auf Antriebswellen,
wobei jedes eine Mehrzahl von Zähnen
oder Keilen aufweist, welche aufgenommen werden in den Einkerbungen in
den Seitenwänden
des Streifens. Nach dem Schließen
des Werkzeugs trennen die Abschneideklingen den Streifen in einzelne
selbstbefestigende Befestigungselemente. Das heißt, jedes der Befestigungselemente
umfasst ein zentrales Pilotteil, Flanschteile auf entgegengesetzten
Seiten des Pilotteils, eine Panel aufnehmende Nut in den Flanschteilen
und Seitenwänden,
welche jeweils gleichmäßig beabstandete
Einkerbungen oder Nuten aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Abschneidestation ausgerichtet mit und empfängt den Streifen
direkt von der Stempelstation. Die Drehmittel, welche zu der Stempelstation
führen,
und die Drehmittel, welche zu der Abschneidestation führen, sind
entweder dieselben Drehmittel oder werden zusammen weitergeschaltet,
um die Bewegung und die Anordnung des Streifens zu steuern. Wie
verständlich
sein wird, stellt das Weiterschalten und die Anordnung der Befestigungselementstreifen
in der Stempelstation und der Abschneidestation sicher, dass die
Bohrung der selbstbefestigenden Befestigungselemente genau positioniert
wird in dem Pilotteil zwischen den Endwänden, wobei das Problem beseitigt
wird, welches mit dem gegenwärtigen
Verfahren des Bildens von selbstbefestigenden Befestigungselementen,
welches oben beschrieben wurde, einhergeht.
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Von
der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform wird nun verstanden
werden, dass verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können an
dem vororientierten Befestigungselementstreifen und dem Verfahren
zum Bilden desselben gemäß dieser
Erfindung. Die Befestigungselemente können beabstandet sein auf den
zerbrechlichen Drahtverbindern, wie in 9 gezeigt,
oder die Endflächen
der Befestigungselemente können
im Wesentlichen aneinander stoßen,
wie in 12 gezeigt. Die Zuführmechanismen
für einen
Streifen von Befestigungselementen, welche in den 10 und 13 gezeigt
werden, werden als veranschaulichend betrachtet, lediglich um den
Zuführmechanismus
darzustellen, welcher verwendet werden kann mit einem Befestigungselementstreifen,
wobei die Befestigungselemente oder der Befestigungselementstreifen
beabstandete Einkerbungen oder Nuten umfassen, welche verwendet
werden, um den Befestigungselementstreifen zuzuführen und ihn genau anzuordnen
ohne den Gewindezylinder zu berühren. Des
Weiteren kann das Befestigungssystem gemäß dieser Erfindung verwendet
werden mit selbstbefestigenden Befestigungselementen, welche keine
Panel aufnehmende Nut umfassen, wie in dem oben genannten US-Patent
Nr. 3,711,931 offenbart, wobei die Drahtnuten in der Auflagerfläche der
Flanschteile neben dem Pilot gebildet werden. Wie von den Fachleuten
verstanden werden wird, sind die schematisch offenbarten Geräte kommerziell
erhältlich,
und deshalb ist eine detaillierte Beschreibung dieser Geräte nicht
erforderlich. Es können
jedoch verschiedene Modifikationen gemacht werden bei dem Verfahren des
Bildens von selbstbefestigenden Befestigungselementen. Beispielsweise
können
die Einkerbungen V-förmig
sein, wie in den 12 und 13 gezeigt, wobei
die Abschneideklingen dann ausgerichtet sind mit dem Scheitelpunkt
der V-förmigen
Einkerbungen oder Nuten, welche die selbstbefestigenden Befestigungselemente, die
in den 12 und 13 gezeigt
werden, bilden. Des Weiteren kann das Verfahren gemäß dieser
Erfindung verwendet werden zum Bilden eines integralen Streifens
von Befestigungselementen, wobei nur der Pilotteil getrennt wird
von dem Streifen, wobei zerbrechliche Verbinderteile bereitgestellt
werden auf entgegengesetzten Seiten des Streifens. Des Weiteren
umfassen, wie oben dargelegt, in bevorzugten Ausführungsformen
die selbstbefestigenden Befestigungselemente gleichmäßig beabstandete
Einkerbungen oder Nuten in zumindest einer der Seitenwände der
Befestigungselemente, wie oben beschrieben. Es können bei dem Walzvorgang allerdings
auch Vorsprünge
in den Seitenwänden
geformt werden, beispielsweise, welche Anschlagflächen bereitstellen
zum Bilden von selbstbefestigenden Befestigungselementen und zum
Zuführen
eines Streifens von Befestigungselementen, wie oben beschrieben.