DE69115259T2 - Vorrichtung und verfahren zum stauchen von befestigungselementen aus verbundwerkstoff. - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum stauchen von befestigungselementen aus verbundwerkstoff.

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die Verwendung von Verbundwerkstoffen beim Bau von militärischen und gewerblich genutzten Luftfahrzeugen ist weit verbreitet und weiterhin zunehmend. Die meisten üblicherweise eingesetzten Verbunde bestehen aus einer Polymer-Matrix, die mit Fasern aus Materialien wie Kohlenstoff, Glas oder Kevlar verstärkt sind.
  • In vielen Fällen werden verhältnismäßig dünne Verbundtafeln eingesetzt. Gegenwärtig dürften Tafeln mit einer Dicke von 0,2 bis 0,5 cm (0,088 bis 0,189 inch) am meisten verbreitet sein, obwohl dickere und dünnere Teile ebenfalls verwendet werden.
  • Um solche Tafeln aneinander zu befestigen, wird, soweit möglich, die Klebeverbindung benutzt. Wenn eine Rlebeverbindung allein nicht als ausreichend erachtet wird, werden zusätzlich zu oder anstelle von Klebern Befestigungselemente benutzt.
  • Bei der Herstellung üblicher Flugzeuge aus Aluminium sind, beginnend etwa 1935 und bis zur heutigen Zeit, feste Aluminiumnieten in sehr großen Mengen erfolgreich zum Befestigen von Materialdicken der genannten Größe verwendet worden. Aluminiumnieten sind jedoch aus verschiedenen Gründen nicht für die Verwendung in flächigem Verbundmaterial geeignet. Einige Verbundmaterialien verursachen eine beschleunigte Korrosion von Aluminiumnieten. Die Ausdehungskoeffizienten von Aluminium und den Verbundwerkstoff en können zu stark differieren. Bei der Verwendung von Nieten aus Aluminium oder anderen Metallen in einem Verbundwerkstoff können Probleme durch Blitzeinschag auftreten. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf für eine Niete, die ihrerseits aus einem Verbundwerkstoff besteht.
  • Es sind nunmehr beträchtliche Anstrengungen unternommen worden, um Nieten aus Verbundwerkstoffen zum Befestigen von Verbundflächen einsetzen zu können, sei es mit oder ohne vorherige Klebeverbindung. Bis zur gegenwärtigen Zeit sind solche festen Verbundnieten mittels des Spritzgießverfahrens hergestellt worden, um eine Niete mit der erforderlichen vorgefertigten Kopfform an einem Ende des üblichen zylindrischen Schaftteils auszubilden. Der Schaftteil wird ausreichend lang gemacht, um durch die zu verbindenden Werkstücke zu reichen und zusätzlich um etwa zwei Durchmesserlängen darüber vorzustehen. Diese um zwei Durchmesser vorstehende Länge wird später gestaucht, um einen Werkstatt-geformten ("shop formed") Kopf zu formen, der zusammen mit dem vorgefertigten Kopf die Werkstücke aneinander hält.
  • Beispiele geeigneter Werkstoffe zur Herstellung fester Nieten durch Spritzgießen sind mit kurzen Glasfasern verstärktes PEI (Polyetherimid) und mit kurzen Kohlefasern verstärktes PEEK (Polyetheretherketon). Diese beiden Materialien gehören zu einer Kategorie von Verbundwerkstoffen, die als "thermoplastisch" bekannt sind. Solche Stoffe werden bei Temperaturen im Bereich von 315 bis 370ºC (600 bis 700ºF) weich und verformbar, weisen jedoch eine brauchbare Formfestigkeit auf, wenn sie auf Raumtemperatur abgekühlt sind.
  • Mit kurzen Fasern verstärkte Nieten aus diesen thermoplastischen Werkstoffen besitzen typische durchschnittliche Scherfestigkeiten von etwa 110.000 kpa (16 KSI) nach dem Meßverfahren des MIL-STD-1312 Test 20 und eine typische durchschnittliche Zugfestigkeit im Bereich von 96.500 bis 110.000 kPa (14 bis 16 KSI). Diese Nieten können mit jedem einfachen Werkzeug gestaucht werden, das zur Einleitung von Wärme in das um zwei Durchmesserlängen vorstehende Nietenende geeignet ist, mit einem anschließenden Aufbringen von Druck, um dieses Ende zu stauchen, wenn es weich und verformbar wird.
  • Dieses Nietverfahren scheint für das Festlegen von Verbundwerkstoffen mehr und mehr bevorzugt zu werden, weil die Nieten selbst einfach mit vorhandenen, leistungsfähigen Spritzgießmaschinen hergestellt werden können und im Vergleich mit anderen geeigneten Befestigungselementen für Verbundwerkstoffe, wie z.B. mit Gewinde versehene Scherstifte und Bunde aus Titan, kostengünstig sind. Fachleute im Flugzeugbau mit Verbundstoffen sind auch der Ansicht, daß das Bohren von Löchern in ein Werkstück und das Einsetzen und Stauchen solcher Nieten gut automatisiert werden kann. Auf diese Weise kann das Zusammenfügen mit einem einfachen, billigen Befestigungselement mit Hilfe eines billigen und verfügbaren Montageverfahrens erfolgen.
  • Für einige dicke Werkstücke oder für dünne Werkstücke mit hoher Traglast sind die üblichen Nieten aus mit kurzen Fasern verstärkten thermoplastischen Werkstoffen mit einer Scherfestigkeit von 110.000 kpa (16 KSI) und einer Zugfestigkeit von 83.000 bis 96.500 kPa (12 bis 14 KSI) nicht geeignet. Es besteht daher ein Bedarf an einer Niete, die aus einem Verbundwerkstoff besteht und höhere Scher- und Zugfestigkeiten aufweist.
  • Es sind mit langen Fasern verstärkte Befestigungselemente nach Art des mit Gewinde versehenen Scherbolzens bekannt, die eine durchschnitliche Höchstscherfestigkeit von 276.000 bis 414.000 kpa (40 bis 60 KSI) aufweisen. Nieten mit hoher Scherfestigkeit können auch aus ausgelegten Tafeln, wie sie in jener Anmeldung beschrieben sind, oder aus zieh-stranggezogenen Stäben hergestellt werden. Es ist jedoch schwierig, derart hergestellte Nieten in einem Werkstück zu stauchen.
  • Ein Verfahren zum Verformen von Verbundmaterial in ein Befestigungselement ist in der GB-A-2 205 374 beschrieben. Die GB-A-2 205 374 offenbart das Drücken eines Werkzeuges mit Wärmezufuhr gegen einen durch ein Werkstück geführten Stab aus Verbundmaterial. Das Werkzeug biegt die Fasern in dem Verbundmaterial unter Formung eines konisch erweiterten Kopfes nach außen.
  • Es besteht jedoch weiterhin ein Bedarf nach einem einfachen und praktischen Verfahren zum Stauchen von Nieten aus mit langen Fasern verstärktem Material. Desgleichen besteht ein Bedarf nach einem in der Werkstatt zu stauchenden Profil, das genügend zugfest ist, um eine optimale Scherfestigkeit in einer Überlappungsverbindung zu schaffen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einem geformten Stauchamboß, der mit hoher Geschwindigkeit um seine Achse gedreht und dann unter Krafteinwirkung in Kontakt mit einem Nietenende gebracht wird, das um etwa das Dreifache des Schaftdurchmessers über das Werkstück vorsteht. Die Reibung verursacht eine Erwärmung des Nietenendes, bis es verformbar wird, worauf der den Amboß nach vorn bewegende Druck das Nietenende zunehmend erwärmen und stauchen kann, bis ein werkstattgeformter Kopf mit der gewünschten Form und den gewünschten Abmessungen gegen das Werkstück ausgeformt ist.
  • Wenn es auch möglich wäre, das erfindungsgemäße Verfahren zum Stauchen von Verbundnieten mit einem in der Hand gehaltenen Werkzeug auszuführen, so ist es doch vorzuziehen, eine Maschine einzusetzen, bei der die Drehgeschwindigkeit des Ambosses, der zum Vordrücken des Ambosses ausgeübte Druck und seine Vorschubgeschwindigkeit steuerbar sind. Es ist anzunehmen, daß hierfür in sehr einfacher Weise Maschinen ausgerüstet werden können, wie sie laufend in großem Umfang zum Anbringen von Nieten und anderen Arten von Befestigungselementen für Flugzeuge benutzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in erster Linie entwickelt worden, um mit langen Fasern verstärkte Nieten aus thermoplastischem Material zu stauchen, die durch andere Verfahren nur schwierig zufriedenstellend gestaucht werden können. Das Verfahren kann jedoch auch zum Stauchen von kurzfaserigen, spritzgegossenen thermoplastischen Nieten eingesetzt werden.
  • Zum Formen des gestauchten Kopfes kann der Amboß in dem Werkzeug eine solche Form haben, daß der Überschuß geschmolzenen Materials aus dem vorstehenden Nietenschaft in Form eines geschmolzenen Grates radial nach außen gedreht wird. Wenn dieser Grat in Form einer Scheibe mit geeigneter Dicke ausgebildet ist, kann er ein brauchbares Mittel darstellen, um den Vorschub des Ambosses zu begrenzen und eine Beschädigung der Werkstückoberfläche zu verhindern. Diese Scheibe ist außerdem ein brauchbares Mittel, um die Schrägstellung der Nietenachse aufzuhalten, wie es bei einer überlappenden Scherverbindung dünner Flächen unter Last vorkommt, wodurch die Scherfestigkeit der Kombination aus Niete und Verbindung gesteigert wird.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Figur 1 ist eine geschnittene Vorderansicht eines Befestigungselementes, das durch zu verbindende Werkstücke ragt und über die rückwärtige Fläche hinausragt, und sie ist auch eine geschnittene Vorderansicht eines Einbauwerkzeuges.
  • Figur 2 ist eine Schnittansicht der Teile aus Figur 1 in dem Zustand, bei dem das Nietenende mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gestaucht wird, mit dem teilweise geschnittenen Arbeitswerkzeug in seiner Betriebsstellung.
  • Figur 3 ist eine geschnittene Ansicht der eingesetzten Niete aus Figur 2.
  • Figur 4 bis 10 zeigen Stadien bei der Herstellung einer geeigneten, gleichgerichteten verstärkten festen Niete mit langen, durchgehenden Verstärkungsfasern, die sämtlich in derselben Richtung parallel zur Achse verlaufen.
  • Figur 11 und 12 zeigen ein Verbundpanel und eine aus Band gefertigte Niete mit langen, durchlaufenden Verstärkungsfasern, wobei aber in einigen Bandlagen die Fasern in anderen Ausrichtungen verlaufen als parallel zu der Nietenachse.
    • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Figur 1 zeigt eine feste Niete 10 aus einem Verbund einer mit Fasern verstärkten Polymermatrix. Figur 4 bis 10 verdeutlichen ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Niete. Das Verbundmaterial wird zunächst in Form von blattförmigen Bändern ausgebildet, die als Lagen (plies) bezeichnet werden und Fasern enthalten, die die Festigkeit der Lagen erhöhen. Ein geeignetes Band hat eine Dicke von etwa 0,01 cm (0,005 inch), jedoch kommen auch andere Dicken in Frage. Jedes Band enthält zahlreiche einzelne Karbonfasern oder andere Fasern, die verdreht sind oder auf andere Weise in einem Bündel zusammengehalten werden, das als Seil (tow) bezeichnet wird. Eine üblicherweise verwendete Faser hat einen Durchmesser von etwa 7 Mikrometer. Ein üblicherweise verwendetes Seil enthält etwa 12.000 einzelne Fasern. Diese Seile werden parallel zueinander angeordnet und unter Verwendung eines polymeren Harzes miteinander verbunden. Ein üblicher Binder zum gegenseitigen Verbinden der Karbonfasern und Seile ist das oben erwähnte PEEK. Wie aus Figur 4 ersichtlich, liegen die schematisch dargestellten Seile 16, jeweils aus einzelnen Filamenten bestehend, generell parallel zueinander und verstärken wesentlich die Scherfestigkeit des Bandes in der rechtwinklig zu den Fasern verlaufenden Richtung. Ferner verstärken diese Seile wesentlich die Zugfestigkeit in der Achse des Faserverlaufes. Da die Seile oft auch als Fasern bezeichnet werden und ein Verbundmaterial theoretisch auch Einzelfasern anstelle von Bündeln oder Seilen aufweisen könnte, werden die Elemente 16 der Einfachheit halber als Fasern bezeichnet, welches die am meisten verbreitete Bezeichnung ist.
  • Die Bänder können in die Form einer Tafel 12 gebracht werden, wie in Figur 4 gezeigt. Zur Bildung einer Tafel werden mehrere Lagen 14 der Bänder übereinander gelegt, wie aus Figur 5 und 9 deutlicher ersichtlich ist. Der Stapel wird dann unter Aufbringung eines Preßdruckes erhitzt. Dieser Vorgang verursacht ein gegenseitiges Verbinden der aneinandergrenzenden Lagen 14 und des Binders. Nach dem Ausformen wird die Tafel 12 gekühlt. Hiermit wird eine feste Verbundtafel mit den genannten angestrebten Eigenschaften erzeugt.
  • Um aus dem Material ein Befestigungselement zu erhalten, wird ein Abschnitt oder Stab 18 an einer Kante der Tafel abgeschnitten, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Der Stab 18 kann dann bearbeitet werden, indem man ihn auf einer Drehbank abdreht oder ihn abschleift, und ihn dann in kürzere Stücke zerschneidet, um einen zylindrischen Stab 20 zu erzeugen, wie er in Figur 6 gezeigt ist.
  • Die Figuren 7a bis 7c zeigen die schrittweise Herstellung einer einzelnen Niete. Der Stab 22 mit quadratischem Querschnitt wird auf einer Drehbank abgedreht oder geschliffen, um einen zylindrischen Rohling gemäß Figur 7b zu erzeugen. Der Rohling kann dann zur Bildung eines Kopfes erhitzt und zusammengedrückt werden, wie in Figur 7c und 8 gezeigt.
  • Mit den in allen Schichten oder Lagen des Bandes in derselben Richtung verlaufenden Fasern 16 bildet der Schichtkörper eine unidirektionelle, mit langen Fasern verstärkte Niete, wie sie aus Figur 8 und 10 ersichtlich ist. Es können andere Ausrichtungen zweckmäßig sein; z.B. kommt eine +45/-45/0 Schichtenlage in Frage. Die Lagenwinkel bezeichnen die Richtung der Fasern 16 in jeder einzelnen Bandlage gegenüber einer Nullinie. Diese Nullinie stimmt mit der späteren Längsachse der Niete überein. In Figur 11 besitzt die oberste Lage 65 einen +45-Winkel. Die zweite Lage 66 besitzt einen -45-Winkel, der 90º gegenüber der Lage 65 beträgt, und die untere Lage 67 hat einen Winkel von 0º oder keinen Winkel. Figur 12 zeigt, wie diese Faserwinkel zu einer Nullinie 68 und zu einem fertigen Befestigungselement liegen.
  • Wenn auch das Verfahren des Schichtenaufbaus und des Schneidens im Zusammenhang mit der Herstellung von Rohlingen zum Bilden der Niete gemäß Figur 8 verdeutlicht worden ist, so können geeignete Rohlinge in gleicher Weise auch aus zahlreichen thermoplastischen Stoffen und fortlaufenden Fasern mit dem Zieh-Strangpreßverfahren hergestellt werden, welches ein allgemein bekanntes Verfahren in der Kunststoff industrie darstellt.
  • Unter neuerlicher Bezugnahme auf Figur 1 ist die in das Werkstück 15 eingesetzte Miete 10 ersichtlich, die von einer solchen Länge ist, daß ihr Ende 11 über die Oberseite 17 um etwa das Dreifache des Durchmessers des Werkstückschaftes 13 vorsteht. Ferner ist in Figur 1 und 2 ein geeignetes Werkzeug 38 gezeigt, um die gewünschte Stauchung der Miete vorzunehmen.
  • Das Werkzeug 38 weist einen Amboß 40 auf, der in dem unteren Ende einer längsverlaufenden Spindel 42 angebracht ist. Das obere Ende der Spindel ist mit einem (schematisch dargestellten) Mechanismus in Eingriff, um die Spindel mit beträchtlichen Geschwindigkeiten zu drehen. Das untere Ende der Spindel ist von einer Buchse 46 umgeben, die durch Schrauben oder andere geeignete Mittel mit einer Abdeckung 48 verbunden ist, welche das untere Ende der Buchse und der Spindel mit dem darin befindlichen Amboß umgibt und in einer Stellung, wie in Figur 1 gezeigt, über das unter Ende des Ambosses hinausragt. Zwischen dem oberen Ende der Abdeckung und einer Schulter der Buchse liegt ein Abstandshalter 49. Eine Schraubenfeder 50 umgibt einen Teil der Spindel und liegt zwischen der Buchse und dem unteren Teils eines Axiallagers 52, in welchem die Spindel gehalten wird. Die Feder drückt dadurch die Buchse und die Abdeckung ständig nach unten in eine Richtung, um die Abdeckung über den Amboß hinaus vorzudrücken. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die Abwärtsbewegung der Buchse und der Abdeckung dadurch begrenzt wird, daß das untere Ende der Buchse mit dem erweiterten unteren Ende des Ambosses in Eingriff kommt. Zusätzlich zu der drehbaren Anbringung der Spindel ist das gesamte Werkzeug durch eine (schematisch dargestellte) geeignete Einrichtung 51 axial bewegbar, und die Abdeckung und die Spindel können sich axial und in Drehrichtung gegeneinander bewegen.
  • Das untere Ende des Ambosses hat einen inneren Hohlraum oder eine Ausnehmung 54 mit einer inneren Rotationsfläche in der gewünschten Form eines gestauchten Kopfes, der an der Niete ausgebildet werden soll. Der Hohlraum hat eine kegelstumpfförmige Gestalt mit einer unteren Öffnung größeren Durchmessers, die in ein oberes Ende mit kleinerem Durchmesser übergeht.
  • Um eine Stauchung vorzunehmen, wird zunächst die Achse 56 des Werkzeuges mit dem Amboß mit der zu stauchenden Niete ausgerichtet. Dann wird die Spindel mit einer geeigneten Geschwindigkeit, beispielsweise mit 3.000 Upm, gedreht, und das gesamte Werkzeug wird mit einer vorgegebenen Voschubgeschwindigkeit auf die Niete und das Werkstück zu bewegt.
  • Gemäß Figur 2 kommt das untere Ende der Abdeckung 48 mit der Oberseite 17 des Werkstückes 15 in Kontakt, während der Amboß 40 und die Spindel 42 sich weiter drehen und sich dem Nietenende 11 nähern. Die Feder 50 hält die Abdeckung 48 in Kontakt mit dem Werkstück 15. Das Axiallager 52 ermöglicht ein Drehen der Spindel, während die Abdeckung 48 stationär bleibt.
  • Wenn der rotierende Amboß 40 mit dem Ende 11 der Niete in Berührung kommt, wird er durch einen geeigneten Druck in Kontakt damit gehalten, so daß die Reibung zwischen dem Amboß und der Niete Hitze erzeugt, ohne zunächst den kalten Teil des Schaftes 13 zu verformen. Wenn die Schmelztemperatur der Niete erreicht ist (ungefähr 330ºC (625ºF) im Falle von PEEK), beginnt der geschnmolzene Teil der Niete zu verlaufen. Unter dem weiteren Einfluß von Druck und Reibung wird die gestauchte Niete fortlaufend geformt. Das geschmolzene PEEK-Matrixmaterial und die Verstärkungsfasern werden nach unten und auswärts gedrückt, bis eine weitere Bewegung nach unten und außen durch den innerhalb der Abdeckung vorhandenen Raum begrenzt wird. Wie erwähnt, ist das Volumen des vorstehenden Endes größer als das Volumen des Hohlraums, so daß das geschmolzene Material radial nach außen gedreht oder gesponnen wird, um einen geschmolzenen Grat zu bilden. Dieser Grat wird zu einer Scheibe, die den Vorschub des Ambosses begrenzt. Die Scheibe verstärkt außerdem die fertiggestellte Verbindung in dem Werkstück.
  • Die Reibungserwärmung, das Schmelzen und Verlaufen gehen weiter, bis das vorhandene Volumen des Nietenendes in einen volumengleichen Raum verformt worden ist, der von dem Amboßprofil, der Innenwand der Abdeckung und der Oberseite 17 des Werkstückes 15 definiert wird.
  • Hiernach wird die Drehung der Spindel 42 unterbrochen, jedoch wird der Druck auf den Amboß 40 beibehalten, bis die Temperatur des verformten Materials in dem gestauchten Kopf 19 ausreichend weit unter den Schmelzpunkt des PEEK-Materials gefallen ist (z.B. 205ºC (400ºF) oder weniger), worauf das Werkzeug weggenommen werden und mit dem Stauchen einer zweiten Niete begonnen werden kann.
  • Das eingesetzte Befestigungselement und die fertiggestellte Verbindung sind aus Figur 3 ersichtlich. Wie erkennbar, hat das zum Kopf 19 gestauchte Ende eine kegelstumpfförmige Gestalt, bei der der kleinere Durchmesser am oberen Ende des Kopfes konisch in einen großen Durchmesser übergeht, bevor er sich in einen nach außen erstreckenden Flansch oder eine Scheibe 21 erweitert. Der Schaft 13 des Befestigungsteils ist in Figur 2 und 3 vergleichbar zu Figur 8 mit schematisch angedeuteten Faserlinien dargestellt, die während des Stauchens des Endes im wesentlichen unverändert bleiben. Der gestauchte Kopf ist dagegen in der üblichen Kreuzschraffierung gezeigt, da die Fasern in einem vergrößerten Querschnitt eines Prototyps verformt und undeutlich erscheinen.
  • Das dargestellte Werkzeug ist ein experimenteller Prototyp. Es ist damit zu rechnen, daß es noch weiterentwickelt wird. Zum Beispiel ist anzustreben, daß das Werkzeug zu Beginn des Arbeitsablaufs warm ist, so daß der Wärmetransfer auf die Niete beschleunigt werden kann. Es kann somit eine Einrichtung vorgesehen werden, um das Werkzeug unabhängig von der Reibung vorzuheizen. Desgleichen ist es wünschenswert, daß unmittelbar nach dem Formen des gestauchten Kopfes und der Beendigung des Drehens das Kühlen des gestauchten Kopfes und des Werkzeugs so schnell wie möglich erfolgt. Deshalb können an der Abdeckung 48 Kühlrippen angebracht werden, und desgleichen können auch die Spindel 42 und der Amboß 40 gekühlt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Verformen des durch ein Werkstück (15) hindurchragenden Endstückes (11) eines Nietschafts (13), welcher aus Verbundwerkstoffen mit vielen langen Fasern (16) gebildet ist, die durch ein thermoplastisches Bindemittel zusammengehalten werden, gekennzeichnet durch die Schritte:
Drücken eines rotierenden Amboß (40) gegen das Ende des Endstückes (11), um die Bindemittel durch Reibung ausreichend zu erwärmen, so daß das Bindemittel schmilzt oder erweicht und sich zusammen mit den benachbarten Enden der Fasern (16) verformt, welche nach außen um die Drehachse (56) zu einem gestauchten Kopf (19) versponnen sind, dessen Durchmesser in ausreichendem Maße größer als der Schaft (13) ist, um ein Abziehen des Befestigungselementes (10) vom Werkstück (15) zu verhindern; und
Abheben des Amboß (40) vom gestauchten Kopf (19).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (40) einen auf dessen Endfläche, welche in das Endstück (11) eingreift, ausgebildeten Hohlraum (54) aufweist und daß der Verformungsschritt weitergeführt wird, bis das verformte Endstückmaterial den Hohlraum (54) auffüllt, wobei der gestauchte Kopf (19) in die Form des Hohlraumes ausgestaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (40) eine den Hohlraum (54) umgebende ringförmige Endfläche aufweist und daß der Hohlraum (54) im Verhältnis zum Volumen des Endstückes (11) derart dimensioniert ist, daß während des Verformungsschrittes Bereiche (21) des verformten Endstückes (11) vom Hohlraum (54) nach außen versponnen und zwischen der ringförmigen Oberfläche und der benachbarten Oberfläche (17) des Werkstückes (15) abgeflacht und komprimiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (54) kegelstumpfförmig mit einem geschlossenen Ende und einem größeren offenen Ende ist, wodurch der Zugang auf das Endstück (11) und das Entfernen vom deformierten Kopf (19) erleichtert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende des Hohlraumes (54) einen Durchmesser aufweist, welcher ungefähr das 1,3-fache des Durchmessers des Schaftes (13) beträgt und daß das geschlossene Ende des Hohlraumes (54) einen ungefähr dem Schaftdurchmesser entsprechenden Durchmesser aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Bereiches (11) des Schaftes (13), welcher anfänglich über das Werkstück (15) vorsteht, ungefähr das 3-fache des Durchmessers des Schaftes (13) beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des gestauchten Kopfes (19), welcher über das Werkstück (15) vorsteht, geringfügig kleiner als das eineinhalbfache des Durchmessers des Schaftes (13) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß (40) in seiner Endfläche einen Hohlraum (54) mit einer Rotationsinnenfläche aufweist, die in der Form des erwünschten gestauchten Kopfes (19) ausgestaltet ist, und daß der Rotationsschritt um die Achse (56) der Rotationsfläche ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen stattfindet, nachdem der gestauchte Kopf ausreichend abgekühlt ist, so daß er aushärtet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen beibehalten wird, bis der gestauchte Kopf (19) ausreichend abgekühlt ist, so daß er ausgehärtet.
11. Verfahren zum Ausbilden einer Verbindung durch ein Verbund-Befestigungselement mit einem Schaft, welcher viele lange Fasern (16) aufweist, welche durch ein thermoplastisches Bindemittel zusammengehalten werden, mit den Schritten: Anordnen mehrerer Werkstückelemente, ausbilden einer Durchgangsöffnung durch jedes Werkstückelement, Ausrichten der Öffnungen, um eine Werkstückbohrung auszubilden, Einfügen des Befestigungselementschaftes (13) durch die Werkstückbohrung, Drücken eines hergestellten Kopfes (24) auf das Befestigungselement (10) gegen das Werkstück (15), und Anordnen eines Amboß (40) zum Stauchen des Endstückes (11) des Befestigungselement-Schaftes (13) gegen das Werkstück, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Ausbilden eines Hohlraumes (54) auf der Endfläche des Amboß, welche durch eine Rotationsinnenfläche festgelegt ist, die in der kompletten Form eines gewünschten Befestigungselement-gestauchten Kopfes (19) ausgebildet ist, Drehen des Amboß um die Achse (56) der Rotationsfläche, Drücken des Amboß gegen das Befestigungselement-Endstück (11), wobei die Achse der Umdrehungsfläche mit der Längsachse des Endstückes ausgerichtet ist, Stauchen des Endstückes bis dessen Material den Hohlraum ausfüllt, so daß der gestauchte Kopf (19) ausgebildet wird, Anhalten der Rotation des Amboß (40) während das Drücken des Amboß gegen den gestauchten Kopf fortgesetzt wird, und Abheben des Amboß von dem gestauchten Kopf, nachdem dieser sich unter die Schmelztemperatur des Bindemittels abgekühlt hat.
12. Verbindung mit einem Werkstück (15) und einem Befestigungselement (10), welches aus langen Verstärkungsfasern (16) ausgebildet ist, die durch ein thermoplastisches Material zusammengehalten werden, wobei das Befestigungselement (10) einen werkstattgeformten gestauchten Kopf (19) aufweist, der in eine Oberfläche (17) des Werkstückes (15) eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß der gestauchte Kopf (19) physikalische Eigenschaften aufweist, die von den Eigenschaften des Schaftes (13) der Befestigungselemente (10) aufgrund der Verformung durch Reibungswärme und Druck durch den rotierenden Amboß (40) abweichen, welcher gegen ein vorstehendes Ende (11) des Befestigungselementes (10) während der Rotation des Amboß (40) gepreßt wurde.
13. Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der gestauchte Kopf (19) kegelstumpfförmig ist und einen nach außen verlaufenden scheibenförmigen Flansch (21) aufweist, der in das Werkstück (15) eingreift und einstückig mit dem Befestigungselement-Schaft (13) und dem kegelstumpfförmigen Bereich ausgebildet ist, wobei der Flansch (21) Faserenden aufweist, die nach außen während der Verformung des Kopfes (19) versponnen wurden.
14. Verbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gestauchte Kopf (19) einen nach außen verlaufenden scheibenförmigen Flansch (21) aufweist, der in das Werkstück (15) eingreift und einstückig mit dem Befestigungselement-Schaft (13) und dem gestauchten Kopf (19) ausgebildet ist, wobei der Flansch (21) Faserenden aufweist, welche während der Verformung des Kopfes (19) nach außen versponnen wurden.
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