DE69509169T2

DE69509169T2 - Hülsenförmiges Befestigungselement und Streifen aus solchen Befestigungselementen

Info

Publication number: DE69509169T2
Application number: DE69509169T
Authority: DE
Inventors: Harish C. Gupta
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2015-06-17
Also published as: US5443345A; EP0688964A1; NO952444L; CA2151668C; DE69509169D1; NO952444D0; ATE179244T1; EP0688964B1; NO308328B1; ES2129759T3; CA2151668A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Befestigungssystem, welches ein Befestigungselement und einen polymeren Mantel aufweist, sowie auf einen Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen für ein, das Befestigungselement eintreibende Werkzeug, welches pneumatisch oder motorisch betrieben wird. Dieser Streifen aus Befestigungselementen sieht einen polymeren Träger mit einem polymeren Mantel für jedes Befestigungselement vor.
Eintreiberwerkzeuge, welche pneumatisch oder motorisch betrieben werden können, werden allgemein zum Eintreiben von Befestigungselementen, welche einen länglichen Schaft mit einem spitzzulaufenden Ende und einen Kopf aufweisen, verwendet. Typischerweise sind solche Befestigungselemente so konstruiert, daß sie gewaltsam durch ein Werkstück in ein Substrat getrieben werden können. Befestigungselemente dieser Art weisen Nägel auf, welche so konstruiert sind, daß sie gewaltsam in Holz getrieben werden können, und sehen Eintreibbolzen vor, welche so konstruiert sind, daß sie gewaltsam in Beton, Mauerwerk oder Stahl getrieben werden können. Als exemplarische Verwendung von Eintreibbolzen dieser Art ist die Befestigung von Metallkanälen, welche zum Anbringen von Gipsplattenwänden benutzt werden, an Stahlsubstraten zu nennen.
Wie in der Deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 524 782 erläutert, ist es bekannt, daß ein Befestigungselement der oben beschriebenen Art einen länglichen Schaft mit zwei Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers, nämlich einem dickeren Abschnitt, welcher an einen Kopf des Befestigungselementes grenzt, und einem dünneren Abschnitt, welcher an ein spitzzulaufendes Ende des länglichen Schaftes grenzt, aufweist.
In Ernst et al. U.S. Patent Nr. 5 069 340 und EP-A-0 502 667 wird ein Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen der oben erwähnten Art offenbart, welcher einen, aus polymerem Material gebildeten Träger vorsieht. Wie darin angegeben, ist Polypropylen ein bevorzugtes Material für den Träger. Wie darin dargestellt und beschrieben, ist jedes Befestigungselement durch einen Eintreibbolzen mit einem länglichen Schaft gleichen Durchmessers, außer an einem spitzzulaufenden Ende des Eintreibbolzens und außer an einem konisch erweiterten Abschnitt, wo der längliche Schaft an einen Kopf des Eintreibbolzens angrenzt, dargestellt.
Da die Treibkraft eines motorisch betriebenen Werkzeuges der in Nikolich 13. S. Patent Nr. 4 403 722, Nr. 4 483 280 und Re-32 452 erläuterten Art bei Betätigung der in Ernst et al U.S. Patent Nr. 5 069 340 offenbarten Eintreibbolzen typischerweise geringer ist als die Treibkraft eines Bolzenschießgerätes, für welches eine Pulverladung verwendet wird, war es bislang eine praktische Notwendigkeit, ein Bolzenschießgerät unter Verwendung einer Pulverladung zu benutzen, um einen solchen Stahlbolzen durch ein Stahlwerkstück in ein Substrat zu treiben.
Die vorliegende Erfindung sieht Verbesserungen gegenüber den in Ernst et al. U.S. Patent Nr. 5 069 340 dargestellten und beschriebenen Bolzen und Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen, im besonderen in Bezug auf die Fähigkeit von dem Streifen zugeordneten Bolzen, Stahl bei Antrieb durch ein motorisch betriebenes Werkzeug der in den oben erwähnten Nikolich Patenten erläuterten Art zu durchdringen, vor.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Befestigungssystem zum Anbringen eines Werkstückes an einem Substrat auf:
(a) ein Befestigungselement, welches einen länglichen Schaft mit einem spitzzulaufenden Ende und einem Kopf aufweist, wobei der Schaft eine Achse definiert sowie
(b) einen polymeren Mantel, welcher um den länglichen Schaft des Befestigungselementes vorgesehen ist, wobei der Mantel eine axial gemessene Ausgangslänge aufweist, welche der Mantel annimmt, wenn er um den Schaft, jedoch nicht axial zusammengedrückt angeordnet wird, wobei der Mantel eine axial gemessene, kritische Länge aufweist, bei welcher sich der Mantel spaltet, wenn dieser um den Schaft angeordnet und axial zusammengedrückt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft des Befestigungselementes zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers, nämlich einen, an den Kopf angrenzenden, dickeren Abschnitt und einen, an das spitzzulaufende Ende angrenzenden, dünneren Abschnitt aufweist, wobei der Schaft eine Schulter vorsieht, welche den dickeren und dünneren Abschnitt miteinander verbindet, und daß der dickere Abschnitt des Schaftes zwischen der anfänglichen und der kritischen Länge des Mantels eine Axiallänge aufweist.
Die vorliegende Erfindung macht sich eine Charakteristik des Befestigungselementes zunutze, nämlich diese, daß die Schulter von ihrer Beschaffenheit her das Befestigungselement zurückhält, wenn letzteres durch ein Werkstück in ein Substrat getrieben wird. Somit dringt die Schulter lediglich oberflächlich in das Substrat ein, wenn die Treibkraft des das Befestigungselement eintreibenden Werkzeuges für die gestellte Aufgabe nicht übermäßig hoch ist.
Ebenso macht sich die vorliegende Erfindung eine Charakteristik des Mantels zunutze, nämlich diese, daß der Mantel eine anfängliche, axial gemessene Länge aufweist, welche der Mantel annimmt, wenn er um den Schaft des Befestigungselementes angeordnet wird, und eine kritische, axial gemessene Länge vorsieht, bei welcher sich der Mantel spaltet, wenn dieser um den Schaft des Befestigungselementes angeordnet und axial zusammengedrückt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird in Betracht gezogen, daß der dickere Abschnitt des Schaftes zwischen der anfänglichen und der kritischen Länge eine axiale Länge aufweist. Somit wird der Mantel zwischen dem Kopf des Befestigungselementes und dem Werkstück axial zusammengedrückt, jedoch nicht gespalten, wenn das Befestigungselement durch das Werkstück in das Substrat getrieben wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Mantel einen, näher am Kopf vorgesehenen, oberen Abschnitt und einen, näher an dem spitzzulaufenden Ende vorgesehenen, unteren Abschnitt auf und sieht ein Paar diametral gegenüberliegende, außen offene, in gleicher Weise gebogene, konkave Aussparungen zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt vor, wobei jede Aussparung ein offenes Fenster aufweist, durch welches ein Abschnitt des Schaftes des Befestigungselementes sichtbar ist.
Die vorliegende Erfindung sieht ebenfalls einen Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen vor. Der Streifen weist mehrere Befestigungselemente, welche jeweils den in der vorhergehenden Zusammenfassung beschriebenen gleichen, sowie einen, aus einem polymeren Material gebildeten Träger auf Der Träger sieht einen, jedem Befestigungselement zugeordneten, separaten Mantel vor und ist zwischen den einzelnen Mänteln zerbrechlich. Jeder einzelne Mantel gleicht dem in der vorhergehenden Zusammenfassung beschriebenen, polymeren Mantel.
Begriffe wie "oberer" und "unterer" werden lediglich verwendet, um auf ein Befestigungssystem oder ein Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen in einer passenden Ausrichtung Bezug zu nehmen, jedoch nicht, um das Befestigungssystem bzw. den Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen auf eine bestimmte Ausrichtung zu beschränken.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 - eine fragmentarische, perspektivische Ansicht eines Metallkanales, welcher durch mehrere gleichartige, die vorliegende Erfindung verkörpernde Befestigungssysteme an einem Stahlsubstrat angebracht wird.
Fig. 2 - eine vergrößerte, zum Teil auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines Streifens aus aneinandergefügten Befestigungselementen, wobei der Streifen mehrere, die vorliegende Erfindung verkörpernde Befestigungssysteme vorsieht. Fig. 2 zeigt eine Seite des Streifens, wobei die gegenüberliegende Seite der dargestellten gleicht.
Fig. 3 - einen weiteren vergrößerten Querriß eines Befestigungssystemes, bei welchem das Befestigungselement mit Hilfe eines Treibers eines, das Befestigungselement eintreibenden Werkzeuges durch den Metallkanal in das Stahlsubstrat getrieben wurde. Der Treiber ist fragmentarisch dargestellt, während das Eintreiberwerkzeug in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Wie oben erwähnt, sieht die vorliegende Erfindung Verbesserungen gegenüber den in Ernst et al. U.S. Patent Nr. 5 069 340 dargestellten und beschriebenen Bolzen und Streifen aus aneinandergefügten Befestigungselementen vor.
Wie in Fig. 1 dargestellt, werden mehrere gleichartige Befestigungssysteme 10 verwendet, um ein Werkstück 12, wie zum Beispiel einen U-förmigen Kanal bzw. eine U-förmige Schiene aus weichem, verzinktem Stahl, an einem Substrat 14, wie zum Beispiel einem härteren Stahlträger, zu befestigen. Von einem Kanal dieser Art wird Gebrauch gemacht, um Gipsplattenwände (nicht dargestellt) in bekannter Weise zu montieren. In vielen Fällen weist ein solcher Kanal bzw. eine solche Schiene eine Nennstärke von 0,6 mm auf. In einigen Fällen weist ein solcher Kanal bzw. eine solche Schiene eine Nennstärke von 1,5 mm auf. Meistens tendieren solche Kanäle bzw. Schienen dazu, sich bei Belastung zu verschieben.
Jedes Befestigungssystem 10 weist ein Befestigungselement 20 mit einem länglichen Schaft 22 auf, welcher ein spitzzulaufendes Ende 24 und einen Kopf 26 vorsieht. Darüber hinaus weist der längliche Schaft 22 jedes Befestigungselementes 20 zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers, nämlich einen dickeren Abschnitt 30, welcher einen größeren Durchmesser D¹ (vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 2,85 mm) und eine axiale Länge von etwa 6,4 mm aufweist und an den Kopf eines solchen Befestigungselementes 20 angrenzt, und einen dünneren Abschnitt 32, welcher einen kleineren Durchmesser D² (vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 2,35 mm) aufweist und an das spitzzulaufende Ende 24 eines solchen Befestigungselementes 20 angrenzt, einen konisch erweiterten Abschnitt 34, wo der dickere Abschnitt 30 an den Kopf eines solchen Befestigungselementes 20 angrenzt, sowie eine konisch erweiterte Schulter 36 auf, welche die Schaftabschnitte 30, 32 miteinander verbindet. Wie dargestellt, ist jedes Befestigungselement 20 durch einen Eintreibbolzen dargestellt, welcher aus gehärtetem Stahl hergestellt ist.
Vorzugsweise wird das spitzzulaufende Ende 24 jedes Befestigungselementes 20 durch Trommelbearbeitung in einem Medium während eines Zeitraumes von mindestens zehn Stunden endbehandelt.
Jedes Befestigungssystem 10 weist weiterhin einen polymeren Mantel 40 auf, welcher dem Befestigungselement 20 eines solchen Befestigungssystemes 10 zugeordnet und um den länglichen Schaft 22 des zugeordneten Befestigungselementes 20 angeordnet ist. Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, wird der polymere Mantel 40 zwischen dem Kopf 26 des zugeordneten Befestigungselementes 20 und dem Werkstick 12 bei Eintreiben des zugeordneten Befestigungselementes 20 durch das Werkstück 12 in das Substrat 14 axial zusammengedrückt.
Wie in Figur. 3 dargestellt, wird jedes Befestigungselement mit dem zugeordneten Mantel 40, welcher um den Schaft 22 eines solchen Befestigungselementes 20 angeordnet ist, mit Hilfe eines Treibers 42 eines Eintreiberwerkzeuges, welches pneumatisch oder motorisch betrieben werden kann, eingetrieben. Der Eintreiber 42 gleicht dem in dem oben genannten Ernst et al Patent beschriebenen. Im Hinblick auf weitere Einzelheiten des Treibers und der zugeordneten Komponenten des Eintreiberwerkzeuges sowie auf weitere Informationen in Bezug auf pneumatisch oder motorisch betriebene Werkzeuge dieser Art, welche bereits bekannt sind, wird auf das oben genannte Ernst et al Patent verwiesen.
Jeder polymere Mantel 40 weist einen unteren, kreisförmigen Abschnitt 50 und einen oberen, im allgemeinen hexagonalen Abschnitt 52 auf, welcher in den oberen, kreisförmigen Abschnitt 50 integriert ist. Jeder polymere Mantel 40 greift den länglichen Schaft 22 des zugeordneten Befestigungselementes 20 mit dem unteren Abschnitt 50, welcher sich näher an dem spitzzulaufenden Ende 24 des erfaßten Schaftes 22 befindet, und dem oberen Abschnitt 52, welcher sich näher am Kopf 26 des zugeordneten Befestigungselementes 20 befindet. Jeder polymere Mantel 40 weist ein Paar diametral gegenüberliegende, in gleicher Weise gebogene, konkave Aussparungen 60 auf, von welchen jeweils eine in jedem polymeren Mantel in Fig. 2 dargestellt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtlänge des polymeren Mantels 40 etwa 9,5 mm.
Jede Aussparung 60 weist ein offenes Fenster 62 auf, durch welches ein Teil des länglichen Schaftes 22 des zugeordneten Befestigungselementes 20 sichtbar ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die verschiedenen Befestigungssysteme 10 in einem Streifen 70 aus aneinandergefügten Befestigungselementen 20 vorgesehen. Der Streifen 70 sieht zusammen mit den Befestigungselementen 20 einen Träger 72 vor, welcher aus dem oben erwähnten, polymeren Material gebildet wird. Der Träger 72 weist für jedes Befestigungselement 20 einen separaten, polymeren Mantel 40 auf und ist zwischen den jeweiligen Mänteln 40 zerbrechlich. Er gleicht dem Träger, der in dem oben angeführten Ernst et al Patent, auf welches im Hinblick auf weitere, hier nicht dargestellte bzw. beschriebene Einzelheiten verwiesen wird, dargestellt und beschrieben wird.
Wird das Befestigungselement durch ein Werkstück, wie zum Beispiel das Werkstück 12, in ein Substrat, wie zum Beispiel das Substrat 14 getrieben, ist es für das Befestigungselement 20 kennzeichnend, daß die konisch erweiterte Schulter 36 von ihrer Beschaffenheit her das Befestigungselement zurückhält. Somit dringt die konisch erweiterte Schulter 36 lediglich oberflächlich in das Substrat ein, wenn die Treibkraft des das Befestigungselement eintreibenden Werkzeuges für die gestellte Aufgabe nicht übermäßig hoch ist. Es kann empirisch festgestellt werden, ob die Schulter das Befestigungselement 20 zurückhält, was von solchen Faktoren wie der Größe des Befestigungselementes 20, der Oberflächenrauheit an dem spitzzulaufenden Ende 24 sowie an anderer Stelle des Befestigungselementes 20, den Charakteristiken des Werkstückes und des Substrats sowie der Treibkraft des das Befestigungselement eintreibenden Werkzeuges abhängig ist. Vorzugsweise wird, wie oben erwähnt, das spitzzulaufende Ende 24 durch Trommelbearbeitung des Befestigungselementes 20 in einem Medium während eines Zeitraumes von etwa zehn Stunden endbehandelt.
Darüber hinaus ist es eine Charakteristik des polymeren Mantels 40, daß dieser in einem Ausführungsbeispiel eine axial gemessene Ausgangslänge von etwa 9,5 mm aufweist, welche der polymere Mantel 40 annimmt, wenn er um den Schaft 22 des zugeordneten Befestigungselementes 20 angeordnet wird, und eine kritische, axial gemessene Länge vorsieht, bei welcher sich der polymere Mantel 40 spaltet (in einer, in dem oben genannten Ernst et al Patent dargestellten und beschriebenen Weise), wenn dieser um den Schaft 22 des zugeordneten Befestigungselementes 20 angeordnet und zwischen dem Kopf 26 des zugeordneten Befestigungselementes 20 und einem Werkstück, wie zum Beispiel dem Werkstück 12, axial zusammengedrückt wird. Die anfängliche und kritische Länge eines vorgegebenen, um den Schaft eines vorgegebenen Befestigungselementes angeordneten Mantels können empirisch ermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, daß der dickere Abschnitt 30 des Schaftes 22 jedes Befestigungselementes zwischen der anfänglichen und kritischen Länge des zugeordneten Mantels 40 eine axiale Länge aufweist. Mit anderen Worten, die axiale Länge des dickeren Abschnittes 30 ist höher als die kritische Länge des zugeordneten Mantels 40, jedoch geringer als die anfängliche Länge desselben. Somit wird der zugeordnete Mantel 40 bei Eintreiben des Befestigungselementes 20 durch ein Werkstück, wie zum Beispiel das Werkstück 12, in ein Substrat, wie zum Beispiel das Substrat 14, axial zusammengedrückt und zwischen dem Kopf 26 des Befestigungselementes 20 und dem Werkstück nach außen aufgeweitet, jedoch nicht gespalten, wenn die konisch erweiterte Schulter 36 das Befestigungselement 20 zurückhält.
Wenn beispielsweise die anfängliche Länge des polymeren Mantels 40 etwa 9,5 mm, die axiale Länge des dickeren Abschnittes 30 des zugeordneten Befestigungselementes 20 etwa 6,4 mm, die Nennstärke des Werkstückes 14 etwa 0,6 mm beträgt und die konisch erweiterte Schulter 36 das Werkstück passiert hat, kann der polymere Mantel 40 somit auf eine sich ergebende Länge von etwa 5,7 mm zusammengedrückt werden.
Folglich sieht der axial zusammengedrückte und zwischen dem Kopf 26 des Befestigungselementes 20 und dem Werkstück nach außen aufgeweitete, zugeordnete Mantel 40 eine zusammendrückbare Unterlegscheibe vor, welche dazu beiträgt, einem Herausreißen des Werkstückes aus dem Substrat, im besonderen dann, wenn das Werkstück einer Belastung unterworfen wird, durch welche das Werkstück leicht verschoben werden kann, standzuhalten.

Claims

1. Befestigungssystem (10) zum Anbringen eines Werkstückes (12) an einem Substrat (14) mit:

(a) einem Befestigungselement (20), welches einen länglichen Schaft (22) mit einem spitzzulaufenden Ende (24) und einem Kopf (26) aufweist, wobei der Schaft eine Achse definiert sowie

(b) einem polymeren Mantel (40), welcher um den länglichen Schaft (22) des Befestigungselementes vorgesehen ist, wobei der Mantel eine axial gemessene Ausgangslänge aufweist, welche der Mantel (40) annimmt, wenn er um den Schaft (22), jedoch nicht axial zusammengedrückt angeordnet wird, wobei der Mantel (40) eine axial gemessene, kritische Länge aufweist, bei welcher sich der Mantel spaltet, wenn dieser um den Schaft (22) angeordnet und axial zusammengedrückt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (22) des Befestigungselementes (20) zwei Abschnitte (30, 32) unterschiedlichen Durchmessers, nämlich einen, an den Kopf angrenzenden, dickeren Abschnitt (30) und einen, an das spitzzulaufende Ende angrenzenden, dünneren Abschnitt (32) aufweist, wobei der Schaft (22) eine Schulter (36) vorsieht, welche den dickeren und dünneren Abschnitt (30, 32) miteinander verbindet, und daß der dickere Abschnitt (30) des Schaftes (22) zwischen der anfänglichen und der kritischen Länge des Mantels eine Axiallänge aufweist.

2. Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei der Mantel (40) in nicht zusammengedrücktem Zustand einen, näher an dem Kopf (26) des Befestigungselementes (20) vorgesehenen, oberen Abschnitt und einen, näher an dem spitzzulaufenden Ende (24) des Befestigungselementes (20) vorgesehenen, unteren Abschnitt und zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt eine außen offene, gebogene, konkave Aussparung (60) aufweist.

3. Befestigungssystem nach Anspruch 2, wobei die Aussparung (60) zu einem Paar diametral gegenüberliegenden, in gleicher Weise gebogenen, konkaven Aussparungen (60) gehört.

4. Befestigungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede Aussparung (60) bzw. jede der Aussparungen (60) ein offenes Fenster (62) aufweist, durch welches ein Teil des Schaftes (22) sichtbar ist.

5. Streifen (70) aus aneinandergefügten Befestigungselementen, wobei dieser mehrere Befestigungssysteme aufweist, welche als Träger integriert ausgebildet und zwischen den einzelnen Mänteln (40) der Befestigungssysteme zerbrechlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungssysteme diesen nach den vorangegangenen Ansprüchen entsprechen.

6. System mit einem Stahlsubstrat (14), einem, gegen das Substrat (14) montierten Stahlwerkstück (12) sowie einem Befestigungssystem, wobei das Befestigungselement des Befestigungssystemes durch das Werkstück (12) in das Substrat (14) getrieben wird, so daß der Mantel (40) des Befestigungssystemes axial zusammengedrückt und zwischen dem Kopf (26) des Befestigungselementes und dem Werkstück (12) nach außen aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungssystem diesem nach den Ansprüchen 1 bis 4 entspricht, wobei das Befestigungselement so durch das Werkstück (12) in das Substrat (14) getrieben wird, daß sich die Schulter (36) des Befestigungselementes in etwa dort befindet, wo das Werkstück (12) gegen das Substrat (14) angelegt ist.

7. System nach Anspruch 6, bei welchem das Werkstück (12) mit einer Nennstärke zwischen 0,6 und 1,5 mm dünn ist und der Mantel (40) als zusammendrückbare Unterlegscheibe dient, welche einem Verschieben des Werkstückes (12) standhält.