DE7400919U - Befestigungseinrichtung - Google Patents

Description

Befestigungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung und bezieht sich insbesondere auf eine dichtende Befestigungseinrichtung zum Befestigen eines dünnen Werkstückes an einer Unterlage.

Auf dem Gebiet der Ausbildung von Gebäudeaußenfassaden hat sich in den letzten fünfundzwanzig Jahren ^ine größere Veränderung durch den Wechsel von einer Holz-auf-Holz-Bauweise zu einer Blech-auf-Holz- oder Blech-auf-Stahl-Bauweise ergeben. Holz hat die Eigenschaft, um ein Befestigungsmittel herum dicht abzuschließen. Bei der Anbringung von Blechverkleidungen muß jedoch zur Erzielung einer einwandfreien Abdichtung unter dem Kopf des Befestigungsmittels ein elastisches Dichtglied angebracht sein. Derzeit verwendete Unterlegscheiben aus Neopren und O-Ringe sind hochdruckelastische Dichtungen, besitzen jedoch keine guten Dehnungseigenschaften oder einen guten Widerstand gegen Rutschen oder Gleiten. Ein Nagel, der als Befestigungsmittel in feuchtes Holz eingetrieben ist, wird beim Trocknen des Holzes häufig bis zu etwa 1,3 mm aus dem Holz heraustreten und die Verbindung undicht machen. Werden als Befestigungsmittel Schrauben mit motorisch angetriebenen Schraubwerkzeugen eingeschraubt, besteht insbesondere bei Großserienfertigung oder

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Akkordarbeit die Gefahr, daß das Befestigungsmittel zu stark oder zu schwach angezogen wird. In beiden Fällen kann es bei Verwendung der üblichen Befestigungseinrichtung ebenfalls zu Undichtheiten kommen.

Befestigungsmittel an sich mit einem üb=r eine konische oder gekrümmte Fläche an den Schaft angeschlossenen Kopf sind bereits bekannt und beispielsweise in der US-Patentschrift 3 221 588 beschrieben. Jedoch werden diese Befestigungsmittel ohne elastische Unterlegscheiben für verschiedene Anwendungsfälle eingesetzt und erfüllen in ihrem jeweiligen Milieu verschiedene Aufgaben. Außerdem sind Befestigungsmittel mit einstückig oder fest angeschlossenen Unterlegscheiben, beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 247 752 bekannt, jedoch wirken derartige Befestigungsmittel und der Unterlegscheibenteil nicht in der Weise aufeinander ein wie bei der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine wirtschaftlich herstellbare Befesiägungseinrichtung zu schaffen, die die gestellten Forderungen in besonders zuverlässiger Weise erfüllt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer aus einem Befestigungsmittel, wie z.B. ein Nagel, eine Schraube, ein Stift, ein Niet ο.dgl., und einer Unterlegscheibe bestehenden Befestigungseinrichtung gelöst, die eine enge mechanische Verbindung zwischen dein dünnen Y/erkstück und der Unterlage und im Bereich dieser Verbindung eine verbesserte Abdichtung schafft. Dies trifft auch in den Fällen zu, wo ein Nagel aus der Unterlage heraustritt oder eine Sehraube zu schwach angezogen ist. Zudem ist durch das Aufeinandereinwirken des Befestigungsmittels und der Unterlegscheibe etwa mögliches Überdrehen oder zu starkes Anziehen ausgeschlossen. Auch bei Eintreiben, Einschrauben o.dgl. unter einem Winkel läßt sich mit der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung eine

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ausreichende Abdichtung erzielen. Das Befestigungsmittel drängt das dünne Werkstück durch Umbiegen (Ausbördeln) in die Unterlage, um die mechanische Verbindung und die Abdichtunq zu verstärken und den Schubwiderstand zu erhöhen. Eine bevorzugte Ausbildungsform des Kopfes des Befestigungs-._ mittels erlaubt ein gesichertes unmittelbares Ausrichten des Befestigungsmittels und ein selbsttätiges schnelles Außereingriffbringen eines Antriebswerkzeuges vom Befestigungsmittel. Als Ergebnis der verbesserten mechanischen Haltekraft und des erhöhten Abdichtungsvermögens der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung lassen sich in Verbindung mit Unterlegscheiben verwendete übliche, beträchtlich größere Befestigungsmittel durch Befestigungsmittel mit kleinen Abmessungen ersetzen.

Diese verbesserten Ergebnisse sind bei der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung durch das Aufeinandereinwirken eines schalltrichterförmigen Übergangsstückes zwischen dem Kopf und dem Schaft und der elastischen Unterlegscheibe erzielt. Die Unterlegscheibe liegt unter Reibschluß am Schaft des Befestigungsmittels an. Beim Eintreiben des Befestigungsmittels in ein dünnes Werkstück und in eine Unterlage wirken die Unterlegscheibe und das schalltrichterförmige Übergangsstück aufeinander eiii.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung, bei der das Befestigungsmittel in Gestalt eines Nagels in teilweise eingetriebenem Zustand dargestellt ist.

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Fig. 2 eine Schnittansicht der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung in teilweise eingedrungenem oder teilweise aus der Unterlage herausgezogenem oder herausgedrängtem Zustand,

Fig. 3 eine Schnittanninht der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung, bei der das Befestigungsmittel in Gestalt einer Schraube in voll eingedrungenem Zustand dargestellt ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht der Befestigungseinrichtung • nach der Erfindung bei unter einem Winkel in das Werkstück und die Unterlage eingedrungenem Befestigungsmittel, und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine spezielle Ausbildungsform des in der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung verv/endbaren Kopfes des Befestigungsmittels.

Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Be: .^igungseinrichtung nach der Erfindung ist in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet und aus einem Befestigungsmittel 11 und einer elastischen Unterlegscheibe 14 zusammengesetzt. Das Befestigungsmittel 11 weist einen Kopf 16 und einen Schaft 12 auf, die mit einem gekrümmten Übergangsstück 13 aneinander angeschlossen sind. Das Übergangsstück 13 geht zur Vermeidung einer definierten Trennstelle allmählich in-<Len Schaft 12 über. Das Übergangsstück 13 ist entlang eines evolventenförmigen Radius gekrümmt, läßt sich jedoch leichter als von der Form des Schalltrichters oder Schallbechers eines Signalhornes beschreiben und wird nachfolgend als schalltrichter- bzw. schallbecherförmig bezeichnet.

Der Schaft 12 des Befestigungsmittels 11 kann die Gestalt eines Nagels (Fig. 1), einer Schraube (Fig. 3)> eines Nietes, eines Stiftes oder eines beliebigen anderen geeigneten Befestigungsmittels haben, das zum Befestigen eines dünnen

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Werkstückes an einer Unterlage verwendet wird. Der in Fig. 1 dargestellte Nagel weist eine Mehrzahl von herkömmlich ausgebildeten Haltenuten 18, der Schaft 12 der in Fig. 3 gezeichneten Schraube eine Mehrzahl von herkömmlichen Gewindegängen 21 auf.

Der Kopf 16 des Befestigungsmittels kann ebenfalls mit vielfältig verschiedener Gestalt und Konfiguration ausgebildet sein. Fig. 2 bis 5 zeigen eine bevorzugte Ausbildungsform des Kopfes 16 des Befestigungsmittels. Der Kopf 16 weist einen durch ebene Flächen 20 bestimmten sechseckigen Außenumfang auf, wobei die ebenen Flächen 20 untereinander durch kurze bogenförmige Flächen 26 verbunden sind (Fig. 5). Der Kopf 16 ist zum Einsetzen eines Eintreibwerkzeuges mit einer tiefen Ausnehmung in Gestalt eines Kreuzes 19 versehen. Die Kombination der kreuzförmigen Ausnehmung 19 mit dem sechseckigen Außenumfang 20 erlaubt ein unmittelbares Ausrichten des Befestigungsmittels, das dadurch für motorisch angetriebene Eintreibwerkz.eugß geeignet ist. Der Befestigungsirdttelkopf 16 ist verhältnismäßig dünn oder von geringer axialer Ausdehnung A (Fig. 1). Der dünne Kopf 16 läßt sich so weit eintreiben, daß er mit der elastischen Unterlegscheibe 14 flächengleich abschließt (Fig. 3). Durch die Gechskantflächen 20 wird die Belastung am Außenumfang des Kopfes 16 aufgenommen, um, wie nachstehend näher erläutert, zu starkes Eintreiben zu verhindern.

Die Unterlegscheibe 14 ist normalerweise eine flache Unterlegscheibe aus einem elastischen "'erkstoff, beispielsweise aus einem Vinyl-Kunststoff, wie z.B. PVC, Andere elastische Werkstoffe, wie z.B. Neopren, sind verwendbar. Da jedoch die Unterlegscheibe 14 und das schallbecherförmige Übergangsstück 13 aufeinander einwirken, sind mit billigeren elastischen Werkstoffen immer noch die gegenüber den in Verbindung mit den derzeit benutzten Befestigungsmitteln verwendeten teureren Werkstoffen verbesserten Eigenschaften erzielbar.

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Die erfindungsgeraäß ausgebildete Befestigungseinrichtung 10 findet speziell "beim Verbinden eines dünnen Werkstückes 25 mit einer Unterlage 17 Anwendung. Dieses dünne Werkstück ist normalerweise aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium. Die Unterlage 17 ist normalerweise ein Bauwerksteil aus Holz oder Stahl.

Die Unterlegscheibe 14 liegt unter Reibschluß am Schaft 12 des Befestigungsmittels 11 an und ist normalerweise mit sehr kleinem Abstand unter dem schallbecherförmigen Übergangsstück 13 angeordnet. Beim Eintreiben des Befestigungsinittels 11 in das dünne Werkstück 25 und die Unterlage 17 gleitet die Unterlegscheibe 14 nach oben, um mit dem schallbecherförmigen Übergangaäück 13 zusammenzuarbeiten bzw. auf dieses einzuwirken (Fig. 1). Bei weiterem Eintreiben des Befestigungsmittels 11 wölbt sich die ebene Unterlegscheibe 14 im Bereich des Übergangsstückes 13 nach oben, wie in Pig. 2 in übertriebener Darstellung gezeigt ist. Bei weiterem Eintreiben des Befestigungsinittels 11 in die in !Fig. 3 gezeichnete Endstellung geschehen mehrere Dinge. Das schallbecherförmige Übergangsstück 13 tritt aus der Unterseite der Unterlegscheibe 14 aus und verformt das dünne Werkstück 25 ähnlich wie beim Ausbördeln in der Weise, daß der erhaltene verformte Teil oder Innenbördel 22 des dünnen Werkstückes 25 in die Unterlage 17 eindringt. Das Ergebnis hiervon ist, daß das schallbecherförmige Übergangsstück 13 das Befestigungsmittel 11 gegen das Werkstück 25 abstützt. Dies unterscheidet sich von der Verwendung einer Schraube oder eines Nagels mit einem an der Unterseite ebenen Kopf, wobei die Unterlegscheibe 14 zwisehen dem Kopf und dem dünnen Werkstück gequetscht wird. Das schallbecherförmige Übergangsstück 13 drückt ebenfalls nach unten auf den Werkstoff der Unterlegscheibe 14, um diese mit ihrer Unterseite zur abdichtenden Anlage am Werkstück 25 zu bringen. Durch die Konfiguration des schallbecherförmxgen Übergangsstückes wird der elastische Werkstoff der Unterlegscheibe 14 im Bereich um das vom Befestigungsmittel 11 im

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Werkstück 25 und in der Unterlage 17 ausgebildete Loch kräftig zusammengedrückt.

Das"Befestigungsmittel 11 wird so weit eingetrieben, daß sein Kopf 16 mit der Oberseite der Unterlegscheibe 14 flächengleich abschließt. Bei Benutzung eines automatischen Eintreibwerkzeuges, das an den Sechskantflächen 20 eines Befestigungsmittelkopfes 16 mit einem Steckschlüsselkopf angreift, löst sich das Eintreibwerkzeug selbsttätig vom Kopf 16, sobald dieser mit der Unterlegscheibe 14 flächengleich ist, da dann keine Verbindung mehr zwischen dem Steckschlüsselkopf des Eintreibwerkzeuges und dem Befestigungsmittelkopf besteht. Aufgrund des Aufeinandereinwirkens bzw. Zusammenwirkens zwischen dem schallbecherförmigen Übergangsstück 13 und der elastischen Unterlegscheibe 14 läßt sich das Befestigungsmittel 11 auch unter einem Winkel zum Werkstück 25 und su einer Unterlage 17 eintreiben und erzielt dennoch die angestrebte Verbindung und Abdichtung (Pig. 4).

Genauer ausgedrückt, beim Aufwärtsgleiten der Unterlegscheibe 14 entlang des schallbecherförmigen Übergangsstückes 13 spreizt sich die Unterlegscheibe an der oberen Innenfläche, wodurch die äußere untere Lippe nach unten gekehrt wird (Pig. 2). Dies führt zur Ausbildung einer Dichtmanschette, deren Höhe die anfängliche Dicke der Unterlegscheibe übersteigt. Drängt der Kopf 16 des Befestigungsmittels nach oben, wird daher die Unterlegscheibe 14 entlang des schau lbecherförmigen Übergangsstückes 13 nach unten gedrängt und hält dadurch die Abdichtung aufrecht (Pig. 2). Zudem wird die Unterlegscheibe 14 beim Aufwärtsgleiten am Übergangsstück unter Spannung gesetzt. Ein Werkstoff, wie z.B. Vinyl-Kunststoff, der verhältnismäßig wenig zusammendrückbar, jedoch hochelastisch ist, wird daher wieder die anfängliche ungedehnte Größe annehmen und dabsi weiterhin abdichten.

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Es wurden eine Reihe von Versuchen durchgeführt, die die unterschiedliche Wirkung des Zusammenarbeitens zwischen dem schallbecherförmigen Übergangsstück und einer elastischen Unterlegscheibe im Vergleich mit herkömmlichen Befestigungseinrichtungen zeigen. Die Ergebnisse dieser Versuche, die sich sowohl auf die mechanische Festigkeit als auch auf die Dichtheit bezogen, sind in Tabelle 1 bzw. 2 aufgeführt und nachfolgend näher erläutert. Jedes der aufgeführten Ergebnisse stellt den Mittelwert aus mehreren Versuchen dar.

Tabelle 1

Prüfung der mechanischen Festigkeit von aus Befestigungsmittel und Unterlegscheibe bestehenden Befestigungseinrichtungen

Versuch 1

Eindringwiderstand

Erfindung^emäß e Ausbildung

Schraube Nr. 6x1 S ehr aub e nk ο ρ f Durehm. etwa 7,937 mm

etwa 209,55 kp

Herkömmliche Ausbildung

Eingschaftnagel (ring shank nail) 9 Gauge, Länge etwa 44,45 mm, Hagelkopf-Durchm. etwa 12,7 mm

etwa 198,67 kp

Versuch 2
Haltekraft

bei etwa 15»875 mm Eindringtiefe etwa 1 55,' 58 kp

bei etwa 31,75 mm Eindringti efe etwa 81,2 kp

Versuch 3

Ablöse- oder

Trennfestigkeit etwa 158,75 kp

etwa 139,25 kp

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Tabelle 2

Dichtheitsprüfung von aus Befestigungsmittel und Unterlegscheibe bestehenden Befestigungseinrichtungen

Erfindungsgemäße Ausbildung

Vinyl-Kunststoff-Dichtung

Herkömmliche Ausbildung

Ringschaftnagel Neopren-Dichtung

Versuch 1

Metall gegen Holz bei etwa 76,2 mm WS

Versuch 2

Metall gegen Isolierstoff bei etwa 76,2 mm WS

= etwa 3,81 mm dicht

H^x= etwa 3,81 mm dicht

= flächengleich undicht-

H^x = flächengleich undicht

Versuch 3

Dichtungskraft (Dichtungsdruck) bei etwa 25,4 mm WS 152,5 ιωα Y/S

etwa 28,35 P etwa 28,35 P

etwa 907 ρ etwa 3629 P

H = Überstand des Schrauben- oder Nagelkopfes über die Dichtung bei nicht zusammengedrückter Dicke.

Der Versuch 1 in Tabelle 1 bezieht sich auf Versuche, die an einem an seinen Enden frei aufliegenden Stahlblech 29 Gauge von hoher Zugfestigkeit zur Bestimmung des Eindring- oder Durchschiebewiderstandes für die Befestigungseinrichtung in erfindungsgemäßer Ausbildung und für die herkömmliche Befestigungseinrichtung durchgeführt wurden. Die jeweiligen Proben wurden zvischen den starren Endauflagern in das Blech eingetrieben und vollständig durch dieses hindurohgeschoben. Die zum Versuch 1 ungegebenen Ergebnisse zeigen, daß der Kopf

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der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung größeren Durchschiebewiderstand bietet, obgleich sein Durchmesser nur etwa, 7,937 mm beträgt, gegenüber einem Kopfdurchmesser von etv/a 12,7 mm bei einem herkömmlichen Befestigungsmittel. Der Grund hierfür liegt in dem vom schallbecherförmigen Übergangsstück ausgebördelten Rand des Bleches, das, analog zu einem gerippten Blech, stärker ist. Der herkömmliche Ringschaftnagel besaß einen in üblicher V/eise gestalteten Kopf mit ebener Unterseite .

Versuch 2 in Tabelle 1 zeigt lediglich im Vergleich, wieviel Kraft aufgebracht werden muß, um die Schraube Nr. 6 bei einer Eindringtiefe von etwa 15,875 mm und einen Ringschaftnagel 9 Gauge, Länge etv/a 44,45 mm, bei einer Sindringtiefe von etwa 31»75 mm aus einem großen Tannenholzblock herauszuziehen. Bei einem Vergleich der Ergebnisse des Versuches 2 mit denen des Versuches 1 ergibt sich, daß sich die Befestigungseinrichtung nach der Erfindung leichter· aus Hüls herausziehen alc durch das dünne Blech hindurchschieben läßt. Dies trifft auch auf den getesteten herkömmlichen Ringschaftnagel zu.

Bei dem zur Prüfung der Ablöse- oder Trennfestigkeit durchgeführten Versuch 3 in Tabelle 1 werden die Wirkungen eines Sturmwindes o.dgl simuliert, wobei das Blech von einer Unterlage weggerissen wird und tatsächlich im Bereich des Befestigungsmittels einreißt und sich von diesem löst. Zum Durchführen des Versuches 3 wurde ein Stahlblech, 29 Gauge, von hoher Zugfestigkeit sowohl von einer erfindungsgsmäßen und einer herkömmlichen Befestigungseinrichtung abgelöst. Die Ergebnisse zeigen, daß trotz des kleineren Kopfdurchmessers des erfindungsgeirlßen Befestigungsmittels eine größere Kraft erforderlich war, um das Blech vom Befestigungsmittel zu lösen. Diese Verbesserung ist darauf zurückzuführen, daß der schallbecherförmige Kopf durch die elastische Unterlegscheibe hindurchdringt und tatsächlich am Blech anliegt, um die Abstützung und den Schubwiderstand zu verstärken.

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Die in Tabelle 2 enthaltenen Dichtheitsversuche dienten dem Vergleich zwischen einem Befestigungsmittel nach der Erfindung in Verbindung mit einer Unterlegscheibe aus Vinyi-Kunststoff und einem herkömmlichen Ringschaftnagel in Verbindung mit einer Neopren-Unterlegscheibe. Die Abmessungen dur verwendeten Befestigungsmittel wurden so gewählt, daß der endgültige Lochdurchmesser im Blech für alle Versuche gleich blieb. Beim Versuch 1 wurde ein dünnes Blech an einer Holzunterlage befestigt und das Befestigungsmittel dann so weit wieder herausgetrieben bis Lecken eintrat. Auf jedes Befestigungsmittel wurde ein zylindrisches Rohr mit einer Wassersäule von etwa 76,2 mm aufgesetzt. Zum Zeitpunkt der beginnenden Undichtheit wurde die Höhe des Befestigungsmittelkopfes über dem Metall (Blech) gemessen. Bei der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung wurden Anzeichen von Undichtheit bei einem Kopfabstand von etwa 3,81 mm festgestellt. Bis zu diesem Abstand blieb die Verbindung dicht. Beim herkömmlichen Ringschaftnagel mit Heopren-Unterlegscheibe trat Lecken ein, unmittelbar nachdem der Nagel in die freie Höhe (Dicke) der nicht zusammengedrückten Dichtung herausgetrieben war.

Eine Dichtheitsprüfung gleicher Art wurde bei einer Blech-Isolierstoff -Verbindung vorgenommen (Versuch 2, Tabelle 2). Die Ergebnisse waren die gleichen wie beim Versuch 1.

Zur Feststellung des Dichtung?druckes wurde eine aus einem Befestigungsmittel und einer Unterlegscheibe bestehende Befestigungseinrichtung freihängend durch ein dünnes Metall-Werkstück hindurchgeführt und sodann durch Anbringen von Gewichten am freien Ende des Befestigungsmittels belastet. Es wurde das Gewicht ermittelt, das erforderlich war, um gegen eine Wassersäule von etwa 25,4 bzw. etwa 152,5 mm in einem Rohr abzudichten. Aus den Ergebnissen des Versuches 3 wird deutlich, daß bei beiden Wassersäulenhöhen zur Abdichtung zwischen den Elementen der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung ein Gewicht von lediglich etwa 28,35 P erforderlich

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war. Diese Ergebnisse sind günstig im Vergleich mit den bei der Kombination aus Ringschaftnagel und Neopren-Unterlegscheibe benötigten Gewichten von etwa 907 bzw. etwa 3629 p.

LiG Dichtung wird, durch Shs durch Atisbördeln bewirkte Eindringen des dünnen Werkstückes in die Unterlage in so wirksamer V/eise unterstützt, daß nach vollständiger Entfernung der Befestigungseinrichtung nac?a der Erfindung in der Holzunterlage lediglich in dem vom Befestigungsmittel unterhalb des Metall-Bördels ausgebildeten Loch Feuchtigkeit bzv/. Fasse feststellbar ist. Außerdem wurde in praktischen Versuchen an Metall-Bedachungen an der Befestigungseinrichtung nach der Erfindung keine Leckstelle festgestellt, während bei herkömmlichen Befestigungseinrichtungen mit einem Befestigungsmittel und einer Unterlegscheibe unter gewöhnlichen Einsatabedingungen gewisse Undichtheiten auftraten.

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Claims (4)

Schutzansprüche

1. Befestigungseinrichtung zum Befestigen von dünnen Werkstücken, mit einem Befestigungsmittel mit Kopf wie z.B. einem Nagel, einer Schraube/ einem Stift, einem Niet o. dgl., und einer deesen Schaft unter Reibschluß umschlingende elastischen Unterlegscheibe, dadurch gekennzeichnet , daß der Kopf (6) des Befestigungsmittels (11) mit einem schallbecherförmigen Übergangsstück (13) allmählich in den Schaft (12) übergeht.

2. Befectigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (16) einen sechseckigen Außenumfangsrani von im Vergleich zum Kopfdurchmesser geringer axialer Dicke (A) aufweist.

3. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kopf (16) auf seiner Oberseite einen Kreuzschlitz (19) aufweist,

4. Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Erstreckung des Übergangsstücks (13) größer als die Dicke der Unterlegscheibe ist.

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