EP1910063A1 - Befestigungselement zum einsetzen in eine bohrung - Google Patents

Befestigungselement zum einsetzen in eine bohrung

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Publication number
EP1910063A1
EP1910063A1 EP06776458A EP06776458A EP1910063A1 EP 1910063 A1 EP1910063 A1 EP 1910063A1 EP 06776458 A EP06776458 A EP 06776458A EP 06776458 A EP06776458 A EP 06776458A EP 1910063 A1 EP1910063 A1 EP 1910063A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fastening element
shaft
element according
ribs
bore
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06776458A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roger Stadler
Bekim Bajramaj
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sepitec Foundation
Original Assignee
Sepitec Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sepitec Foundation filed Critical Sepitec Foundation
Publication of EP1910063A1 publication Critical patent/EP1910063A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B21/00—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings
    • F16B21/06—Releasable fastening devices with snap-action
    • F16B21/08—Releasable fastening devices with snap-action in which the stud, pin, or spigot has a resilient part
    • F16B21/084—Releasable fastening devices with snap-action in which the stud, pin, or spigot has a resilient part with a series of flexible ribs or fins extending laterally from the shank of the stud, pin or spigot, said ribs or fins deforming predominantly in a direction parallel to the direction of insertion of the shank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B13/00—Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose
    • F16B13/02—Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose in one piece with protrusions or ridges on the shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B33/00—Features common to bolt and nut
    • F16B33/006—Non-metallic fasteners using screw-thread
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B35/00—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws
    • F16B35/04—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws with specially-shaped head or shaft in order to fix the bolt on or in an object
    • F16B35/06—Specially-shaped heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/04—Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates
    • F16B37/044—Nut cages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/12—Nuts or like thread-engaging members with thread-engaging surfaces formed by inserted coil-springs, discs, or the like; Independent pieces of wound wire used as nuts; Threaded inserts for holes
    • F16B37/122—Threaded inserts, e.g. "rampa bolts"

Definitions

  • the invention relates to a fastening element for insertion into a bore, which has an insertable into a bore, provided with a roughened and / or profiled surface shaft and optionally a stop collar.
  • fasteners are known for example from WO03 / 042551A2 or US2005 / 0025606A1.
  • These fasteners are made of a plastically deformable material, wherein the roughened and / or profiled shaft is inserted into the bore of a workpiece. After insertion, a bolt or a ball body is pulled or pushed through the opening in the shaft, whereby a plastic deformation of the shaft and usually the bore wall in the workpiece takes place. The outer wall of the roughened and / or profiled shank of the fastening element then engages positively in the wall of the bore.
  • the present invention has therefore set itself the task of creating a fastener of the type mentioned, which can be used without additional parts for a plastic deformation and still brings the required strength values when used in workpieces made of various materials with it.
  • the fastening element is formed from a possibly fiber-reinforced, elastically deformable material, wherein its shaft is inserted or inserted with elastic deformation into the bore in a force-fitting manner.
  • the shaft is formed as a solid profile. This is recommended if particularly large axial extraction forces are required. It then acts the whole full cross-section of the shaft for the elastic adhesion of the compound.
  • the shaft is designed as a tubular profile.
  • the fastening element can also be used in the region of the shaft for further possibilities, since a central passage opening is present.
  • the shaft is provided on its outer surface with ribs, grooves, knobs, shafts and / or gears.
  • the frictional connection can thereby be significantly improved, since these surface formations can deform elastically on all sides, so that just an optimal frictional connection with the wall of the hole can be achieved in the tool.
  • a variant embodiment provides that ribs extending at least approximately axially parallel to the central axis of the shank and having grooves or shafts running essentially transversely thereto are formed on the outer surface of the shank to form a kind of toothing. As a result, the section-wise or punctiform contact pressure is further improved and a release in the axial direction of the shaft or even a rotation relative to the workpiece is prevented.
  • a further embodiment provides that the ribs or nubs or waves or teeth protrude differently far in the radial direction. This creates zones with a larger and smaller elastic contact force, so that an optimal introduction of force from the fastening element into the workpiece is provided.
  • a further advantageous embodiment provides that in each case one or more narrow ribs with optionally toothings or shafts and one or more wider ribs with optionally toothings or waves alternately follow one another on the circumference of the shank. This also contributes to the formation of zones of different sizes of elastic contact force.
  • Another construction provides that a plurality of axially parallel aligned ribs are formed, with ribs running in each case between a few such ribs in the circumferential direction of the shaft. This results both in the axial direction of the shaft as well as in the circumferential direction of the same a special hold, since the elastic contact pressure is distributed according to this sense.
  • the nubs be in the form of pyramid or conical or truncated pyramid - or frustoconical elements are formed.
  • the ribs, grooves, knobs, shafts and / or toothings expire at an acute angle towards the end, at least at the end region of the shank.
  • the insertion of the shank of the fastener into the bore on the workpiece is much easier to accomplish.
  • the pressure required for the subsequent press-fitting is then fully used for setting the fastening element, so that after setting the optimum elastic adhesion can be achieved.
  • a further embodiment provides that one or more circumferential grooves, grooves od. Like. Are formed on the shaft in addition to the ribs, grooves, knobs, shafts and / or gears, wherein the diameter measured at the groove or groove bottom is smaller than that Diameter of the hole in the workpiece into which the shaft is to be inserted.
  • a special security against dillaminating be achieved because the contact area between the shaft and bore in the workpiece is reduced. This property is not only for thin-walled structures or workpieces, but is to be realized in the same way advantageous for thicker workpieces.
  • a further embodiment of a fastening element provides that the stop collar is followed by a cage-like holder for receiving a screw nut or a screw head.
  • the fastener can therefore also be used to hold other fasteners, especially since the fastener itself is sufficiently connected to the workpiece by elastic frictional connection.
  • a variant provides that on the stop collar on the side opposite the shaft, an axially aligned with the shaft threaded bolt integrally connected. It is thus the fastener itself equips with a threaded bolt, with which many connectivity can be solved.
  • FIG. 1 shows a fastener inserted into a workpiece, wherein the workpiece is shown cut away;
  • Figure 2 is a view of the fastener from the side.
  • Fig. 3 is a plan view of the fastener;
  • Figures 4 and 5 are perspective views of the fastener.
  • Figures 6, 7 and 8 different perspective views of a second embodiment of a fastener.
  • FIGS. 6, 7 and 8 show a view of the fastening element according to FIGS. 6, 7 and 8 from below;
  • FIG. 10 is a side view of a third embodiment of a fastener; 11 shows a view of the fastening element according to FIG. 10 from above; FIG.
  • FIG. 12 shows a fastening element according to FIGS.
  • FIGS. 13 and 14 show two perspective views of a fastening element according to FIGS. 10 to 12;
  • 15 shows an embodiment of the invention in which the fastening element has an axial length which is greater than the thickness of the workpiece or even in the case of thin-walled structures;
  • Fig. 16 shows an embodiment of the invention, in which the shaft additionally has a circumferential groove, which is still spaced from the bore wall in a workpiece during the elastic deformation of the shaft, even after the deformation.
  • a fastener 1 for insertion into a bore 2 of a workpiece 3 which has a bore 2 in the insertable, provided with a roughened and / or profiled surface 4 shaft 5 and optionally a stop collar 6.
  • the fastening element 1 is formed from an optionally fiber-reinforced, elastically deformable material.
  • the shank of the fastening element can be inserted or inserted in a force-fitting manner into the bore 2 with elastic deformation. It should superiors see an optionally fiber-reinforced plastic use. In the context of the invention, the most diverse plastic materials or plastic-like materials can be used.
  • fastening element can be deformed elastically, so that always a frictional connection between the shaft 5 and the wall 7 of the bore 2 in the workpiece 3 can be achieved.
  • the workpiece itself or else both the workpiece 3 and the fastening element 1 from an elastically deformable material and that advantageously from an optionally fiber-reinforced plastic.
  • the shaft 5 may be formed as a solid profile or as a tubular profile. These can be cylindrical profiles or profiles with different, adapted to the application cross-sectional shapes. Especially with a deviating from the cylindrical shape cross-sectional shape can be achieved in addition to the traction when inserting the fastener a form fit, thereby creating the ability to transmit correspondingly higher torques can.
  • the cross-section of the passage opening may be of the same shape or different from the cross-section of the outer boundary of the profile.
  • the shaft 5 is provided on its outer surface 4 with ribs 8, 9, grooves, knobs, shafts and / or teeth.
  • ribs 8 may be formed with substantially transversely extending grooves 10 to form a kind of teeth.
  • the ribs 8 or nubs or teeth collar differently far in the radial direction.
  • a plurality of axially aligned ribs 8 are formed, with 9 ribs extending between each of a number of such ribs 8 in the circumferential direction of the shaft 5.
  • nubs in the form of pyramidal or conical or truncated pyramidal or truncated cone shaped elements in addition to the ribs or else adjacent to the ribs.
  • the ribs 8, 9, grooves, knobs, shafts and / or teeth expire at least at the end of the shaft 5 at an acute angle to the end. As a result, a simpler introduction of the shaft 5 in the bore 2 on the workpiece 3 is possible.
  • the fastener 1 is inserted from the one side of the workpiece into the bore 2 in the workpiece 3, of course, a corresponding force is required to elastically deform the ribs 8, 9, grooves, knobs and / or gears or waves accordingly can.
  • a setting tool can be used, which acts only from one side or from both sides of the workpiece ago and optionally works with mating brackets.
  • an optimal frictional connection between the outer boundary 4 of the shaft 5 and the wall 7 of the bore 2 is created, which does not deteriorate even after prolonged use.
  • the elastic connection ensures a constant contact pressure, which can not be affected by shock, vibration or temperature changes. Even if the fastening element and the workpiece are formed from materials of different coefficients of expansion, this can not lead to a release of the connection.
  • the fastening element according to the invention can therefore be used in a preferred manner everywhere where it comes to particularly secure fasteners, so especially in aircraft and even in vehicle.
  • a use anywhere in mechanical engineering or in electrical engineering, but also in the chemical field is possible.
  • the passage opening 11 is expediently provided with a thread, so that here directly threaded elements, such as e.g. Screws, can be used.
  • a stop collar 6 which connects a cage-like holder 12 for receiving a movable nut or a screw head. It can thus be used here form-fitting further fasteners, which are then secured against rotation and in the axial direction against pulling out.
  • no additional clip for holding further fastening parts is required due to the special shaping possibility in the case of a plastic part.
  • a fastening element 1 is provided, in which the stop collar 6 on the opposite side of the shaft 5, an axis aligned with the shaft 5 aligned bolt 13 integrally connected.
  • This bolt 13 is formed as a threaded bolt so that other parts can be attached directly to it, for example, with a nut.
  • an inventive fastening element 1 can be used in a particularly advantageous manner even with relatively thin workpieces 3. This results in an overlap in the tip region of the workpiece, so that the fixation of the fastener is supported especially in thin-walled structures.
  • a plate-shaped or disk-shaped stop 14 may be arranged here at the top of the fastening element, ie on the stop collar 6 or instead of the stop collar, in order to additionally guarantee the bending and tear resistance.
  • the passage opening in the shaft 5 may of course be present and optionally have a thread.
  • the shaft 5 of the fastening element has an axial length which is greater than the thickness of the workpiece 3, the section 16 of the shaft 5 projecting on the rear side 15 of the workpiece 3 can reappear in the bore of the workpiece 3 after the elastic compression spread elastically to the outside.
  • the retention of the fastener 1 is therefore especially good for thin-walled structures, ie thin workpieces 3.
  • the design possibility shown here in FIG. 15 can also be used in the embodiments according to FIGS. 1 to 14. Even with these other constructions, a hitherto impossible fastening from one side has thus been achieved, especially with thin-walled structures.
  • a circumferential circumferential groove 17 is provided on the shaft 5, which groove is here formed in the end zone of the shaft 5 in order to reduce the contact area between the bore wall in the workpiece 3 and the shaft. Especially in this area, the frictional forces have then been reduced when setting the fastener. Precisely when using the fastening element in a workpiece made of a composite structure, it is thus possible to prevent a possible bursting of the last layers during the pressing in of the shank 5.
  • the groove 17 may also be arranged at a different location with respect to the axial length of the shaft 5, if at another point a specific zone is given, in which the frictional forces are to be reduced when setting the fastener.

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Abstract

Bei einem Befestigungselement (1) zum Einsetzen in eine Bohrung (2) eines Werkstückes (3) ist ein in eine Bohrung (2) einführbarer, mit einer aufgerauten und/oder profilierten Oberfläche (4) versehener Schaft (5) und gegebenenfalls ein Anschlagbund (6) vorgesehen. Das Befestigungselement (1) ist aus einem gegebenenfalls faserverstärkten, elastisch verformbaren Material gebildet ist, wobei dessen Schaft (5) unter elastischer Verformung kraftschlüssig in die Bohrung (2) einsetzbar oder eingesetzt ist.

Description

Befestigungselement zum Einsetzen in eine Bohrung
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum Einsetzen in eine Bohrung, welches einen in eine Bohrung einführbaren, mit einer aufgerauten und/oder profilierten Oberfläche versehenen Schaft und gegebenenfalls einen Anschlagbund aufweist.
Solche Befestigungselemente sind beispielsweise aus der WO03/042551A2 oder der US2005/ 0025606A1 bekannt. Diese Befestigungselemente sind aus einem plastisch verformbaren Material gefertigt, wobei der aufgeraute und/oder profilierte Schaft in die Bohrung eines Werkstückes eingeführt wird. Nach dem Einführen wird ein Bolzen oder ein Kugelkörper durch die Öffnung im Schaft hindurchgezogen oder -geschoben, wobei dadurch eine plastische Verformung des Schaftes und in der Regel auch der Bohrungswandung im Werkstück erfolgt. Die Außenwand des aufgerauten und/oder profilierten Schaftes des Befestigungselementes greift sodann formschlüssig in die Wand der Bohrung ein. Obwohl hier anstelle der früher erforderlichen zwei Blindniete zur Befestigung einer Annietmutter nur noch ein Nietvorgang für den Schaft selbst erforderlich ist, bedarf es doch entsprechender Verformungselemente und daher auch besonders ausgelegter Zug- und/oder Druckelemente zum Durchziehen oder Durchdrücken eines Bolzens oder einer Kugel usw. für die Verformung des Schaftes.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, ein Befestigungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ohne Zusatzteile für eine plastische Verformung einsetzbar ist und trotzdem die erforderlichen Festigkeitswerte beim Einsatz in Werkstücken aus verschiedensten Werkstoffen mit sich bringt.
Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass das Befestigungselement aus einem gegebenen- falls faserverstärkten, elastisch verformbaren Material gebildet ist, wobei dessen Schaft unter elastischer Verformung kraftschlüssig in die Bohrung einsetzbar oder eingesetzt ist.
Durch diese Maßnahmen wird eine optimale Halterung des Befestigungselementes in einem Werkstück erreicht, so dass auch die durch das Befestigungselement zu haltenden Elemente eine besonders gute Festlegung erfahren können. Durch diese Art der gegenseitigen Verbindung zwischen Befestigungselement und Werkstück ist gewährleistet, dass diese Verbindung sich auch nach langem Einsatz nicht löst, weil durch die elastische Verformung immer eine entsprechende Anpresskraft gegeben ist. Es ist ständig eine kraftschlüssige federnde Verbindung gegeben, so dass von einem „Federschluss" gesprochen werden kann. Außerdem ergibt sich ein wesentlicher Vorteil dadurch, dass das Befestigungselement zur Schwingungsdämpfung beiträgt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Befestigungselementes liegt darin, dass dieses aus einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Mit einem solcherart ausgeführten Befestigungselement können die elastische Verformung und eine ständige kraftschlüssige Verbindung gewährleistet werden. Außerdem ist eine wesentliche Gewichtsreduktion vorhan- den. Die Dämpfungseigenschaften sind optimal und außerdem ist eine ausgezeichnete Isolationswirkung gegeben, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn eine gegenseitige elektrische Isolierung vonnöten ist.
Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Schaft als Vollprofil ausgebildet ist. Dies ist dann zu empfehlen, wenn besonders große axiale Ausziehkräfte gefordert sind. Es wirkt dann der ganze volle Querschnitt des Schaftes für den elastischen Kraftschluss der Verbindung.
Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Schaft als Rohrprofil ausgebildet ist. Dadurch kann das Befestigungselement auch im Bereich des Schaftes für weitere Möglichkeiten eingesetzt werden, da eben eine mittige Durchgangsöffnung gegeben ist.
Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, dass der Schaft an seiner Außenoberfläche mit Rippen, Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen versehen ist. Der Kraftschluss kann dadurch noch wesentlich verbessert werden, da sich diese Oberflächenausbildungen nach allen Seiten elastisch verformen können, so dass eben ein optimaler Kraftschluss mit der Wand der Bohrung im Werkzeug erreicht werden kann.
Eine Ausführungsvariante sieht dabei vor, dass an der Außenoberfläche des Schaftes zumindest annähernd achsparallel zur Mittelachse des Schaftes verlaufende Rippen mit im Wesentli- chen quer dazu verlaufenden Rillen oder Wellen zur Bildung einer Art Verzahnung ausgebildet sind. Dadurch wird der abschnittweise oder punktuelle Anpressdruck noch verbessert und ein Lösen in Achsrichtung des Schaftes oder auch ein Verdrehen gegenüber dem Werkstück verhindert.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass die Rippen oder Noppen oder Wellen oder Zähne unterschiedlich weit in radialer Richtung auskragen. Es werden dadurch Zonen mit größerer und mit kleinerer elastischer Anpresskraft geschaffen, so dass eine optimale Krafteinleitung vom Befestigungselement in das Werkstück gegeben ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass jeweils eine oder mehrere schmale Rippen mit gegebenenfalls Verzahnungen oder Wellen und eine oder mehrere breitere Rippen mit gegebenenfalls Verzahnungen oder Wellen abwechselnd am Umfang des Schaftes aufeinander folgen. Dies trägt ebenfalls zur Bildung von Zonen unterschiedlich großer elastischer Anpresskraft bei.
Eine andere Konstruktion sieht vor, dass mehrere achsparallel ausgerichtete Rippen ausgebil- det sind, wobei zwischen jeweils einigen solcher Rippen in Umfangsrichtung des Schaftes verlaufende Rippen vorgesehen sind. Es ergibt sich dadurch sowohl in Achsrichtung des Schaftes als auch in Umfangsrichtung desselben ein besonderer Halt, da die elastische Anpresskraft diesem Sinne entsprechend verteilt ist.
Damit zum Beginn der elastischen Verformung noch geringere Kräfte aufgebracht werden müssen und trotzdem beim endgültigen Setzen des Befestigungselement eine ausreichende gegenseitige Abstützung zwischen Schaft und Wand der Bohrung im Werkstück gewährleistet ist, wird vorgeschlagen, dass die Noppen in Form von pyramiden- oder kegelfömigen bzw. pyramidenstumpf- oder kegelstumpfförmigen Elementen ausgebildet sind.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Rippen, Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen zumindest am Endbereich des Schaftes spitzwinklig zum Ende hin auslaufen. Dadurch ist das Einführen des Schaftes des Befestigungselementes in die Bohrung am Werkstück wesentlich leichter zu bewerkstelligen. Der für das nachträgliche Einpressen erforderliche Druck ist dann voll zum Setzen des Befestigungselementes einzusetzen, so dass nach dem Setzen der optima- Ie elastisch wirkende Kraftschluss erzielt werden kann.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass am Schaft neben den Rippen, Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen eine oder mehrere umlaufende Rillen, Nuten od. dgl. ausgebildet sind, wobei der Durchmesser am Rillen- bzw. Nutgrund gemessen kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung im Werkstück, in welche der Schaft einzusetzen ist. Dadurch kann eine besondere Sicherheit gegen ein Dillaminieren erreicht werden, weil die Kontaktfläche zwischen Schaft und Bohrung im Werkstück verringert wird. Diese Eigenschaft ist nicht nur für dünnwandige Strukturen bzw. Werkstücke, sondern ist in gleicher Weise für dickere Werkstücke vorteilhaft zu verwirklichen.
Eine weitere Ausgestaltung eines Befestigungselementes sieht vor, dass am Anschlagbund eine käfigartige Halterung zur Aufnahme einer Schraubenmutter oder eines Schraubenkopfes anschließt. Das Befestigungselement kann also auch zur Halterung weiterer Befestiger herangezogen werden, zumal das Befestigungselement selbst in ausreichendem Maße mit dem Werkstück durch elastischen Kraftschluss verbunden ist.
Durch das erfindungsgemäße Befestigungselement ergeben sich aber auch weitere konstruktive Möglichkeiten. So sieht eine Ausführung vor, dass am Anschlagbund an der dem Schaft gegenüberliegenden Seite eine Gewindehülse einstückig anschließt. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass am Anschlagbund an der dem Schaft gegenüberliegenden Seite ein achsgleich mit dem Schaft ausgerichteter Bolzen einstückig anschließt. Dieser Bolzen kann verschiedenartigste Aufgaben und Befestigungsmöglichkeiten mit sich bringen.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass am Anschlagbund an der dem Schaft gegenüberliegenden Seite ein achsgleich mit dem Schaft ausgerichteter Gewindebolzen einstückig anschließt. Es ist damit das Befestigungselement selbst gleich mit einem Gewindebolzen ausgestattet, mit welchem viele Verbindungsmöglichkeiten gelöst werden können.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein in ein Werkstück eingesetztes Befestigungselement, wobei das Werkstück aufgeschnitten dargestellt ist;
Fig. 2 eine Ansicht des Befestigungselementes von der Seite;
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Befestigungselement; die Fig. 4 und 5 perspektivische Darstellungen des Befestigungselementes; die Fig. 6, 7 und 8 verschiedene perspektivische Darstellungen einer zweiten Ausführungs- form eines Befestigungselementes;
Fig .9 eine Ansicht des Befestigungselementes nach den Fig. 6, 7 und 8 von unten;
Fig. 10 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines Befestigungselementes; Fig. 11 eine Ansicht des Befestigungselementes gemäß Fig. 10 von oben;
Fig. 12 ein in ein Werkstück eingesetztes Befestigungselement gemäß den Fig.
10 und 11 , wobei das Werkstück aufgeschnitten dargestellt ist; die Fig. 13 und 14 zwei perspektivische Darstellungen eines Befestigungselements nach den Fig. 10 bis 12; Fig. 15 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher das Befestigungselement eine axiale Länge aufweist, die größer ist als die Dicke des Werkstückes oder eben bei dünnwandigen Strukturen; Fig. 16 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der Schaft zusätzlich eine umlaufende Rille aufweist, welche bei der elastischen Verformung des Schaftes auch nach der Verformung noch von der Bohrungswandung in einem Werkstück beabstandet ist.
In den Fig. 1 bis 5 ist ein Befestigungselement 1 zum Einsetzen in eine Bohrung 2 eines Werkstückes 3 dargestellt, welches einen in die Bohrung 2 einführbaren, mit einer aufgerauten und/oder profilierten Oberfläche 4 versehenen Schaft 5 und gegebenenfalls einen Anschlagbund 6 aufweist. Das Befestigungselement 1 ist aus einem gegebenenfalls faserverstärkten, elastisch verformbaren Material gebildet. Der Schaft des Befestigungselementes ist unter elastischer Verformung kraftschlüssig in die Bohrung 2 einsetzbar bzw. eingesetzt. Dabei ist vorge- sehen einen gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff einzusetzen. Im Rahmen der Erfindung können die diversesten Kunststoffmaterialen oder kunststoffähnliche Materialen eingesetzt werden. Es muss nur gewährleistet sein, dass sich das Befestigungselement elastisch verformen lässt, damit immer eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Schaft 5 und der Wand 7 der Bohrung 2 im Werkstück 3 erzielt werden kann. Es ist aber auch denkbar, das Werkstück selbst oder aber sowohl das Werkstück 3 als auch das Befestigungselement 1 aus einem elastisch verformbaren Material und zwar vorteilhaft aus einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff zu fertigen.
Der Schaft 5 kann als Vollprofil ausgebildet sein oder aber als Rohrprofil. Dabei können dies zylindrische Profile sein oder aber Profile mit verschiedenen, auf die Anwendung angepasste Querschnittsformen. Gerade bei einer von der Zylinderform abweichenden Querschnittsform kann zusätzliche zum Kraftschluss beim Einsetzen des Befestigungselementes ein Formschluss erzielt werden, um dadurch die Möglichkeit zu schaffen, entsprechend höhere Drehmomente übertragen zu können. Dabei kann bei einem Hohlprofil der Querschnitt der Durchgangsöffnung von der Form her gleich oder verschieden gegenüber dem Querschnitt der Außenbegrenzung des Profils ausgeführt sein. Um eine optimale Anpressung und somit eine kraftschlüssige Verbindung zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn der Schaft 5 an seiner Außenoberfläche 4 mit Rippen 8, 9, Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen versehen ist.
Dabei können an der Außenoberfläche 4 des Schaftes 5 zumindest annähernd achsparallel zur Mittelachse des Schaftes 5 verlaufende Rippen 8 mit im Wesentlichen quer dazu verlaufenden Rillen 10 zur Bildung einer Art Verzahnung ausgebildet sein. Die Rippen 8 oder Noppen oder Zähne kragen unterschiedlich weit in radialer Richtung aus. Eine Ausführungsvariante sieht dabei vor, jeweils eine oder mehrere schmale Rippen 8 mit gegebenenfalls Verzahnungen und einer oder mehrere breitere Rippen 9 mit gegebenenfalls Verzahnungen abwechselnd am Umfang des Schaftes 5 aufeinander folgend auszubilden. Es ist also eine im Wesentlichen unebene Oberfläche vorhanden, welche eine elastische Verformung des Schaftes ermöglicht und somit eine kraftschlüssige Abstützung dieser Bereiche an der Bohrungswandung mit sich bringt. Es können also auch andere Rippen- oder Wellenformen vorhanden sein, also auch jede Art von vorstehenden Rundungen. Es muss also nicht immer eine Art Widerhakenstruktur gegeben sein.
Eine Ausgestaltung ist hier ebenfalls ersichtlich: Es sind hier mehrere achsparallel ausgerichte- te Rippen 8 ausgebildet, wobei zwischen jeweils einigen solcher Rippen 8 in Umfangsrichtung des Schaftes 5 verlaufende 9 Rippen vorgesehen sind.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, anstelle von Rippen oder aber auch neben den Rippen Noppen in Form von Pyramiden- oder kegelfömigen bzw. pyramidenstumpf- oder ke- gelstumpfförmigen Elementen vorzusehen. Weiter ist es vorteilhaft, wenn die die Rippen 8, 9, Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen zumindest am Endbereich des Schaftes 5 spitzwinklig zum Ende hin auslaufen. Dadurch ist ein einfacheres Einführung des Schaftes 5 in die Bohrung 2 am Werkstück 3 möglich. Das Befestigungselement 1 wird von der einen Seite des Werkstückes her in die Bohrung 2 im Werkstück 3 eingeschoben, wobei natürlich ein entsprechender Kraftaufwand erforderlich ist, um die Rippen 8, 9, Rillen, Noppen und/oder Verzahnungen oder Wellen entsprechend elas- tisch verformen zu können. Zum Einbringen des Befestigungselementes in das Werkstück kann ein Setzgerät verwendet werden, welches nur von einer Seite oder von beiden Seiten des Werkstückes her angreift und gegebenenfalls mit Gegenhalterungen arbeitet. Nach dem endgültigen Einsetzen des Befestigungselementes ist aber eine optimale kraftschlüssige Verbindung zwischen der Außenbegrenzung 4 des Schaftes 5 und der Wand 7 der Bohrung 2 ge- schaffen, die auch nach langem Einsatz nicht nachlässt. Durch die elastische Verbindung ist ein steter Anpressdruck gewährleistet, der auch durch Erschütterungen, Vibration oder durch Temperaturänderungen nicht beeinflusst werden kann. Auch wenn das Befestigungselement und das Werkstück aus Materialen unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten gebildet sind, kann dies nicht zu einem Lösen der Verbindung führen.
Das erfindungsgemäße Befestigungselement kann daher in bevorzugter Weise überall dort eingesetzt werden, wo es um besonders sichere Befestigungen geht, also gerade auch im Flugzeugbau und überhaupt im Fahrzeugbau. Natürlich ist ein Einsatz überall im Maschinenbau oder in der Elektrotechnik, aber auch im Chemiebereich möglich.
Bei der Ausführung nach den Fig. 1 bis 5 ist zweckmäßig die Durchgangsöffnung 11 mit einem Gewinde versehen, so dass hier direkt Gewindeelemente, wie z.B. Schrauben, eingesetzt werden können.
Bei der Ausführung nach den Fig. 6 bis 9 ist ein Anschlagbund 6 vorgesehen, welcher eine käfigartige Halterung 12 zur Aufnahme einer beweglichen Schraubenmutter oder eines Schraubenkopfes anschließt. Es können somit hier weitere Befestigungsteile formschlüssig eingesetzt werden, die dann gegen Verdrehen und auch in axialer Richtung gegen Herausziehen gesichert sind. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist durch die besondere Formge- bungsmöglichkeit bei einem Kunststoffteil keine zusätzliche Klammer zur Halterung weiterer Befestigungsteile erforderlich. Gerade bei einem solchen Befestigungselement fällt durch die Erfindung sowohl das sonst übliche Verformungselement für die plastische Verformung als auch eine Klammer zur Halterung weiterer Befestigungsteile weg.
Im Rahmen der Erfindung könnte anstelle einer käfigartigen Halterung am Anschlagbund 6 an der dem Schaft 5 gegenüberliegenden Seite eine Gewindehülse einstückig anschließen. Es ist aber auch denkbar, jede andere besondere konstruktive Lösung vorzusehen. Beispielsweise können hier auch Haken, Ösen, Druckknöpfe und vieles andere mehr einstückig mit dem Befestigungselement ausgeführt werden.
Bei der Ausgestaltung nach den Fig. 10 bis 14 ist ein Befestigungselement 1 vorgesehen, bei welchem am Anschlagbund 6 an der dem Schaft 5 gegenüberliegenden Seite ein achsgleich mit dem Schaft 5 ausgerichteter Bolzen 13 einstückig anschließt. In vorteilhafter Weise ist die- ser Bolzen 13 als Gewindebolzen ausgebildet, so dass daran andere Teile beispielsweise mit einer Mutter direkt befestigt werden können.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 15 ist aufgezeigt, wie ein erfindungsgemäßes Befestigungs- element 1 in besonders vorteilhafter Weise auch bei relativ dünnen Werkstücken 3 eingesetzt werden kann. Es ergibt sich hier eine Überlappung in der Spitzenregion des Werkstückes, damit gerade bei dünnwandigen Strukturen das Fixieren des Befestigungselementes unterstützt wird. Zusätzlich kann hier an der Oberseite des Befestigungselementes, also am Anschlagbund 6 oder anstelle des Anschlagbundes ein tellerförmiger oder scheibenförmiger Anschlag 14 angeordnet sein, um zusätzlich die Biege- und Ausreißfestigkeit zu garantieren. Die Durchgangsöffnung im Schaft 5 kann natürlich vorhanden sein und gegebenenfalls ein Gewinde aufweisen. Dadurch, dass der Schaft 5 des Befestigungselementes eine axiale Länge aufweist, die größer ist als die Dicke des Werkstückes 3, kann der auf der Rückseite 15 des Werkstückes 3 vorstehende Abschnitt 16 des Schaftes 5 sich nach dem elastischen Zusammenpressen in der Bohrung des Werkstückes 3 wieder elastisch nach außen ausbreiten. Der Rückhalt des Befestigungselementes 1 ist daher gerade bei dünnwandigen Strukturen, also dünnen Werkstücken 3 besonders gut. Die hier in Fig. 15 gezeigte konstruktive Einsatzmöglichkeit kann natürlich auch bei den Ausgestaltungen nach den Fig. 1 bis 14 angewendet werden. Auch bei diesen anderen Konstruktionen ist damit gerade bei dünnwandigen Strukturen eine bisher nicht mögliche Be- festigung von einer Seite her erreicht geworden.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 16 wird am Schaft 5 eine am Umfang umlaufende Rille 17 vorgesehen, welche hier in der Endzone des Schaftes 5 ausgebildet ist, um hier die Kontaktfläche zwischen der Bohrungswandung im Werkstück 3 und dem Schaft zu verringern. Gerade in die- sem Bereich sind dann die Reibkräfte beim Setzen des Befestigungselementes verringert worden. Gerade beim Einsatz des Befestigungselementes in ein Werkstück aus einer Compo- sitstruktur kann dadurch ein mögliches Abplatzen der letzten Schichten beim Einpressen des Schaftes 5 verhindert werden. Die Rille 17 kann auch an einer anderen Stelle bezogen auf die axiale Länge des Schaftes 5 angeordnet sein, wenn an einer anderen Stelle eine spezifische Zone gegeben ist, in der die Reibkräfte beim Setzen des Befestigungselementes herabgesetzt werden sollen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, auf die axiale Länge des Schaftes 5 gesehen mehr als eine Rille 17 anzuordnen. Es ist dabei auch denkbar, dass diese Rille 17 bzw. Rillen nicht exakt in einer Ebene umlaufend angeordnet ist bzw. sind. Es wäre also auch möglich, eine schraubenlinienförmig am Umfang des Schaftes verlaufende Rille 17 vorzusehen. Hier könnte dann auch vorgesehen werden, dass beim Setzvorgang des Befestigungselementes das Einpressen durch einen Drehvorgang unterstützt wird.
Im Rahmen der Erfindung sind noch andere Möglichkeiten gegeben, die jedoch nicht im Detail aufgezählt sind. Wesentlich ist jedoch immer, dass ein elastisches Befestigungselement zum Einsetzen in eine Bohrung vorgesehen wird, wobei das Befestigungselement und gegebenenfalls auch das Werkstück beim Einsetzen ausschließlich elastisch verformt werden. Es ergibt sich daher immer eine kraftschlüssige Verbindung, die infolge der elastischen Wirkung immer aufrechterhalten wird.

Claims

Patentansprüche
1. Befestigungselement zum Einsetzen in eine Bohrung, welches einen in eine Bohrung einführbaren, mit einer aufgerauten und/oder profilierten Oberfläche versehenen Schaft und gegebenenfalls einen Anschlagbund aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befesti- gungselement (1) aus einem gegebenenfalls faserverstärkten, elastisch verformbaren Material gebildet ist, wobei dessen Schaft (5) unter elastischer Verformung kraftschlüssig in die Bohrung (2) einsetzbar oder eingesetzt ist.
2. Befestigungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.
3. Befestigungselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft als Vollprofil ausgebildet ist.
4. Befestigungselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) als Rohrprofil ausgebildet ist.
5. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) an seiner Außenoberfläche (4) mit Rippen (8, 9), Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen versehen ist.
6. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenoberfläche (4) des Schaftes (5) zumindest annähernd achsparallel zur Mittelachse des Schaftes (5) verlaufende Rippen (8) mit im Wesentlichen quer dazu verlaufenden Rillen (10) oder Wellen zur Bildung einer Art Verzahnung ausgebildet sind.
7. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8, 9) oder Noppen oder Wellen oder Zähne unterschiedlich weit in radialer Richtung auskragen.
8. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine oder mehrere schmale Rippen (8) mit gegebenenfalls Verzahnungen oder Wellen und einer oder mehrere breitere Rippen (9) mit gegebenenfalls Verzahnungen oder Wellen abwechselnd am Umfang des Schaftes (5) aufeinander folgen.
9. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere achsparallel ausgerichtete Rippen (8) ausgebildet sind, wobei zwischen jeweils ei- nigen solcher Rippen (8) in Umfangsrichtung des Schaftes verlaufende Rippen vorgesehen sind.
10. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen in Form von pyramiden- oder kegelfömigen bzw. pyramidenstumpf- oder kegelstumpfförmigen E- lementen ausgebildet sind.
1 1. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (8, 9), Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen zumindest am Endbe- reich des Schaftes (5) spitzwinklig zum Ende hin auslaufen.
12. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass am Schaft (5) neben den Rippen (8, 9), Rillen, Noppen, Wellen und/oder Verzahnungen eine oder mehrere umlaufende Rillen, Nuten od. dgl. ausgebildet sind, wobei der Durch- messer am Rillen- bzw. Nutgrund gemessen kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung (2) im Werkstück (3), in welche der Schaft (5) einzusetzen ist.
13. Befestigungselement nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlagbund (6) eine käfigartige Halterung (12) zur Aufnahme einer Schraubenmutter oder eines Schraubenkopfes anschließt.
14. Befestigungselement nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlagbund (6) an der dem Schaft (5) gegenüberliegenden Seite eine Gewindehülse einstückig anschließt.
15. Befestigungselement nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlagbund (6) an der dem Schaft (5) gegenüberliegenden Seite ein achsgleich mit dem Schaft (5) ausgerichteter Bolzen (13) einstückig anschließt.
16. Befestigungselement nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlagbund (6) an der dem Schaft (5) gegenüberliegenden Seite ein achsgleich mit dem Schaft (5) ausgerichteter Gewindebolzen einstückig anschließt.
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