WO2008125312A1

WO2008125312A1 - Verfahren zum setzen eines nagels sowie nagel hierfür

Info

Publication number: WO2008125312A1
Application number: PCT/EP2008/002925
Authority: WO
Inventors: Stephan Bachmeier; Torsten Drath
Original assignee: Böllhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2008-10-23
Also published as: DE102008018429A1

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren zum Setzen eines Nagels in mindestens einem Bauteil (B) sowie ein Nagel (2a-e) hierfür. Der Nagel hat eine Nagelspitze (8), einen Nagelschaft (6), einen Nagelkopf (4) mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen Ringnut (16) und einen am Nagelkopf angeformten Funktionsabschnitt (10a-e). Der Nagel wird vom Treiber eines Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit in ein oder mehrere nicht vorgelochte Bauteile (B) im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrieben, dass die Nagelspitze (8) und der Nagelschaft (6) in das Bauteil (B) bzw. die Bauteile eindringen und an der Oberseite des Bauteils (B) ein Materialaufwurf (34) gebildet wird, der in die Ringnut (16) an der Kopfunterseite des Nagels vorsteht. Der Funktionsabschnitt (10a-e) des Nagels ist beispielsweise als teilkugelförmiger Gelenkkopf für eine Steckkupplung, als Gewindebolzen (38), gewindeloser Stehbolzen, mit einem Sägezahnprofil (54) versehener Bolzen oder Halteabschnitt mit einer Hinterschneidung ausgebildet.

Description

Verfahren zum Setzen eines Nagels sowie Nagel hierfür

Beschreibung

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Setzen eines Nagels in mindestens einem Bauteil, das im Setzbereich nicht vorgelocht sein muss, bei welchem Verfahren der Nagel von einem Setzgerät mit hoher Geschwindigkeit in das Bauteil eingetrieben wird. Die Erfindung betrifft ferner einen Nagel hierfür.

Dieses Verfahren, auch unter dem Begriff „Bolzensetzen" bekannt, ist ein umformtechnisches Fügeverfahren, bei dem der Nagel (Bolzen) mit hoher Geschwindigkeit in zu fügende Bauteile eingetrieben wird. Es hat den Vorteil, dass im Allgemeinen eine einseitige Zugänglichkeit des Fügebereiches ausreicht und häufig Vorlochoperationen vermieden werden können. Das Bolzensetzen findet bereits in vielen Bereichen wie Stahlbau, Fassadenbau, Metallbau, Schiffbau und Bauwirtschaft als verlässliches Fügeverfahren Anwendung. Aus DE 1 575 152, 1 940 447, 1 500 770 sind beispielsweise Nägel (Bolzen) bekannt, die mittels Setzgeräten in Form von pulverkraftbetriebenen Kartuschen in Stahl, Baueisen, Blech und ähnliche metallische Werkstoffe eingetrieben werden. Ein solcher Nagel besteht üblicherweise aus einem Nagelkopf, einem Nagelschaft und einer ogivalen Nagelspitze, wobei der Schaft mit einer Oberflächenprofilierung in Form von Kreuz- oder Pfeilrandrierungen, wendeiförmig verlaufenden Riffelungen und dergleichen versehen sein kann.

Aus DE 1 575 152 und DE 1 707 412 sind derartige Nägel (Bolzen) bekannt, bei denen der Nagelkopf als Gewindebolzen ausgebildet ist.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2006 002 238. 6 des Anmelders ist ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen in einem Fügebereich mittels eines Nagels offenbart, der einen Nagelkopf mit einer an der Kopf unterseite vorgesehenen Ringnut, einen Nagelschaft und eine Nagelspitze aufweist. Bei diesem Verfahren wird der Nagel von einem Setzgerät mit hoher Geschwindigkeit in die im Fügebereich nicht vorgelochten Bauteile im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrie- ben, dass die Nagelspitze beide Bauteile vollständig durchdringend über das nagelkopfabgewandte Bauteil hinaus austritt und im nagelkopfseitigen Bauteil ein wulstförmiger Materialaufwurf gebildet wird, der in die Ringnut des Nagelkopfes vorsteht, sowie im nagelkopfabgewandten Bauteil ein kraterförmiger Materialaufwurf gebildet wird, der in nagelkop fabgewandter Richtung vor- steht. In dieser Anmeldung sind ferner unterschiedliche Ausführungsformen des bei diesem Verfahren einsetzbaren Nagels offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Setzen eines Nagels mit hoher Geschwindigkeit in mindestens einem Bauteil sowie einen Nagel hierfür zu schaffen, bei denen eine nur einseitige Zugänglichkeit des Bauteils ausreichend ist, ein Vorlochen des Bauteils nicht unbedingt erforderlich ist, der Setzvorgang extrem einfach und schnell durchführbar ist, und der gesetzte Nagel für eine zusätzliche Funktion geeignet ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Lösen dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 definiert. Ein bei diesem Verfahren verwendbarer Nagel ist in Patentanspruch 19 definiert.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Nagel verwendet, der außer einer Nagelspitze, einem Nagelschaft, und einem Nagelkopf mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen Ringnut einen am Nagelkopf angeformten

Funktionsabschnitt aufweist. Der Nagel wird vom Treiber eines Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit in mindestens ein Bauteil im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrieben, dass die Nagelspitze und der Nagelschaft in das Bauteil eindringen, der Nagelkopf an der Oberseite des Bauteils aufliegt und hierbei an der Oberseite des Bauteils ein Materialaufwurf gebildet wird, der in die Ringnut an der Kopfunterseite des Nagels vorsteht, und der Funktionsabschnitt oberhalb des Bauteils zum Ausüben seiner Funktion bereitsteht.

Der Nagel kann, wie in der vorstehend erwähnten älteren Patentanmeldung des Anmelders, zum Verbinden von zwei oder mehr Bauteilen verwendet wer- den. Stattdessen kann der Nagel jedoch auch in nur einem Bauteil gesetzt werden, wobei die Nagelspitze entweder aus dem entsprechend dünnwandigen Bauteil axial vorsteht oder von dem entsprechend massiv ausgebildeten Bauteil vollständig aufgenommen und umschlossen wird.

Der Funktionsabschnitt (Funktionsträger) kann zum Ausführen einer belie- bigen Funktion ausgebildet sein. Der Funktionsabschnitt dient insbesondere dazu, um an dem Bauteil in einem späteren Fertigungsschritt weitere Bauteile anzubringen. Der Funktionsabschnitt ist beispielsweise ein teilkugelformiger Gelenkkopf für die Kugelpfanne einer Steckkupplung, ein Gewindebolzen, ein gewindeloser Stehbolzen, ein mit einem Sägezahnprofil versehener Bolzen o- der ein Halteabschnitt mit einer Hinterschneidung zum Einrasten eines zu haltenden Gegenstandes.

Der Nagelkopf, der Nagelschaft und die Nagelspitze können in der gleichen Weise ausgebildet sein, wie dies in der vorstehend erwähnten älteren Patentanmeldung des Anmelders offenbart ist. Dies wird nachstehend noch genauer erläutert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen bereits gesetzten, erfindungsgemäß ausgebildeten Nagel mit einem teilkugelförmigen Gelenkkopf als .Funktionsabschnitt; Figuren 2 bis 6 der Fig. 1 entsprechende Längsschnitte weiterer Ausfüh- rungsformen des Nagels gemäß der Erfindung mit anderen Funktionsabschnitten.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Nagel 2a, der in einem Bauteil B gesetzt ist. Das Bauteil B ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein einzelnes, relativ dünnwandiges Blech, dessen Dicke deutlich kleiner ist als die Länge des Nagels (ohne Nagelkopf und Funktionsabschnitt), so dass die Nagelspitze aus dem Bauteil B vor- steht. Wie eingangs erwähnt, kann das Bauteil B jedoch auch ein dickwandiges massives Bauteil sein, dessen Dicke kleiner ist als die Länge des Nagels (ohne Nagelkopf und Funktionsabschnitt), so dass Nagelschaft und Nagelspitze vollständig vom Material des Bauteils B umschlossen sind. Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann der Nagel 2a jedoch auch zum Verbinden von zwei oder mehr Bauteilen verwendet werden.

Das Bauteil B kann aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Kunststoff mit und ohne Faseranteil oder auch aus anderen Materialien, z. B. Holz, bestehen. Es ist vor dem - noch zu beschreibenden - Setzvorgang nicht vorgelocht, könnte jedoch auch mit Untermaß vorgelocht sein. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht der Nagel 2a aus einem Nagelkopf

4, einem Nagelschaft 6, einer Nagelspitze 8 und einem Funktionsabschnitt 10a.

Der Nagelkopf 4 hat einen zylindrische Umfangsfläche 12 und eine ebene Unterseite 14, in der angrenzend am Nagelschaft 6 eine Ringnut 16 gebildet ist. Die Ringnut 16 setzt sich aus einem Radius und einer konischen Fläche zu- sammen, wobei der Radius einerseits tangential in den Nagelschaft 6 und anderseits tangential in die konische Fläche übergeht.

Der Nagelschaft 6 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in einem bestimmten Bereich seiner Oberfläche mit einer Oberflächenprofilierung 18 versehen. Die Oberflächen- profilierung 18 wird von ringförmigen Erhöhungen 20 und ringförmigen Vertiefungen 22 gebildet, die im dargestellten Längsschnitt ein Sägezahnprofil bil- den. Das Sägezahnprofil ist so gerichtet, dass sich jeder Zahn in Richtung auf die Nagelspitze verjüngt, so dass an der dem Nagelkopf zugewandten Seite jedes Zahnes eine radial verlaufende Schulterfläche gebildet wird. Hierdurch ergibt sich ein relativ hoher Ausziehwiderstand des gesetzten Nagels 2a, wäh- rend die Kraft zum Setzen des Nagels vergleichsweise gering ist.

Die Oberflächenprofilierung 18 hat nur eine relativ geringe Tiefe. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Tiefe der Oberflächenprofilierung 18 zum mittleren Schaftdurchmesser kleiner als 0,1 und insbesondere kleiner als 0,05. Beispielsweise liegt dieses Verhältnis in der Größenordnung von 0,03. Wie in der vorstehend erwähnten älteren Patentanmeldung des Anmelders ausführlich erläutert wird, kann der Nagelschaft auch eine andere Ausgestaltung haben. Der Nagelschaft kann statt zylindrisch in Richtung auf den Nagelkopfkonvergierend oder divergierend ausgebildet sein (nicht gezeigt). Die O- berflächenprofϊlierung kann - statt aus einem Sägezahnprofil - aus einem ab- gerundet wellenförmigen Profil bestehen. Stattdessen kann die Oberflächenprofilierung auch von einem Gewinde gebildet werden, das beim axialen Eintreiben des Nagels in das Bauteil B ein entsprechendes Gegengewinde bildet. Die Steigung dieses Gewindes ist beispielsweise kleiner als 0,35 und liegt insbesondere in der Größenordnung von 0,25. Die Nagelspitze 8 hat eine ogivale Oberfläche 24 mit einem abgerundeten

Endpunkt 26. Der Ogivalitätsfaktor, d.h. das Verhältnis des Radius der Oberfläche 24 zum Schaftdurchmesser liegt z.B. in der Größenordnung von 2 bis 6, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5 und beträgt insbesondere ungefähr 4. Der Nagelkopf 4, der Nagelschaft 6 und die Nagelspitze 8 sind rotations- symmetrisch ausgebildet, so dass sie in Radialebenen kreisförmig sind.

Der Nagel 2a besteht vorzugsweise aus Stahl. Je nach Anwendung kann er jedoch auch aus Aluminium, Magnesium, Messing, Keramik, oder faserverstärktem Kunststoff bestehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Nagel 2a unbeschichtet; er kann jedoch auch beschichtet sein. Wie dargestellt, ist der Nagel 2a einteilig ausgebildet. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Nagelkopf 4, den Funktionsabschnitt 10a und den Nagelschaft 6 mit der Nagelspitze 8 andererseits aus zwei oder mehr Teilen unterschiedlicher Materialien herzustellen, die anschließend miteinander verbunden werden. So kann z. B. der Funktionsabschnitt durch Spritzen oder mechanisches Fügen am Nagelschaft angebracht werden. Bei dem Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 1 ist der Funktionsabschnitt 10a ein teilkugelförmiger Gelenkkopf 28, der durch einen Zwischenabschnitt 32 mit dem Nagelkopf 12 verbunden ist. Der Gelenkkopf 28 dient dazu, mit einer Gelenkpfanne einer (nicht dargestellten) Steckkupplung zusammen zu wirken, so dass das Bauteil B über die Steckkupplung mit einem weiteren Bauteil (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Derartige Steckkupplungen sind bekannt und beispielsweise in DE 198 36 108 offenbart.

Der Zwischenabschnitt 32 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines massiven Zylinders, dessen Durchmesser kleiner ist als der maximale Durchmesser des Gelenkkopfes 28 und des Nagelkopfes 12. Der Gelenkkopf 28 weist an seiner Oberseite eine Schlagfläche 30 auf, an der ein schematisch angedeuteter Treiber T eines im Übrigen nicht dargestellten Bolzensetzgerätes angreifen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schlagfläche 30 eben ausgebildet. Sie kann jedoch auch eine andere Form haben. So kann sie beispielsweise als Ringfläche oder auch als sphärische Flä- che ausgebildet werden. In jedem Fall muss die Gegenfläche des Treibers T eine entsprechende Form haben, um mit der Schlagfläche 30 zusammenwirken zu können.

Es wird nun das Verfahren zum Setzen des Nagels 2a im Bauteil B beschrieben: Wie bereits erwähnt, ist das Bauteil B vor dem Setzvorgang nicht vorgelocht. Zum Setzen des Nagels 2a wird er vom Treiber T des Bolzensetzgerätes mit hoher Geschwindigkeit von oben in das Bauteil B eingetrieben. Die Setzgeschwindigkeit hängt vom Anwendungsfall ab und liegt z.B. zwischen 5 und 300 m/s, vorzugsweise 10 und 100 m/s. Das Bolzensetzgerät ist beispielsweise ein Bolzenschussgerät, eine pulver- kraftbetriebene Kartusche oder dergleichen. Der kolbenartige Treiber T treibt hierbei den Nagel 2a durch einen (nicht gezeigten) Treiberkanal. Im Treiberkanal wird der Nagel 2a durch die Umfangsflächen des Nagelkopfes 12 und des Gelenkkopfes 28 geführt. Aus diesem Grund hat der Gelenkkopf 28 einen maximalen Durchmesser, der ungefähr gleich dem Durchmesser des Nagelkop- fes 4 ist. Dies trifft zweckmäßigerweise auch für die anderen Ausführungs formen des Funktionsabschnittes gemäß den Figuren 2 bis 5 zu. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, auf eine Führung des Nagels über den Funktionsabschnitt zu verzichten; der Funktionsabschnitt könnte dann unabhängig von den Abmessungen des Nagelkopfes dimensioniert werden. In diesem Fall könnte bei entsprechender Gestaltung der Schlagfläche 30 des Funktionsabschnittes

(sphärisch, abgestuft, etc.) der Treiber T des Bolzensetzgerätes die Führungsfunktion übernehmen.

Das erfindungsgemäße Setzverfahren kann bei nur einseitiger Zugänglichkeit des Setzbereiches durchgeführt werden. Wenn jedoch das Bauteil B keine ausreichende Steifigkeit hat, sollte ein Gegenhalter in Form einer Hülse (nicht gezeigt) vorgesehen werden, an der das Bauteil B abgestützt wird.

Beim Setzvorgang dringt zunächst die Nagelspitze 8 in das Bauteil B ein. Hierbei kommt es an der Oberseite des Bauteils B zu einem wulstförmigen Materialaufwurf 34, der beim Eindringen der Nagelspitze 8 in das Bauteil B anwächst.

Die Nagelspitze 8 durchdringt dann das Bauteil B. Dies führt einerseits zu einem kraterförmigen Materialaufwurf 36, der beim Durchdringen der Nagelspitze 8 in Eintreibrichtung größer wird. Andererseits fließt Material des Bauteils B in die Oberflächenprofilierung 18, wodurch die Vertiefungen 22 der Oberflächenprofilierung 18 vollständig mit Material des Bauteils B ausgefüllt werden.

Der Setzvorgang ist beendet, wenn der Nagelkopf 4 mit seiner Unterseite an der Oberseite des Bauteils B aufliegt. Der Nagelkopf 4 ist so ausgebildet, dass er eine gewisse Flexibilität hat, um Spaltbildung unter dem Nagelkopf zu ver- meiden und leichte Schiefstellungen des Nagels ausgleichen zu können. Wie schematisch angedeutet, wird der wulstförmige Materialaufwurf 34 des Bau- teils B von der Ringnut 16 aufgenommen. Dies ermöglicht eine satte Auflage des Nagelkopfes 4 auf der Oberseite des Bauteils B. Der Materialaufwurf 34 füllt die Ringnut 16 normalerweise nur teilweise; stattdessen kann die Ringnut auch vollständig vom Materialaufwurf gefüllt werden. Der Setzvorgang ist extrem einfach, da weder ein Vorlochen des Bauteils B noch eine Drehbewegung des Nagels 2a erforderlich ist. Die Fügezeit ist äußerst gering. Aufgrund der speziellen Gestaltung der Oberflächenprofilierung 18 (Sägezahnprofil) sind nur vergleichsweise geringe Fügekräfte erforderlich, wobei sich dennoch eine hohe Auszugsfestigkeit ergibt. Wenn der Nagel 2a auf diese Weise am Bauteil B gesetzt ist, kann die

Funktion des Funktionsabschnittes 10a genutzt werden. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 1 kann, wie bereits erwähnt, der Gelenkkopf 28 mit der Gelenkpfanne einer Steckkupplung verbunden werden, so dass über die Steckkupplung ein weiteres Bauteil lösbar am Bauteil B angebracht werden kann. Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 5 sind der Nagelkopf 4, der Nagelschaft 6 und die Nagelspitze 8 in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ausgebildet. Unterschiedlich zu Fig. 1 sind jedoch die Funktionsabschnitte des Nagels.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Funktionsabschnitt 10b des Nagels 2a als Gewindebolzen 38 mit einem Außengewinde 40 ausgebildet. Der

Gewindebolzen 38 ist mit dem Nagelkopf 4 über einen Zwischenabschnitt 42 verbunden, der gegenüber dem Außengewinde 40 eine Hinterschneidung bildet, die von einer konischen Fläche 44 und einem Radius 46 des Zwischenabschnittes 42 definiert wird. Am oberen Ende des Gewindebolzens 38 ist eine Verjüngung 47 vorgesehen, die als „Findehilfe" dient.

Der Gewindebolzen 38 dient zum Verschrauben eines an dem Bauteil B anzubringenden weiteren Bauteils (nicht gezeigt). Um das Anziehen und Lösen der Verschraubung zu ermöglichen, ist zweckmäßigerweise eine Verdrehsicherung für den Nagel 2b vorgesehen. Die Drehsicherung besteht beispielsweise aus einer Rändelung oder einer anderen Aufrauung an der Unterseite 14 des

Nagelkopfes 4. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Funktionsabschnitt 10c des Nagels 2c als gewindeloser Stehbolzen 48 ausgebildet, der eine zylindrische Form hat und an seinem vom Nagelkopf 4 abgewandten Ende eine Verjüngung 30 aufweist. Der Stehbolzen 48 geht stufenlos in den Nagelkopf 4 über. Es könnte jedoch auch ein querschnittsverringerter Zwischenabschnitt zwischen dem Stehbolzen 48 und dem Nagelkopf 4 vorgesehen werden.

Der Stehbolzen 48 kann beispielsweise zum Positionieren eines (nicht dargestellten) weiteren Bauteils an dem Bauteil B dienen, wobei dann dieses weitere Bauteil an anderer Stelle mit dem Bauteil B verbunden wird. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der Funktionsabschnitt 10d des

Nagels 2d als Bolzen 52 ausgebildet, der im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit einer Oberflächenprofilierung 54 in Form eines Säge- zahnprofils versehen ist. Das Sägezahnprofϊl des Bolzens 52 ist entgegengesetzt gerichtet wie das Sägezahnprofil der Oberflächenprofilierung 18 des Na- gelschaftes 6. Am oberen Ende des Bolzens 52 ist wiederum eine Verjüngung

50 vorgesehen, die als Findehilfe dient.

Der mit dem Sägezahnprofil 54 versehene Bolzen 52 dient zur Schnellmontage eines weiteren (nicht gezeigten) Bauteils am Bauteil B. Zu diesem Zweck ist das weitere Bauteil mit einem Loch versehen, das gegenüber dem maxima- len Außendurchmesser des Bolzens 52 geringfügig unterdimensioniert ist.

Durch manuelles oder maschinelles Einpressen des Bolzens 52 in das unterdimensionierte Loch des weiteren Bauteils kann auf effektive und schnelle Weise das weitere Bauteil mit dem Bauteil B verbunden werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist der Funktionsabschnitt 10e des Nagels 2e als Haltekopf 56 mit einer Hinterschneidung 60 ausgebildet, die von einem zylindrischen Zwischenabschnitt 58 verringerten Durchmessers gebildet wird. Der Haltekopf 56 des Funktionsabschnittes 10e hat eine ähnliche Form (allerdings ohne Ringnut) wie der Nagelkopf 4 und insbesondere den gleichen Außendurchmesser wie der Nagelkopf 4. Der Haltekopf 56 mit der Hinterschneidung 60 kann zum Einrasten bzw.

Einclipsen eines federnden Hakens oder Clips dienen, der seitlich oder von der Oberseite her in die Hinterschneidung 60 eingebracht wird. Dies ermöglicht eine Schnellmontage eines weiteren Bauteils am Bauteil B.

Wie bereits erwähnt, ist nur eine sehr geringe Setzdauer zum Setzen des Nagels erforderlich, wobei der Setzvorgang ohne Vorlochen und bei nur ein- seitiger Zugänglichkeit des Bauteils bzw. der zu verbindenden Bauteile durchgeführt werden kann. Diese vorteilhaften Eigenschaften machen das Setzverfahren besonders geeignet für ein „kontinuierliches Nageln" wie im Folgenden erläutert wird:

Häufig müssen an einem Bauteil mehrere Nägel gesetzt werden. Bei her- kömmlichen mechanischen Setzverfahren wird dann das Setzgerät von einem

Roboter nacheinander zu den Setzstellen bewegt. An jeder Setzstelle wird das Setzgerät zunächst abgebremst, der Setzvorgang durchgeführt und das Setzgerät wieder beschleunigt. Dies führt naturgemäß zu vergleichsweise langen Taktzeiten. Im Gegensatz zu diesem diskontinuierlichen Setzen erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ein „kontinuierliches Setzen". Genauer gesagt, erfolgt die vom Roboter erzeugte Bewegung des Setzgerätes von Setzstelle zu Setzstelle kontinuierlich, wobei während dieser Zustellbewegung die Nägel nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gesetzt werden. Das kontinuierliche Na- geln wird dadurch erleichtert, dass zum Setzen der Nägel nach dem beschrieb- nen Verfahren eine präzise Ansteuerung der Setzstellen im Allgemeinen nicht erforderlich ist. Die vom Roboter durchgeführte Zustellbewegung des Setzgerätes kann berührungslos erfolgen.

Es ergibt sich hierbei eine beträchtliche Reduzierung der Taktzeiten, da keine Brems- und Beschleunigungsvorgänge des Roboters erforderlich sind und zudem kürzere Setzzeiten als bei herkömmlichen mechanischen Verfahren erzielt werden. So sind mit dem beschriebenen Verfahren Taktzeiten in der Größenordnung von 1,5 bis 3 s möglich.

Wie bereits erwähnt, kann der mit einem Funktionsabschnitt versehene Na- gel nicht nur in einem einzelnen Bauteil gesetzt werden, sondern auch zum Fügen von zwei oder mehr Bauteilen in diesen Bauteilen gesetzt werden. In die- sem Fall kann es zweckmäßig sein, die Bauteile durch einen Niederhalter in herkömmlicher Weise miteinander zu verspannen. Hierbei sind Niederhalterkräfte in der Größenordnung von 2 bis 20 kN möglich.

Dient der Nagel zum Fügen von zwei oder mehr Bauteilen, können die Bau- teile durch eine Klebstoffschicht zusätzlich miteinander verbunden werden. Es handelt sich dann um eine Hybrid-Fügetechnik, bei der die Bauteile einerseits durch den Nagel und andererseits durch die Klebstoffschicht miteinander verbunden werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Nagel mit einem einzigen Schlag des Treibers T in das Bauteil eingetrieben werden kann, so dass der Nagelkopf am Bauteil aufliegt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, den Setzvorgang so durchzuführen, dass der Nagel durch einen vom Setzgerät ausgeübten Schlag nicht ganz bis zur Kopfanlage in das Bauteil eingetrieben wird, sondern nur beispielsweise 80 bis 90 % des ma- ximal möglichen Eindringweges. Das weitere Eintreiben des Nagels bis zur

Kopfanlage kann dann mit einem oder mehreren weiteren Schlägen erfolgen. Diese weiteren Schläge können entweder manuell mittels eines Hammers, beispielsweise über einen Treibdorn, oder auch maschinell durchgeführt werden. Wie durch Versuche festgestellt wurde, hat dieses „mehrstufige" Bolzensetzen keinen bzw. nur geringen Einfluss auf die Auszugsfestigkeit, was sowohl für

Bauteile aus Aluminium wie auch für Bauteile aus Stahl gilt.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Nagels 10f, der eine Nagelspitze 8, einen Nagelschaft 6, einen Nagelkopf 4f und einen Funktionsabschnitt 10f aufweist. Die Nagelspitze 8, der Nagelschaft 6 und ein Teil des Nagelkopfes 4f mit der den Materialaufwurf 34 aufnehmenden Ringnut 16 können wie in der vorstehend erwähnten älteren Patentanmeldung des Anmelders (und somit wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen) ausgebildet sein.

Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist der Funk- tionsabschnitt 10f dieses Ausführungsbeispieles jedoch nicht einteilig, sondern als Zweikomponenten-Teil ausgebildet. Genauer gesagt, besteht der Funktionsabschnitt 1Of aus einem Kern 62 und einer Umhüllung 64.

Der Kern 62 ist einstückig mit dem übrigen Nagel 2f ausgebildet und besteht daher aus dem gleichen Material wie der Nagel. Vorzugsweise besteht der Kern 62 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl.

Die Umhüllung 64 besteht aus einem anderen Werkstoff und insbesondere aus Kunststoff, wobei die Umhüllung 64 durch Umspritzen des Kerns 62 mit dem Kunststoff gebildet wird.

Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist der Kern 62 als schaftförmiges Teil 66 ausgebildet, das eine Verlängerung des Nagelschaftes 6 darstellt und eine ungefähr zylindrische Form entsprechend dem Nagelschaft 6 hat. Das schaftformige Teil 66 geht in den Nagelkopf 4f über, der eine gegenüber den Nagelköpfen der vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen „abgespeckte" Form hat. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel besteht der Nagelkopf 4 aus einem ungefähr kegelstumpfförmigen Abschnitt zwischen dem Nagelschaft 6 und dem schaftförmigen Teil 66 des Funktionsabschnittes 10f.

Das schaftformige Teil 66 ist an seiner Umfangsfläche mit umlaufenden Rippen und Vertiefungen versehen, die für eine optimale Verankerung der Umhüllung 64 mit dem Kern 62 sorgen. An dem von der Nagelspitze 8 abge- wandten Ende des Kerns 62 ist, wie bei den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen, eine ebene Schlagfläche 30 zum Ansetzen des Treibers (nicht gezeigt) eines Bolzenschussgerätes vorgesehen.

Die Umhüllung 64 umgibt den Kern 62 bis auf die Schlagfläche 30 vollständig und darüber hinaus einen Teil des Nagelkopfes 4f. Die Umhüllung 64 könnte auch so ausgebildet werden, dass sie die Schlagfläche 30 umgibt. Vorzugsweise wird jedoch die Schlagfläche 30 frei gelassen, damit der Treiber des Bolzenschussgerätes unmittelbar am metallischen Kern 62 angreifen kann.

Die Außenform der Umhüllung 64 ist entsprechend der gewünschten Funktion des Funktionsabschnittes 10f ausgebildet. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 6 hat der Funktionsabschnitt eine ähnliche Funktion wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 5. Die Umhüllung 64 besteht somit aus einem Haltekopf 56f, einem eine Hinterschneidung 6Of bildenden Zwischenabschnitt 58f und einem den Nagelkopf 4f vergrößernden Kopfabschnitt 70.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Umhüllung 64 jede beliebige Außenform haben kann, die zum Ausüben einer speziellen Funktion des Funk- tionsabschnittes erforderlich ist. So kann die Umhüllung 64 beispielsweise die

Funktionen der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Funktionsabschnitte übernehmen.

Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Nägel nach Art eines Baukastensystems zusammensetzen. Eine Standardform eines Nagels mit einem stan- dardisierten Kern 62 wird dann mit Umhüllungen 64 unterschiedlichster Form umgeben. In diesem Zusammenhang ist es ferner möglich, Nägel mit Kernen 62 unterschiedlicher Längen bereitzustellen, die dann für entsprechende Anwendungszwecke mit einer Umhüllung einer gewünschten Form umgeben wird. Ein weiterer Vorteil der zweiteiligen Ausbildung des Funktionsabschnittes

10f besteht darin, dass sich bestimmte Außenformen wie z.B. ein Funktionsabschnitt mit einer Hinterschneidung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, leichter herstellen lassen. Ein entsprechend einteilig ausgebildeter Funktionsabschnitt würde eine kaltschlagtechnische Umformung erfordern, die aufwendig und kostspielig ist. Dagegen ist eine Umspritzung des Kerns 62 mit Kunststoff wesentlich einfacher und kostengünstiger.

Andererseits sind Funktionsabschnitte aus Kunststoff für viele Anwendungszwecke ausreichend. Dies gilt beispielsweise für Anwendungen, bei denen der Funktionsabschnitt keinen hohen Kräften und Belastungen ausgesetzt ist. In diesem Fall können die Kosten für hochwertige Materialien (Edelstahl) eingespart werden. Ferner ermöglicht die zweiteilige Ausführung des Funktionsabschnittes eine Gewichtsersparnis, was eine Leichtbauweise begünstigt. Ein weiterer wichtiger Vorteil der aus Kunststoff bestehenden Umhüllung 64 ist ein Korrosionsschutz des Nagels 2f. Wenn sich, wie in Fig. 6 dargestellt, die Umhüllung 64 in einen Bereich erstreckt, der nach dem Setzen des Nagels zwischen der Unterseite des Nagelkopfes 4f und der Oberseite des Bauteils B liegt, so schützt die Umhüllung 64 nicht nur das schaftförmige Teil 66 des Kems 62, sondern sie bildet auch eine Abdichtung des Bereiches, in dem der Nagel das Bauteil B durchdringt.

Die Umhüllung 64 bildet somit in dem genannten Bereich eine Art Ring- dichtung 72, die beim Setzen des Nagels zwischen dem Nagelkopf 4f und dem

Bauteil B eingespannt wird. Eine Zerstörung, d.h. ein Verquetschen der Ringdichtung 72 beim Nagelsetzen lässt sich dadurch vermeiden, dass der Nagel 2f mit einer Kraft gesetzt wird, die gerade ausreicht, um den Nagelkopf 4f „sanft" auf der Oberseite des Bauteils B aufsetzen zu lassen. Auf diese Weise kann die Ringdichtung 72 in der gewünschten Weise eingespannt werden, wodurch eine optimale Abdichtung zwischen dem Nagelkopf 4f und dem Bauteil B erzielt wird.

Claims

Verfahren zum Setzen eines Nagels sowie Nagel hierfürAnsprüche:

1. Verfahren zum Setzen eines Nagels in mindestens einem Bauteil (B), welcher Nagel (2a-e) eine Nagelspitze (8), einen Nagelschaft (6), einen Nagelkopf (4) mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen Ringnut (16) und einen am Nagelkopf angeformten Funktionsabschnitt (10a-e) aufweist, bei welchem Verfahren der Nagel (2a-e) vom Treiber (T) eines Setzgerätes mit hoher Ge- schwindigkeit in das Bauteil (B) im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrieben wird, dass die Nagelspitze (8) und der Nagelschaft (6) in das Bauteil (B) eindringen, der Nagelkopf (4) an der Oberseite des Bauteils (B) aufliegt und hierbei an der Oberseite des Bauteils ein Materialaufwurf (34) gebildet wird, der in die Ringnut (16) an der Kopfunterseite des Nagels vorsteht, und der Funktionsabschnitt (10a-e) oberhalb des Bauteils (B) zum Ausüben seiner

Funktion bereitsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10a-e) an seinem vom Nagelkopf (4) abgewandten Ende eine Schlagfläche (30) aufweist, an der der Treiber (T) des Setzgerätes angreift.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10a, b, e) mit dem Nagelkopf (4) durch einen querschnittverringerten Zwischenabschnitt (32, 42, 58) verbunden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10b, c) und der Nagelkopf (4) übergangslos aneinander anschließen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10a-e) und der Nagelkopf (4) ungefähr den gleichen maximalen Durchmesser haben.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10c, d) an seinem vom Nagelkopf (4) abgewandten Ende eine als Findehilfe dienende Verjüngung (50) aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Nagelkopf (4) an der Kopfunterseite mit einer Rändelung oder anderen Aufrauung versehen ist, die als Verdrehsicherung dient.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10a) als teilkugelförmiger Gelenkkopf (28) für eine Kugelpfanne einer Steckkupplung ausgebildet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10b) als Gewindebolzen (38) ausgebildet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10c) als gewindeloser Stehbolzen (48) ausgebildet ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (1Od) als mit einem Sägezahnprofil (54) versehener Bolzen (52) ausgebildet ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (10e) als Haltekopf (56) mit einer Hinterschnei- düng (60) zum Einrasten eines zu haltenden Gegenstandes ausgebildet ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (16) des Nagelkopfes (4) angrenzend am Nagelschaft (6) eine abgerundete Fläche hat, die in eine konusförmige Fläche übergeht.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nagelschaft (6) zylindrisch oder in Richtung auf den Nagelkopf (4) konvergierend oder divergierend ausgebildet ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nagelschaft (6) mit einer Oberflächenprofilierung (18) versehen ist, die sich beim Setzen des Nagels mit verdrängtem Material des Bauteils (B) füllt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenprofilierung (18) von einer Reihe kreisförmiger Erhöhungen (20) und Vertiefungen (22) gebildet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenprofilierung von einem Gewinde gebildet wird, das beim axialen Eintreiben des Nagels in das Bauteil ein entsprechendes Gegengewinde bildet.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Nagelspitze (4) eine ogivale Form mit einem Ogivalitätsfak- tor von 3 bis 5, insbesondere 4 hat.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nagel (2b) mit einer Verdrehsicherung versehen ist.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsabschnitt (1Of) einen Kern (62) und eine Umhüllung (64) aufweist, die aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern

(62) aus einem metallischen Kunststoff und die Umhüllung aus umspritztem Kunststoff besteht.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (62) als schaftförmiges Teil (66) ausgebildet ist und die Umhüllung (64) eine die Funktion des Funktionsabschnittes (1Of) ermöglichende Außenform hat.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeich- net, dass die Umhüllung (64) den Kern (62) bis auf eine Schlagfläche (30) des

Funktionsabschnittes (1Of) vollständig umgibt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (64) den Nagelkopf (4 f) teilweise umgibt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Umhüllung (64) in einen Bereich erstreckt, der nach dem Setzen des Nagels zwischen der Unterseite des Nagelkopfes (4f) und der Oberseite des Bauteils (B) liegt.

26. Nagel zum Setzen in mindestens einem Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher aufweist: eine Nagelspitze (8), einen Nagelschaft (6), einen Nagelkopf (4) mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen Ringnut (16) zur Aufnahme eines wulstförmigen Materialaufwurfs (34) des Bauteils (B), und einen am Nagelkopf (4) angeformten Funktionsabschnitt

(10a-f), wobei der Nagelschaft mit einer Oberflächenprofilierung zur Aufnah- me von verdrängtem Material des Bauteils (B) versehen ist und die Nagelspitze eine ogivale Form mit einem Ogivalitätsfaktor von 3 bis 5 hat.