DE2008035A1

DE2008035A1 - Befestigungselement

Info

Publication number: DE2008035A1
Application number: DE19702008035
Authority: DE
Inventors: Joseph Henry Rocky River Ohio Massa (V.St.A.)
Original assignee: National Screw and Manufacturing Co
Current assignee: National Screw and Manufacturing Co
Priority date: 1969-02-27
Filing date: 1970-02-20
Publication date: 1970-09-10
Also published as: DE2008035C3; JPS4932486B1; DE2008035B2; GB1287214A; SE413049B; FR2035689A5; US3643544A

Description

DR. ING. B. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATX HTAirWA.LT*
0-1··· MONCHlN « - A«AMUASTIAS«E 4 . TIIiK)N |M11) W1M7

The National Screw & Manufacturing Company, Mentor, Ohio / USA

Befestigungselement

uie brfindung betrifft ein Lefestigungselement hoher Bruchfestigkeit zum Verbinden von τ indestens zwei Teilen mit zueinander ausgerichteten Offnungen, wobei eine Seite eines Teils unzugänglich oder blind ist, das
aus einer Schraube aus einem relativ unbiegsamen, Im wesentlichen homogenen N etall mit einem zylindrischen Schaft, der ein Gewinde aufweist,
mit einem Kopf, aer mit dem blinden Ende des Schafts aus einem StUqk geformt ist, und mit einem Vorsprung, der am dem Kopf gegenüberliegenden Ende des Schafts eine Eintreibverbindung bildet, aus einem relativ biegsamen bl inden Kopfteil in der Form einer durchgehenden zylindrischen
NetallhUlse, deren Auöendurchmesser Im wesentlichen dem Durchmesser 'des Schraubenkopf es entspricht, una aus einer Metallmutter besteht, die

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auf aen Schaft aufgeschraubt wird und die einen zylindrischen röhrenförmigen Rumpfteil mit einem äußeren Durchmesser aufweist, der im wesentlichen dem Schraubenkopfdurchmesser entspricht, wobei dieser Rumpfteil einen Kopf, der mit ihm aus einem Stück geformt 1st, und der die zugängliche Seite der Teile erfaßt, sowie eine sich axial erstreckende kegelstumpfförmige Tragfläche an seinem anderen Ende aufweist, die nach außen und gegen da:
neigt ist.

gegen das zugängliche Ende in einem winkel von ungefähr 15 bis 22 ge-

DIe Erfindung schafft ein neues und verbessertes, dreiteiliges, "blindes" Befestigungselement der Mutter- und Schraubenform, das besonders für die Verwendung In Flugzeugen, Raketen und dergleichen gedacht Ist, und das nicht nur eine höhere Zug- und Scherfestigkeit für jede gegebene Qrööe und jedes Gewicht aufweist, sondern das auch mit einer größeren Vorspannung eingeschraubt werden kann und eine bessere Klemmfdhlgkeit hat als bisher bekannte bunde Befestigungselemente der Art, auf die sich die Erfindung bezieht· Die orfindungsgemäS· Vorrichtung hat auch das Eingreifen zwischen Schraube und Mutter verbessert und kann somit Vibrationen besser standhalten, auch solchen ;v,li ÜberschalIfrequenzen, ohne zu versagen.

Die t.rfindung schafft außerdem ein neues und verbessertes blindes Befestigungselement oder Serien von tiiefestlgungselementen aer Art, auf dl? öezj·) yanorrrr.en wird, aie ί,ο konstruiert und proportioniert sind, da3 ein Llement von bestimmter Größe Teile, deren Gesamtdicke innerhalb größerer Bereiche variiert, besser miteinander verbindet.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart gelöst, daö die Mutter des Befestlgungseiementes Im zylindrischen Rumpfteil eine Mehrzahl von Vertiefungen aufweist, die anschließend an die kegel stump fförnn I ge Tragfläche auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind una die so weit in die Tiefe reichen, daß dadurch das Innere Gewinde der Mutter verformt wird und zwischen der Mutter und der Schraube ein Passungselngrlff zustande kommt,

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Die Erfindung wird Im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung naher erläutert. Eis zeigen:

Flg. 1 einen AufrlS eines erflndungsgemäSen Befestigungselements}

Flg. 2 eine erweiterte Ansicht des Befestigungselements aus Flg. 1, wobei Teile weggebrochen wurden und ein Axialschnitt gewählt wurde, um die Konstruktion zu zeigen}

Flg. 3 einen axialen Schnitt, wobei Teile im Aufriß gezeigt werden und das Befestigungselement In zwei Teilen angebracht Ist, die durch es verbunden werden sollen}

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Flg. 3, Jedoch mit dem Befestigungselement Im Einsatz, wodurch die Teile fest miteinander verbunden werden.

Das Bezugszeichen A bezeichnet ein zusammengesetztes blindes Befestigungselement, das erflnaungsgemäß konstruiert wurde. Das Befestigungselement umfa3t drei Teile: eine Schraube oder einen Bolzen B₁ eine zylindrische röhrenförmige Hülse C, die neben dem Schraubenkopf auf dem Schaft der Schraube angebracht Ist, und eine Mutter D, die an dem Ende, das dem Kopf gegenüberliegt, auf den Schaft der Schraube B aufgeschraubt wird. Das Befestigungselement wird Im Zuge seiner Herstellung zusammengesetzt und in dem zusammengesetzten Zustand, wie Fig. 1 der Zeichnung zeigt, verkauft.

e Schraube B bildet den blinden Teil des Befestigungselerr.ents; sfe besteht aus dem mit.einem üewinae versehenen Schaft 12 mit einem Kopf 14, der zusammen mit einem Ende In einem Stück geformt Ist, und mit einer Eintreibverbindung 16 am anderen Ende. Die Eintreibverbindung 16 Ist in der gezeigten Ausführungsform eine Fortsetzung oder ein Ansatz des Schafts 12 der Schraube; sie weist einander gegenüberliegende flache Selten 18 und 20 auf, die von einem Einschraubwerkzeug erfaßt werden können, und Ist mit dem eigentlichen Schaft 12 durch einen geschwächten Schaftteil verbunden, der aus einer V-förmigen Kerbe 22 am Ende der flachen Selten 18 und 20 neben dem Kopf der Schraube besteht. Der äußere oder Gesamtdurchmesser des Kopfes 14 der Schraube B Ist ungefähr 11/2 mal so groß wie der effektive Schaftdurchmesser. Die tragende Seite des Kopfes 14 der

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Schraube B kann auf Wunsch leicht hinterschnitten werden, wie unter 24 zu sehen ist.

Die Hülse C Ist ein fortlaufendes zylindrisches röhrenförmiges Teil und bildet den unzugänglichen Kopfteil des Befestigungselemente. Die gegenüberliegenden Enden der Hülse C können sowohl nach außen als auch nach Innen leicht abgeschrägt sein, wie unter 26 und 28 zu sehen ist. Der innere Durchmesser der Hülse C ist so beschaffen, daß diese mit der Hand auf den Schaft 12 der Schraube aufgesetzt werden kann, aber nicht locker darauf sitzt. Die Mutter D bildet den äußeren oder zugänglichen Teil des Befestigungselements } sie besteht aus einem zylindrischen Rumpfteil 30 mit einem Senkkopf 32, der zusammen mit einem Ende der Niutter aus einem Stück geformt Ist, und einer konischen oder kegel stump fförm I gen Tragfläche 34 am anderen Ende, d.h. an dem Ende, das der Hülse C benachbart Ist, wenn die Teile des Befestigungselements zusammengesetzt sind.

Uer Kopf 32 der Mutter D weist eine Mehrzahl von Schraubschlitzen 36 aufj in der gezeigten Ausführungsform sind es vier, die gleichmäßig um die Qewindebohrung In der Mutter verteilt sind. Die Schraubschlitze 36 sind relativ flach, um an der Verbindungsstelle des Kopfes 32 mit dem Rumpf 30 der Kutter rr.öolichst viel Material zu belassen. Um die kutter an dieser Stelle noch weiter zu starken, schliedt sich die konische äußere Fläche des Kopfes 32 an den zylindrischen Rumpf 30 mit einem Radius 38 von ungefähr 0,07 bis 0,2 cm statt in einem scharfen \inkel an. üel der Anvondung wird das befestigungselement durch ausgerichtete Öffnungen in die zu befestigenden Teile eingeführt, z.B, In die Teile 40 und 42, die in Flg. 3 und 4 gezeigt sind, wobei der Kopf 14 der Schraube B solange führt, bis der Kopf 32 der Nutter D In dem Senkloch an der zugänglichen Seite des T_ells 42 sitzt. Die Gesamt- oder Auiäendurchmesser des Kopfes 14 der Schraube B₁ der Hülse (J und des Rumpfteils 30 sind Im wesentlichen gleich groß, und die zueinander ausgerichteten Öffnungen In den zu befestigenden Teilen sind, z.B. durch Bohren, so geformt, daß das Befestigungselement In sie eingeführt werden kann, aber In Ihnen nicht locker sitzt. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, den äußeren Durchmesser der Hülse C etwas, z.B. um 0,005 cm, kleiner zu machen als den Durchmesser des Kopfes 14 der

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Schraube B₁ um Jede Möglichkeit auszuschalten, daß die HUIse während des Zusammensetzens beschädigt oder verkratzt wird.

Wenn das Befestigungselement A mit den Teilen, die fest miteinander verbunden werden sollen, zusammengeführt Ist, wird es durch das Drehen der Schraube B relativ zur Mutter D eingeschraubt oder eingepaßt, so daß das der Mutter zugewandte Ende der Hülse C über das an sie anschließende verjüngte oder konische Ende 34 der Mutter D gezogen und ausgeweitet wird, wodurch ein Innerer oder blinder Kopf gebildet wird· Die Schraube B wird vorzugsweise so gedreht, daß das Befestigungselement A zusammengezogen, und die als blinder Kopf vorgesehene Hülse C Über dem konischen Ende 34 der Mutter D ausgeweitet wird und ganz eng an die benachbarte Seite des Teils 40 einschließt, während der Kopf 32 der Mutter D In enge klemmende Verbindung mit der Ihm zugekehrten Seite des Teils 42 gebracht wird.

Die Schraube B wird gedreht, bis das abgeflachte Verbindungsteil 16 an der eingekerbten Stelle oder Kerbe 22 vom Schaft 12 abbricht. Das bedeutet ein Anziehen oder Einschrauben des Befestigungselements bis zu einer vorausberechneten Beanspruchung oder Belastung. Aufgrund seiner besonderen Konstruktion kann das erfindungsgemäee Befestigungselement bis zu 30% seiner Zugbelastung eingeschraubt werden. Man kann die Schlitze 36 auf Wunsch weglassen und das Befestigungselement mit einem Werkzeug einschrauben, das keine Verbindungstelle an dem Mutterteil erforderlich macht.

Wenn das Befestigungselement A bis zu einer vorausberechneten Spannung eingeschraubt worden Ist, sind die Teile 40 und 42 fest verbunden oder zwischen dem Kopf 32 der Mutter D₁ der den äußeren oder zugänglichen Kopf bildet und die Ihm benachbarte Seite des Teils 42 erfaßt, und dem ausgeweiteten Ende der Hülse C, das den Inneren oder unzugänglichen Kopf bildet und an die ihm benachbarte Seite des Teils 40 anschließt, verklemmt. Der Kopf 32 der Mutter D 1st ein Senkkopf, und die Öffnujig Im Teil 42 Ist eingesenkt, um den Kopf aufzunehmen! die Konstruktion Ist dabei so beschaffen, daß bei der Anwendung der Kopf 32 der Mutter D ml* dem Äufteren des Teils 42 bündig endet. Dieses Merkmal Ist zwar nicht erfindungswesentlich, wird.

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aber bei vielen Anwendungen bevorzugt, z.B. bei der Verwendung des Befestigungselements an der Außenseite von Flugzeugen, well man dadurch eine glatte Oberfläche erhält. Natürlich können auch ander· AusfUhrungsarten mit Senkköpfen oder Überstehenden Köpfen verwendet werden.

Wenn die schaftzugekehrte oder tragende Seite 24 des Kopfes 14 der Schraube B hinterschnitten ist, erhalten die radial äußeren zwei Drittel der hlnterschnlttenen tragenden Fläche vorzugsweise eine konische Kegel stumpfform, die In elnem^WInkel von ungefähr 20° zu einer Ebene steht, die senkrecht zur Längsachse der Schraube B verläuft. Es können jedoch auch andere Winkel verwendet werden· Der radial Innere Teil der Tragfläche 24 geht vorzugsweise stetig In den benachbarten Teil des Schraubenschaftes Über.

Wenn der Kopf 14 der Schraube B gegen das daran anschließende Ende der HUIse C gezogen und das der Mutter zugewandte Ende der Hülse C über ale konisch verjüngte Tragfläche 34 der Mutter D gestreift wira, schiebt die hlnterschnlttene Tragfläche 24 das daran anschließende Ende der Hülse C zusammen. Dieser Vorgang wird erleichtert, wenn der äußere Umfang des anschließenden Endes der Hülse C abgeschrägt Ist, wie unter 26 gezeigt ist, da dieses Ende dann besser mit der kegel stumpf form Ig verlaufenden Fläche des Kopfes 14 der Schraube B Übereinstimmt. Vorzugsweise sind beide Enaen der Hülse C abgeschrägt, wodurch die Hülse umdrehbar und die Zusammensetzung erleichtert wird.

Wenn die Teile des Befestigungselements A zusammengeschoben werden, wird die Hülse C über die konisch verlaufende Tragfläche 34 der Mutter D gezogen, und während sie sich dabei ausdehnt »der nach oußen erweitert, wird sie dünner und bekommt eine kegelstumpfartlge Form. Die Wanddicke des entgegengesetzten Endes der Hülse nimmt unabhängig davon, ob die Tragfläche 24 der Schraube B hinterschnitten Ist oder nicht, zu, und zwar aufgrund des Drucks oder der Kraft, die durch den Kopf der Schraube darauf ausgeübt wird. Der Druck der Hülse C auf das Ende des konischen Teils der Nutter U bewirkt, daß dieses Ende eng um den Schaft 12 der Schraube d

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gepreßt wird, wobei durch den Gewindeeingriff zwischen der Mutter D und der Schraube B eine Sperrwirkung auftritt, die ein Aufschrauben oder eine Lockerung des Bolzens bzw. des Befestigungselements A während der Benutzung verhindert. Die Elastizität des konischen Endes 34 der Mütter D kann durch Ankörnen oder Senken desselben über eine kurze Entfernung hinweg zu einem leicht kegeligen Verlauf z.B. von ungefähr 25° erhöht werden; das Ist Jedoch nicht erflndungswesentllch.

Die Teile des Befestigungselements werden im Zusammenhang mit anderen Erfordernissen so kurz wie möglich gemacht, um Gewicht zu sparen, und sie sind vorzugsweise so proportioniert, daS, wenn das Befestigungselement angewendet oder eingeschraubt wird, das konische Ende der Mutter O vom Kopf 14 der Schraube B entfernt ist, daß also das dem Kopf zugewandte Ende der HUIse C nicht nach außen gedrückt wird»

In der Praxis werden die Befestigungselemente in vorherbestimmten Größen angefertigt, und die verschiedenen Teile sind so konstruiert und proportioniert, usw., daß man für eine gegebene Größe maximale Stärke und minimales Gewicht erreicht. Die Schäfte der Schrauben oder Bolzen haben vorzugsweise die Standardgrößen für Schrauben, z.B. 4-48, 6-40, 10-32, 12-28, 1/4-28 usw., und eine vorgegebene Schaftkonstruktion bestimmt In einem mindestens sehr hohen Maß die Konstruktion der anderen Teile usw. Die Gewinde ^lnd vorzugsweise abgestumpft, mit einem flachen Fuß und einer flachen Krone, die auf konventionelle Welse hergestellt werden. Das Schraubengewinde wird durch Rollen hergestellt und erstreckt sich entlang dem Schaft bis unmittelbar In die Nähe des Schraubenkopfes. Der Fußdurchmesser des Gewindes Ist größer als beim Standardschraubengewinde gleicher Größe oder mit maximalem Gewindedurchmesser, vgl. dazu "Screw-Thread Standards for Federal Services, Handbook H28 (1957) Part I₁ United, American, American National and National Miniature Threads" (Schraubengewinde-Normen zur Anwendung auf Bundesebene, Handbuch H28 (1957) Teil I₁ bezüglich Gewinden von United, American, American National und National Miniature Threads), herausgegeben vom "U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards" (vom amerikanischen Handelsministerium, Normenabtellung). Man erreicht das durch das Wegschi el fen der

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Qewlndespltzeni es entsteht ein größerer FuSdurchmesser als der Standard-FuSdurchmesser für den gleichen maximalen Gewindedurchmesser, der aber nicht groS genug ist, um In bezug auf die \nnmron dazupassenden Gewinde In der Mutter D zu stören, die vorzugsweise mit einem Standardbohrer geformt werden. Der FuBdurchmesser beträgt vorzugsweise ungefähr 83% bis 84% des maximalen Gewindedurchmessers.

Die Schraube B Ist aus einem Metall mit einheitlicher Zusammensetzung und einer hohen Zugfestigkeit, die vorzugsweise größer Ist als 16 900 kg/cm und nicht kleiner als 9840 kg/cm , als auch mit einer Verformbarkeit von ungefähr 15% bis 40%, gemessen an der Querschnittsverminderung, d.h. am Unterschied zwischen der ursprünglichen Querschnittsfläche eines Musters und der Fläche seines kleinsten Querschnitts, gemessen nach dem Bruch aufgrund von Spannung, ausgedrückt In Prozenten von der ursprüngllchen Querschnitts fläche. Das bevorzugte Material Ist ein Nlckel-Kobalt-Molybdän-Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der vergütet ist, um die erforderlichen physikalischen Eigenschaften zu erhalten.

Die Schraube wird durch konventionelle Methoden geformt und mit einem Gewinde versehen, während das Material relativ welch ist, und wird dann anschließend vergütet, urr die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erhalten.

Der blinde Kopfteil oder die Hülse C ist vorzugsweise aus Metall mit elnheltlIcher Zusammensetzung, einer Biegungsfestigkeit zwischen 3520 kg/cm und 10 200 kg/cm , mit einer Verformbarkeit, die an der oben erklärten Querschnittsabnahme von ungefähr 40% bis 76% gemessen wird, und mit der Fähigkeit, während der Bearbeitung mindestens zweimal so stark zu erhärten, wie basischer Stahl (basisches Slemens-Martln-Materlal), gemessen an der Zunahme an Härte, d.h. am Unterschied zwischen der ursprünglichen Härte eines Testmusters und dessen Härte nach der Bearbeitung. Das bevorzugte Material Ist ein rostfreier und wärmebeständiger Stahl von der Ausführung Α-2Θ6.

Die Mutter D kann aus ähnlichem Material sein wie die Schraube B oder die Hülse O. Sie wird vorzugsweise aus N ischmetall der Klasse 8740 hergestellt.

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Der Grad oder Winkel der Verjüngung der konischen Tragfläche oder dos konischen Teils 34 der Mutter D Ist ebenfalls ziemlich kritisch, da die Längs- und Radialkräfte, die dadurch gegenüber der Hülse C entstehen, so proportioniert sein müssen, daß die Hülse nicht springt, sondern während des Einschroubens des Befestigungselements entsprechend kaltverformt wird. Die Ausmaße der Teile und das Material, aus.dem sie Jeweils bestehen, sind so beschaffen, daß das Material beim Einschrauben an dem erweiterten Ende der Hülse C über seine Streckgrenze hinaus, aber nicht bis zu seiner Höchstspannung belastet wird. Die Hülse darf nicht zu einer zu flachen Form ausgeweitet werden, damit sie dem während der Benutzung auf sie ausgeübten Druck standhält. Der Winkel des abgeschrägten Teils 34 kann von ungefähr 15° bis zu 22° betragen und liegt vorzugsweise ungefähr zwischen 16,5° und 18°.

Bei den erfindungsgemäßen Befestigungselementen werden die Teile oder Platten 40 und 42 zwischen blinden und nlchtbllnden Köpfen zusammengehalten, von denen mindestens einer nachgiebig oder ziemlich nachgiebig Ist. Der nachgiebige Kopf fängt Vibrationen auf, denen die Befestigungselemente während der Benutzung ausgesetzt sind, und wird durch sie nicht geschädigt. Daher wird das Befestigungselement, abgesehen davon, daä es ausgezeichnete üeanspruchungs- und Spamungselgenschaften hat, auch dann nicht versagen, wenn es Vibrationen ausgesetzt Ist.

Um das Aufschrauben der Schraube B nach dem Einschrauben des Befestigungselements noch zusätzlich zu verhindern, Ist die gezeigte Befestigungsvorrichtung A mit einer Mehrzahl von Ins Gewinde eingreifenden Teilen versehen, dl· von einer od*r zwei, Im vorliegenden Fall von drei am Umfang angebrachten, ziemlich kleinen Vertiefungen 44 In Ihrem Äußeren bestehen, die angebracht werden, nachdem die Teile de» Befestigungselements genau oder annähernd zu der Anordnung zusammengesetzt worden sind, die Flg. zeigt. Dazu wird ein Stempel mit halbrunder Nase In das Äußere des Rümpfteils 30 der Mutter D gedrückt,- und zwar unter Einhaltung eines kleinen Abstands unmittelbar neben der konischen Tragfläche. Ot Stempel wird genügend weit und genügend fest In die Mutter D getrieben, um den Teil des

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Inneren Gewindes der Nutter zu verformen, aer unter der durch den Stempel gebildeten äußeren Vertiefung 44 liegt. Durch diese Lage der Eindrücke wird auf beste Welse die Möglichkeit ausgeschaltet, da3 sie In der Scherfläche zwischen zwei durch das Befestigungselement verbundenen Teilen angebracht werden. Der Durchmesser der halbrunden Nase des Stempels beträgt vorzugsweise ungefähr d bis -r, wobei d der äußere Durchmesser des Rumpftells 30 der Mutter D ist. Die tatsächlich beste Größe Innerhalb dieses Bereichs hängt primär von der Steigung des Inneren Gewindes der butter ab, da der Eindruck Innere Gewinde flanken ausreichend verformen muß, um einen Reibungswiderstand gegen die spiral Igen Flankenoberflächentelle der entsprechenden Gewinde der Schraube B zu schaffen. Alle Eindrucke sind auf einem gemeinsamen Kreis um den Rumpf angeordnet. Dadurch und durch die Verwendung von mehreren, z.b. von drei oder vier, Im Abstand voneinander angebrachten Eindrucken wird erreicht, da3 man einen oder mehrere Eindrücke höchst wirksam relativ zu den Gewinde flanken anbringt, um einen optimalen Eingriff zu erhalten.

Bei der Bildung der Vertiefungen 44 werden darunterliegende Gewindeteile der Mutter gegen und In das Gewinde der Schraube gepreßt, wodurch es zu einem gegenseitigen Gewindeeingriff kommt, aber das Gewinde der Schraube wird, wenn Überhaupt, nur sehr unwesentlich verformt. Oa die TeIJe schon zusammengesetzt sind, wenn die Vertiefungen 44 angebracht werden, hat man auch die nötige Kontrolle Über den Gewindeeingriff, um einen vorherbestimmten einheitlichen Eingriff und Sperreffekt In den Befestigungselementen zu erhalten. Das Ist dann ein sehr wichtiger Vorteil, wenn das Einschraubmoment durch den wirksamen Durchmesser der Schraube ort der SolIbruchkerb· 22 bestimmt wird und es erforderlich Ist, da3 die Befestigungselemente mit einem vorherbestimmten Prozentsatz, z.B. mit 50%, Ihrer Zugbelastung eingeschraubt werden. Bei Erfordernissen wie den erwähnten, muß das zur Überwindung der Ge winde reibung erforderlich· Elnschraubrnoment gleichförmig sein und bei der Bestimmung der Tief· der Kerbe 22 berücksichtigt werden. Sonst werden dl· Befestigungselement· nicht gleichmäßig eingeschraubt und haben dann nicht die gleichen Befestigungseigenschaften, d.h. sie werden dann die durch sie zu verbindenden Teil· nicht mit der gleichen Stärke miteinander verbinden.

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Ein weiterer Vorteil der nachträglichen Herstellung des Gewindeeingriffs, also wenn die Teile schon zusammengesetzt sind, besteht darin, daß der Eingriff nicht durch nachträgliche relative Umdrehung zwischen der Schraube und der Mutter zerstört wird, da beim Einschrauben des Befestigungselements sehr wenig Drehmoment dieser Art auftritt. Wenn der Gewlndeelngrlff vor der Zusammensetzung der Teile hergestellt wUrde, würde der Eingriff in der Mutter zum gröSten Teil, wenn nicht ganz, durch das Aufsetzen der Mutter auf den Schraubenkopf beseitigt· Dies trifft besonders wegen der scharfen Kanten am Ende der Gewindetelle zu, die durch die flachen betten der EintreibverbIndung16 gebildet werden.

Erflndungsgemdße Befestigungselemente werden nicht nur mit verschiedenen Durchmessern, sondern auch mit verschiedenen Konstruktl ons längen t hergestellt, die innerhalb einer Serie durch kleine Werte I voneinander unterschieden sind. Kennzeichnenderweise entsprechen die Konstruktionslängen nominal der Bezugsdicke der Platten oder Teile, dl· miteinander verbunden werden sollen, wodurch die Auswahl von Befestigungselementen geeigneter Länge erleichtert wird. Die Werte I, durch die sich die Konstruktionslängen der Serie unterscheiden, sind klein, z.B. 1,59 mm. FUr eine optimale Arbeltswelse Ist es besondere wichtig, da3 der kegel stumpfförmige Flächenabschnitt 34 völlig auSerhalb der zu erfassenden Teile Hegt. Gleichzeitig müssen auch miteinander verbundene Platten oder Teile, die von einer Bezugsdicke abweichen, mit einem Befestigungselement der Serie so verbunden werden, daß der Flächenabschnitt 34 auSerhalb der Teile Hegt·

GemäS der Erfindung Hegt das breite Ende der kegelstumpfförmlgen Fläche 34 der Mutter D eines Befestigungselements, das für eine bestimmte Bezugsdicke konstruiert Ist, niemals Innerhalb der miteinander verbundenen Teile, ungeachtet Irgendwelcher Unterschiede Im Durchmesser der Mutter, In der Länge oder dem winkel des kegelstumpfförmlgen Teils Innerhalb bestimmter Herstellungstoleranzen« Es Ist klar, daß solche Abweichungen auch Veränderungen der axialen Lage des breiten Endes der kegelstumpfförmlgen Fläche 34 entlang der Mutterlänge mit sich bringen. Gleichzeitig erstreckt sich gemäß der Erfindung das breite Ende der Fläche 34 um keine unnötige Ent-

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fernung über die zu verbindenden Teile hinaus, um diese Bedingung zu sichern. Um diesen Erfordernissen zu entsprechen, Ist für die Mutter D eine minimale Rumpflänge I vorgesehen, ale so groS Ist wie die Konstruktionslänge t plus die Hälfte des Abweichungswertes i. D.h. I . «■ t + ^. Aus FIg, 2 wird ersichtlich, da3 die Rumpflänge I so groß Ist wie die Länge m des Rumpfteils 30 plus der Dicke oder Tiefe η des konischen Teils des Kopfes. Im Falle einer Kutter mit einem Überstehenden Kopf Ist I « m, da der Kopf nicht innerhalb des Materials oder der Dicke der miteinander zu verbindenden Teile liegt. Der maximale Wert I wird erfindungsgemäß festgestellt bei

. . I max min . min max

lt₊₊ ctga

wobei d der Durchmesser des Rumpfteils 30 der Mutter D, d¹ der kleinere Durchmesser der kegelstumpfförmlgen Fläche 34, α der Winkel In einer Axialebene der konischen Fläche hinsichtlich der zentralen Längsachse der Mutter und ν die Toleranzabwelchung In der Länge k der Mutter ist. Diese Länge k setzt sich zusammen aus der Rumpflänge I (m oder m + n, Je nachdem) plus der axialen Länge des Kegelstumpfteils 34 d«r Mutter D.

In der Praxis kann der Unterschied zwischen dem minimalen Wert I und dem maximalen Wert I, bei einer Änderung des Winkels α zwischen 15 und 22 , bei einem Toleranzberelch der Durchmesser d und d¹ bis zu 0,05 mm (z.U. - 0,025 mm) und bei der Toleranzabwelchung ν In der Gesamtlänge k von 0,25 mm (z.B. - 0,125 mm), durch das empirische Verhältnis ausgedruckt werden. So ist also I . ■> t + r und I ■ t + r + .

min max 6*1

Vergleichstests zwischen erflndungsgemäß hergestellten Be fest I gungse lementen großer Festigkeit und handelsüblichen blinden Befestigungselementen zeigen, daß das erfindungsgemäße Befestigungselement den handelsüblichen weit überlegen Ist, Als ijelsplel dafUr zeigen die Tests, dad das erflndungsgemüße Befestigungselement die handelsüblichen Elemente an Zugfestigkeit und Klemmfühlgkelt übertrifft, d.h. die durch sie miteinander verbundenen Teile werden durch sie viel fester verbunden als durch die gegenwärtig verftlgbaren Befestigungselemente und können, ohne zu versagen, größere Belastungen aushalten.

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Aus aer vorausgegangenen Beschreibung der bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung wird ersichtlich, daß ein neues und verbessertes sogenanntes blindes Befestigungselement oder eine Schraube mit Mutter geschaffen wurde, die für eine bestimmte Größe maximale Leistungsmerkmale und besonders eine große sogenannte Zugfestigkeit und Klemmfähigkeit aufweist.

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Claims

Pateritansprüche

1. J Befestigungselement hoher Bruchfestigkeit zum Verbinden von mindestens zwei Teilen mit zueinander ausgerichteten Öffnungen, wobei eine Seite eines Teils unzugänglich oder blind ist, das aus einer Schraube aus einem relativ unbiegsamen, Im wesentlichen homogenen Metall mit einem zylindrischen Schaft, der ein Gewinde aufweist, mit einem Kopf, aer mit dem blinden Ende aes Schafts aus einem Stück geformt ist, und mit einem Vorsprung, der am dem Kopf gegenüberliegenden Ende des Schafts eine Eintreibverbindung bildet, aus einem relativ biegsamen blinden Kopfteil in der Form einer durchgehenden zylindrischen Metallhülse, aeren Außendurchmesser Im wesentlichen dem Durchmesser des Schraubenkopfes entspricht, und aus einer Metallmutter besteht, die auf aen Schaft aufgeschraubt wird und die einen zylindrischen röhrenförmigen Rumpfteil mit einem äußeren Durchmesser aufweist, der Im wesentlichen dem Schraubenkopfdurchmesser entspricht, wobei dieser Rumpfteil einen Kopf, der mit Ihm aus einem Stück geformt Ist, und der die zugängliche Seite der Teile erfaßt, sowie eine sich axial erstreckende kegelstumpfförmige Tragfläche an seinem anderen Ende aufweist, die nach außen und gegen das zugängliche Ende in einem Winkel von ungefähr 15° bis 22 geneigt Ist, dadurch gekennz e lehnet, daß die Mutter (D) des Befestigjngselementes Im zylindrischen Rumpfteil (30) eine Mehrzahl von Vertiefungen (44) aufweist, die anschließend an die kegelstumpfförmige Tragfläche (34) auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind und die so weit In die Tiefe reichen, daß dadurch das innere Gewinde der Mutter (u) vor formt wird und zwischen der Nutter (L)) und der Schraube (B) ein Passungseingriff zustande kommt.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dl· Vertiefungen (44) In dem .zylindrischen Rumpfteil (30) der Mutter (l_>) einen Im wesentlichen kugelförmigen Umriß sowie einen Krümmungsradius aufweisen, der nicht größer Ist als derjenige de» zylindrischen Rumpfteil s (30) und nicht kleiner als ein Viertel davon.

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3. Befestigungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daö dfe anschließend an die kegelstumpfförmlge Flüche (34) rund um den zylindrischen Rumpfteil (30) der Mutter (D) angebrachten Vertiefungen erst geformt werden, nachdem die Mutter (D) auf den Gewindeteil des Schraubenschafts (12} so aufgesetzt wurde, da3 aie kegelstumpfförrnige Fläche (34) der Kutter (D) an die Hülse (c) des Befestigungselements anschließt.

4. Befestigungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn ζ e I c hη et _t da3 das Befestigungselement Teil einer Serie ist, deren Konstruktionslängen t um einen ,vorbestimmten Wert !'voneinander verschieden sind, daß die Mutter (D) eine minimal^'Länge I des zylindrischen Rumpftelis (30) und aller Teile des Kopfes (32), die Innerhalb der miteinander zu verbindenden Teile aufgenommen werden sollen, aufweist, die der Konstrukt Ions länge t plus der Hälfte des Wertes I entspricht.

t>. Befestigungselement nach Anspruch 4, dadurch g· kennzeich

net, daß die maximale Länge I ämr Mutter dem Wert * + j>⁺gTTT" ^ent~ spricht und die Länge I einen Toleranzbereich von 0,025 cm hat.

6. Befestigungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzel c'h -

net, daß die Kutter eine maximale Länge I■■' '

+ V

hat, wobei d der Durchmesser des Rumpfteils (30) der Mutter, d' der. kleinere Durchmesser der kegeistumpfförrnlgen Fläche (34), ader Winkel Jn einer Axialebene der konischen Fläche (34) In Hinsicht auf die zentrale Längsachse der Mutter und ν die Toieranzabwelchung der Länge I plus die Länge der kegeistumpfförmlgen Tragfläche (34) In axialer Richtung Ist,

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