DE10205031B4

DE10205031B4 - Verfahren zum Herstellen eines, mittels eines Setzgerätes eintreibbaren Befestigungselementes sowie ein Setzgerät hierfür und ein Befestigungselement

Info

Publication number: DE10205031B4
Application number: DE10205031A
Authority: DE
Inventors: Michael Selb; Karl Flechsig
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: FR2835577A1; US20030146260A1; FR2835577B1; DE10205031A1

Abstract

) Verfahren zum Herstellen eines, mittels eines Setzgerätes setzbaren Befestigungselementes, wie eines Bolzens oder Nagels, umfassend folgende Schritte:
a) aus einem Draht (50) wird ein Element (10, 10') erzeugt, an dem ein, eine Spitze (14) tragender erster Schaftabschnitt (11) grösserer Härte und ein sich an diesen anschliessender zweiter Schaftabschnitt (13) geringerer Härte ausgeformt sind,
b) das Element (10, 10') wird in die Bolzenführung (20) eines Setzgerätes eingeführt,
c) in einem, über den Kolben (21) des Setzgerätes ausgeführten Setzvorgang des Elementes (10, 10') wird an das freie Ende (15) des zweiten Schaftabschnitts (13) des Elements (10, 10') ein Kopf (16, 16') angeformt dessen Durchmesser (17) grösser ist als der Durchmesser (18) des zweiten Schaftabschnitts (13) und aus dem Element (10, 10') ein Befestigungselement (19, 19') geformt.

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren der im Patentanspruch 1 genannten Art, auf ein Befestigungselement der in Patentanspruch 7 genannten Art und auf ein Setzgerät, der in Patentanspruch 9 genannten Art.
Derartige Befestigungselemente, wie z.B. Nägel, Bolzen und dgl. aus Stahl, werden in der Befestigungstechnik zum Befestigen von Gegenständen an harten Aufnahmewerkstoffen, wie Beton, Metall oder Gestein verwendet. Die Befestigungselemente weisen dazu einen Schaft mit einer sich in Setzrichtung verjüngenden Spitze und einem am anderen Ende des Schaftes liegenden Kopf auf, welcher gegenüber dem Durchmesser des Schaftes vergrössert ist. Der Eintreibvorgang erfolgt beispielsweise mittels pulverkraft- oder gasbetriebener Setzgeräte.
Bei den Verfahren zur Herstellung von, mittels Setzgeräten setzbaren Befestigungselementen ist es bekannt, bei dem Herstellvorgang im Werk einen Kopf an einen Schaft anzuformen, nachdem der Schaft zuvor von einem Draht abgeschnitten wurde. Vor oder nach dem anformen des Kopfes, dessen Randbereich in der Regel über den Durchmesser des Schaftes hinausragt, wird an den Rohling des Befestigungselementes noch eine Spitze angeformt, die an dem, dem Kopf des fertigen Befestigungselement gegenüberliegenden Ende des Schaftes angeordnet ist.
Dieses Verfahren ist durch die Zahl der Fertigungsschritte recht aufwendig.

Aus der DE 41 39 653 A1 ist bereits ein Befestigungselement, wie eine Nagel bekannt das einen Kopf und einen Schaft aufweist wobei an dem, dem Kopf gegenüberliegenden Ende des Schaftes eine Spitze ausgeformt ist. Während der Kopf aus einem verformbaren Stahl besteht, ist der Schaft aus einem, eine hohe mechanische Festigkeit aufweisenden Stahl der sich nur im ganz begrenzten Umfang umformen lässt. Ein derartiges Befestigungselement wird z. B. nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt.

Aus der EP 0 143 579 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements bekannt, bei dem zunächst aus einem Draht ein Element erzeugt wird welches anschliessend durch Kaltverformung mit einem Schaft, einem Kopf und einer Spitze versehen wird. Nach der Verformung wird das Befestigungselement dann gehärtet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die oben genannten Nachteile zu vermeiden, ein Verfahren bereitzustellen, das eine günstige Herstellung derartiger Befestigungselemente erlaubt, ein vorteilhaftes Befestigungselement und ein Setzgerät bereitzustellen, das beim Setzvorgang an ein Element einen Kopf anformt und derart ein Befestigungselement erzeugt.

Dieses wird durch die in den Patentansprüchen 1, 7 und 9 wiedergegebenen Massnahmen erreicht denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Gemäss dem Verfahren nach Anspruch 1 wird aus einem Draht zunächst ein Element gefertigt, das einen Schaft mit einer daran angeordneten Spitze umfasst. Der Schaftabschnitt, an dem die Schildspitze angeordnet ist, weist dabei eine grössere Härte – z. B. durch Anwendung eines Härtungsschritts – als der sich anschliessende zweite Schaftabschnitt auf, der eine geringere Härte aufweist. Im Anschluss an diesen Herstellungsschritt können die fertigen Elemente z. B. verpackt und gegebenenfalls und auch noch magaziniert werden. Die Elemente gehen dann in dieser Ausfertigung an den Kunden bzw. an den Benutzer eines Setzgerätes. Vor der Verwendung eines derartigen Elementes wird das Element in die Bolzenführung eines Setzgerätes eingeführt. In einem nachfolgenden Schritt wird dann vom Benutzer des Setzgerätes ein Setzvorgang durch Betätigung eines Triggers ausgelöst. Bei dem Setzvorgang wird über den Kolben des Setzgerätes an das freie Ende des zweiten Schaftabschnittes des Elements ein Kopf angeformt dessen Aussendurchmesser grösser ist als der des zweiten Schaftabschnittes, sodass durch den Setzvorgang mittels des Setzgerätes ein, einen Kopf aufweisendes Befestigungselement ausgebildet wird.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann bei der Herstellung eines setzbaren Befestigungselementes wie einen Bolzen, Nagel oder dergleichen ein Fertigungsschritt eingespart werden, dadurch dass der Kopf erst beim Setzvorgang des Elementes mittels des Setzgerätes angeformt wird. Die Herstellungskosten können dadurch im Bereich von 10% und höher gesenkt werden.

Gemäss Anspruch 2 kann es dabei günstig sein, wenn das setzrichtungsseitige Ende des Setzkolbens bzw. seines Kolbenschaftes als Stempel ausgebildet ist der über eine Matritzenform die äussere Gestalt des, an dem Element anformbaren Kopfes bestimmt. Beim Setzvorgang wird über die am Stempel befindliche Matritze das freie Ende des zweiten Schaftabschnittes des Elements verformt und die durch die Matritze vorgegebene Form durch den neugeformten Kopf des Befestigungselementes abgebildet.

Nach Anspruch 3 kann es ferner günstig sein, wenn der Setzkolben das als Stempel ausgebildete Ende eines Kolbenschaftes bzw. dessen Endfläche austauschbar am Setzgerät angeordnet sind. Durch diese Massnahme kann es erreicht werden, dass mit einem Setzgerät verschiedene Kopfformen bei Befestigungselementen erzeugt werden können, in dem für jede auszuformende Kopfform ein, mit einer entsprechend ausgebildeten Matritze versehener Kolben mit Stempel/Endfläche vorgesehen ist.

Gemäss Anspruch 4 kann es sinnvoll sein, wenn der erste Herstellungsschritt des Elementes ein thermisches Aufheizen des ersten Schaftabschnittes sowie das Abkühlen des Elementes durch einen am Element vorbeiströhmenden Gasstrom umfasst. Durch diese Massnahme kann es erreicht werden, dass ein Übergangsbereich zwischen, dem ersten Schaftabschnitt grösserer Härte und dem zweiten Schaftabschnitt geringerer Härte ausgebildet wird.

Ebenfalls günstig gemäss Anspruch 5 kann es sein, wenn der Gasstrom vom freien Ende des zweiten Schaftabschnittes aus in Richtung der Spitze am Element vorbeiströmt. Durch diese Massnahme kann die Ausbildung eines Übergangsbereichs zwischen dem ersten Schaftabschnitt grösserer Härte und dem sich daran anschliessenden zweiten Schaftabschnitt relativ geringerer Härte noch verbessert werden.

Nach einer günstigen Ausbildung des Verfahrens gemäss Anspruch 6 und des Befestigungselements wird mittels des Verfahrens ein Element erzeugt dessen zweiter Schaftabschnitt maximal 3 mal so lang ist wie der Durchmesser dieses Schaftabschnittes.

Das erfindungsgemässe Element gemäss Anspruch 7 weist drei Bereiche unterschiedlicher Härte auf, einen ersten Bereich der einen, die Spitze tragenden ersten Schaftabschnitt grösserer Härte umfasst, einen zweiten Abschnitt der einen, der Spitze abgewandten Schaftabschnitt geringerer Härte umfasst und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Schaftabschnitt angeordneten Übergangsbereich in welchem die Härte graduell von der grösseren Härte zur geringeren Härte abnimmt.

An dem freien Ende des zweiten Schaftabschnittes geringerer Härte ist ferner ein Kopf anformbar, der einen grösseren Durchmesser aufweist als der zweite Schaftabschnitt. Durch den erfindungsgemässen Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Schaftabschnitt kann es erreicht werden, dass das Element bzw. das Befestigungselement beim Setzvorgang durch die auf es einwirkenden Kräfte an der Schnittstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Schaftabschnitt nicht reisst oder bricht. Versuche haben gezeigt, dass ein Element bzw. ein Befestigungselement das einen ersten Schaftabschnitt grösserer Härte unter einen zweiten Schaftabschnitt geringerer Härte und keinen Übergangsbereich aufweist, dazu tendiert beim Setzvorgang zur Rissbildung zu neigen. Dieses wird durch das erfindungsgemässe Befestigungselement verhindert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäss Anspruch 8 weist das Befestigungselement einen Übergangsbereich auf, dessen axiale Erstreckung wenigsten 0,15 mal den Durchmesser des daran angrenzenden ersten Schaftabschnittes entspricht. Durch diese Massnahme kann ein Reissen oder Brechen des erfindungsgemässen Befestigungselementes während des Setzvorganges ausgeschlossen werden.

Gemäss Anspruch 9 reicht es aus, wenn an dem setzrichtungsseitigen Ende des Kolbenschaftes des Setzkolbens ein Stempelabschnitt angeordnet ist, an dem sich eine Matritze befindet, die in negativer Abbildung die Form des Kopfteiles wiedergibt, welches mittels des Stempelabschnittes beim Setzvorgang an ein Befestigungselement anformbar ist.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung eines Setzgerätes mit einem am Kolbenschaft angeordneten Stempelabschnitt kann an das freie Ende eines setzbaren Elementes beim Setzvorgang ein Kopf angeformt werden, der die Form des sich am Stempelabschnitt befindlichen Matritze abbildet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Setzgerätes gemäss Anspruch 10 ist der erfindungsgemässe Kolben am Setzgerät leicht auswechselbar. Durch diese Massnahme kann es erreicht werden, dass ein erfindungsgemässes Setzgerät über die Verwendung verschiedener Kolben zur Ausformung verschiedener Befestigungselemente mit unterschiedlichen Kopfformen verwendet werden kann. Zu dem Setzgerät kann so z. B. eine Kollektion von Kolben oder wahlweise nur von Stempelabschnitten, die sich an den Kolbenschäften anbringen lassen mitgeliefert werden oder als Zubehör nachgeliefert werden mit denen sich je nach Anwendung unterschiedliche Kopfformen bei Befestigungelementen erzeugen lassen.

Weitere Vorteile und Massnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
Es zeigen:

1 schematisch, einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Befestigungselements;
2 schematisch, einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung eines Befestigungselements;
3 schematisch, einen dritten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Befestigungselements;
4 schematisch, ein aus dem dritten Verfahrensschritt hervorgegangenes Element;
5 schematisch ein, in eine Bolzenführung eines Setzgerätes eingestecktes Element in einem vierten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Befestigungselements,
6 schematisch, den Abschluss des in 5 dargestellten Verfahrensschritts und ein fertiges Befestigungselement in einem Untergrund;
7. eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Befestigungselements und in einem Untergrund.

In den 1 bis 6 ist ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung eines Befestigungselements für Setzgeräte und ein erfindungsgemässes Befestigungselement dargestellt. In den 5 bis 6 sind ferner die Bolzenführung und das setzrichtungsseitige Ende eines erfindungsgemässen Kolbenschaftes wiedergegeben.
In einem ersten Verfahrensschritt gemäss 1 wird zunächst aus einem Draht 50 wie z. B. einem Stahldraht über Schneidelemente 32 ein Element 10 (2) bzw. Drahtabschnitt erstellt. Dieser wird an seinem einen Ende (Pfeil 51) durch eine radial umlaufende Verformungsarbeit zu einer Spitze 14 geformt. Diese Spitze 14 kann z. B. durch mechanische Verformungsarbeit oder auch durch ein Thermoziehen gebildet werden.
Das derart entstandene Element wird nun durch starkes Aufheizen an einer Wärmequelle 30 wie, z. B. einer Flamme oder einer induktiven Wärmequelle thermisch behandelt (2) und im Anschluss daran über einen gezielten Gasstrom 31 kontinuierlich wieder abgekühlt (3). Der Gasstrom läuft dabei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Pfeilrichtung 52 vom hinteren Ende des Elementes 10 zu seiner Spitze 14 hin.
Am Ende dieses Verfahrensprozesses ergibt sich ein aus 4 ersichtliches Element 10, welches einen ersten Schaftabschnitt 11 grösserer Härte und einen zweiten Schaftabschnitt 13 geringerer Härte aufweist. Zwischen beiden Schaftabschnitten 11, 13 befindet sich ein Übergangsbereich 12 in dem die Härte graduell von grösseren Härte zur geringeren Härte des Schaftabschnittes 13 verläuft. Nur zur besseren Kenntlichmachung ist dieser Bereich 12 in 4 schwarz dargestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist z. B. die Länge 40 des zweiten Schaftabschnittes 13 maximal 3 mal so gross wie der Durchmesser 18 des zweiten Schaftabschnittes 13. Die Länge 41 des Übergangsbereichs 12 hingegen ist wenigstens 0,15 mal so gross wie der Durchmesser 42 des daran angrenzenden ersten Schaftabschnittes 11.
Nachdem ein derartiges, aus 4 ersichtliches Element 10 gefertigt wurde kann dieses abgepackt oder magziniert werden und in den Verkauf gelangen. Die Fertigstellung des Elementes 10 zu einem Befestigungselement 19, 19' erfolgt dann erst durch eine Verformung des freien Endes 15 des zweiten Schaftabschnittes 13 in einem Setzgerät, wie z. B. einem Gas, Pulver oder elektropneumatischen Setzgerät.
In 5 ist schematisch dargestellt ein Element 10, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Kunststoffrondellen 43 versehen ist und sich in der Bolzenführung 20 eines Setzgerätes, welches hier nicht weiter dargestellt ist, eingebracht ist. Nach Betätigung eines Triggers kann das Element 10 über einen Kolbenschaft 24 eines Kolbens 21 in Setzrichtung 27 in einen Untergrund (nicht dargestellt) eingetrieben werden. Der vorliegende Kolben 21 weist ein, als Stempelabschnitt 25 ausgestaltetes setzrichtungsseitiges Ende 26 des Kolbenschaftes 24 auf. Dieser Stempelabschnitt 25 weist an der Endfläche 23 des Kolbenschaftes 24 eine Matritze 22 auf in der sich als Negativabdruck die Form eines Kopfes 16, 16' eines Befestigungselementes 19, 19' befindet. Nach Betätigung eines hier nicht dargestellten Triggers wird das Setzgerät ausgelöst und der Kolben 21 sowie sein Kolbenschaft 24 bewegen sich innerhalb der Bolzenführung 20 in Setzrichtung 27 und treiben dabei das Element 10 in einen Untergrund 53 ein (vergleiche 6). Während dieses Eintreibvorganges wird ein Teil der Setzenergie zur Verformung des freien Endes 15 des zweiten Schaftabschnittes 13 zu einem Kopf 16 durch den Stempelabschnitt 25 genutzt. Dieses ist gut möglich, da ja der zweite Schaftabschnitt 13 aus einem Material geringerer Härte wie z. B. einem weichen Stahl besteht. Der Durchmesser 17 des Kopfes 16 ist nach der geleisteten Umformarbeit grösser als der Durchmesser 18 des zweiten Schaftabschnittes 13. Es bleibt an dieser Stellte zu bemerken, dass bereits der zweite Schaftabschnitt 13 einen grösseren Durchmesser als der erste Schaftabschnitt 11 aufweisen kann.
Ebenfalls soll an dieser Stelle noch angemerkt werden, dass der Stempelabschnitt 25 auch lösbar am Kolbenschaft 24 angeordnet sein kann, sodass in einfacher Weise der Stempelabschnitt 25 ausgetauscht werden kann um durch einen anderen Stempelabschnitt 25 ersetzt zu werden, der eine anders geformte Matritze zur Bildung eines anderen Kopfes für ein Befestigungselement aufweist.
In 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Befestigungselementes 19' wiedergegeben, welches bereits durch den Kolbenschaft 24 eines Setzgerätes in einen Untergrund 53 eingetrieben worden ist. Das Setzgerät und der Kolbenschaft 24 sind bereits wieder von dem Befestigungselement 19' abgezogen, sodass der Kopf 16' frei ersichtlich ist. Dieser Kopf 16' weist in dem vorliegenden Beispiel eine andere Form auf als der Kopf 16 aus 6. Es sei hier angemerkt, dass die Form des auszubildenden Kopfs eines Befestigungselementes nicht auf die hier dargestellten Abbildung beschränkt ist. Vielmehr ist hier jegliche denkbare Kopfform möglich.

10: Element
11: erster Schaftabschnitt
12: Uebergangsbereich
13: zweiter Schaftabschnitt
14: Spitze
15: freies Ende von 13
16: Kopf
16': Kopf
17: Durchmesser von 16
18: Durchmesser von 13
19: Befestigungselement
19': Befestigungselement
20: Bolzenführung
21: Setzkolben/Kolben
22: Matritze
23: Endfläche von 21/24
24: Kolbenschaft
25: Stempelabschnitt
26: setzrichtungsseitiges Ende von 24
27: Setzrichtung
30: Aufheizen/Wärmequelle
31: Gasstrom
32: Schneideelemente
40: Länge von 13
41: Länge von 12
42: Durchmesser von 11
43: Rondellen
50: Draht
51: Pfeil
52: Pfeile
53: Untergrund

Claims

) Verfahren zum Herstellen eines, mittels eines Setzgerätes setzbaren Befestigungselementes, wie eines Bolzens oder Nagels, umfassend folgende Schritte: a) aus einem Draht (50) wird ein Element (10, 10') erzeugt, an dem ein, eine Spitze (14) tragender erster Schaftabschnitt (11) grösserer Härte und ein sich an diesen anschliessender zweiter Schaftabschnitt (13) geringerer Härte ausgeformt sind, b) das Element (10, 10') wird in die Bolzenführung (20) eines Setzgerätes eingeführt, c) in einem, über den Kolben (21) des Setzgerätes ausgeführten Setzvorgang des Elementes (10, 10') wird an das freie Ende (15) des zweiten Schaftabschnitts (13) des Elements (10, 10') ein Kopf (16, 16') angeformt dessen Durchmesser (17) grösser ist als der Durchmesser (18) des zweiten Schaftabschnitts (13) und aus dem Element (10, 10') ein Befestigungselement (19, 19') geformt.
Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Gestalt des angeformten Kopfes (16) über eine, als Matritze (22) ausgeformte Endfläche (23) des Setzkolbens (21) erzeugt wird.
) Verfahren, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche und/oder der Setzkolben (21) an dem die Endfläche (23) angeordnet ist, austauschbar am Setzgerät angeordnet ist.
) Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) das thermische Aufheizen (30) des ersten Schaftabschnitts (11) sowie das Abkühlen des Elementes (10, 11') durch wenigstens einen am Element vorbeiströmenden Gasstrom (31) umfasst.
) Verfahren, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Gasströme (31) vom freien Ende (15) des zweiten Schaftabschnitts (13) aus in Richtung der Spitze (14) an dem Element (10, 10') vorbei strömen.
) Verfahren, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (40) des zweiten Schaftabschnitts (13) maximal 3 mal so gross ist wie der Durchmesser (18) dieses Schaftabschnittes (13).
) Befestigungselement, wie ein Bolzen oder Nagel, mit einem die Spitze (14) tragenden ersten Schaftabschnitt (11) grösserer Härte und mit einem der Spitze (14) abgewandten zweiten Schaftabschnitt (13) geringerer Härte, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen beiden Schaftabschnitten (13, 14) ein Uebergangsbereich (12) angeordnet ist, in welchem die Härte graduell von der grösseren Härte zur geringeren Härte abnimmt, wobei an dem freien Ende (15) des zweiten Schaftabschnitts (13) geringerer Härte (18) ein Kopf (16) anformbar ist, dessen Durchmesser (17) grösser ist als der Durchmesser des zweiten Schaftabschnitts (13).
) Befestigungselement, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Uebergangsbereichs (12) wenigstens 0,15 mal dem Durchmesser (42) des daran angrenzenden ersten Schaftabschnittes (11) entspricht.
) Setzgerät, mit einem Setzkolben (21) der in einem Hohlraum des Setzgerätes beweglich geführt ist, und mit einem, in Setzrichtung (27) an dem Setzkolben (21) koaxial angeordneten Kolbenschaft (24), der wenigstens zeitweise in einer Bolzenführung (20) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das setzrichtungsseitige Ende (26) des Kolbenschafts (24) als Stempelabschnitt (25) ausgeführt ist, an dem sich eine Matritze (22) befindet, die in negativer Abbildung die Form des Kopfes (16) eines, mittels des Setzgerätes zu setzenden Befestigungselementes (19, 19') aufweist.
) Setzgerät, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben auswechselbar am Setzgerät angeordnet ist.