DE2439377A1 - Korrosion verhinderndes befestigungsmittel - Google Patents
Korrosion verhinderndes befestigungsmittelInfo
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Description
V 245
Dr.-Ins- HAKS RUSCHKE
Dipl.-Ing. OLAF RUSCHKE Dipi.-Ing.HANS E. RUSCHKE
VSI Corporation, Pasadena / California (V.St.v.A.)
Korrosion verhinderndes Befestigungsmittel
Die Erfindung betrifft allgemein Befestigungsmittel mit Senkkopf und insbesondere die Ausgestaltung solcher Befestigungsmittel
derart, dass die mit dem Werkstück einen besonderen Sitz aufweisen, wobei Schwierigkeiten und Mangel vermieden werden, die bei
der Aufnahme des Befestigungskopfes von Aussenkungen am Werkstück auftreten.
Bisher führte die Verwendung von Senkkopfbefestigungsmittel
zum Verbinden von zwei Metallplatten, beispielsweise aus Aluminium oder Titan mit einander, z.B. im Flugzeugbau, zu zahlreichen
Schwierigkeiten. Es war u.a. üblich, die Löcher am Werkstück, etwas größer zu bemessen in bezug auf die Außenkanten der aufzunehmenden
Befestigungsmittelköpfe. Das zu diesem Zweck erforderliche Entfernen des Materials führte zu einer unerwünschten Aussenkungsempfindlichkeit
und zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Konstruktion als Folge der Materialermüdung. Wichtiger war jedoch
hierbei, dass Korrosionsschwierigkeiten entstanden. Beispielsweise
suchte das Schutzmaterial, mit dem die ringförmigen Vertiefungen um die Köpfe herum ausgefüllt wird, sich zu lockern
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als Folge der Schwingungen der Flugzeugbauteile, so dass die
Bohrung im Werkstück in der Längserstreckung des Befestigungsmittels für korrodierende Gase oder Flüssigkeiten zugänglich wurde.
Diese Krrosion führte zu einer Schwächung und Überbeanspruchung der betreffenden Bauteile. Da ferner der Befestigungsmittelkopf
am Umfang nicht vollständig mit der Werkstückbohrung in Eingriff gelangt als Folge der Überdimensionierung der Bohrung, so war
eine Entwicklung einer erwünschten radialen Kompression und einer peripheren Spannung innerhalb der Elastizitätsgrenzen des Werkstückmaterials
um den Befestigungsmittelkopf herum nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungsmittel
zu schaffen, mit dem die obengenannten Schwierigkeiten nicht auftreten, und das ungewöhnliche Vorzüge aufweist, wie
später noch erläutert wird·
Die Erfindung sieht ein Befestigungsmittel mit einem axial verlaufenden und in eine Bohrung an einem Arbeitsstück einsetzbaren
Schaft und mit einem Kopf vor, der in eine am Werkstück vorgesehene
Aussenkung hineingepresst wird, welcher Kopf eine Vorderseitenfläche
, einen vor der genannten Fläche .gelegenen und sich verjüngenden ersten Abschnitt und einen vor diesem gelegenen und
sich verjüngenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei die Verjüngung des zweiten Abschnittes die Verjüngung des ersten Abschnittes
wesentlich übersteigt, und wobei der Grad der Verjüngung des ersten Abschnittes weniger als ungefähr 10° beträgt.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Senkkopf des Befestigungsmittels so ausgestaltet ist, dass
bei dem Eingriff des Senkkopfes in das Werkstück die Bildung einer nachteiligen lasche oder Vertiefung unmittelbar am Umfang des
Senkkopfes und damit eine Korrosion vermieden wird, die verursacht werden kann, wenn sich in einer solchen Vertiefung eine korrodierende
Flüssigkeit ansammelt. Hierbei wird ferner ermöglicht, zwischen den Befestigungsmitteln einen kleineren Abstand vorzusehen.
Nach der Erfindung kann der Kopf von hinten nach vorn einen ersten und einen zweiten, sich verjüngenden Abschnitt aufweisen,
wobei die Verjüngung des ersten Abschnittes so bemessen ist, dass der Kopf innerhalb der Länge des ersten Abschnittes
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in der Aussenkung am Werkstück im Pressitz ruht, wobei eine
radiale und periphere Kompression erfolgt· Außerdem kann der Verjüngungswinkel des zweiten Kopfabschnittes zum ersten Abschnitt
und zum Werkstück so in Beziehung gesetzt werden, dass mit der Aussenkung am Werkstück ein Fressitz hergestellt und ein Vorwärtstreiben
des Befestigungsmittels in das Werkstück hinein verhindert wird, wenn die Rückseite des Kopfes mit der Außenseite
der Platte fluchtet.Bei diesem Vorwärtstreiben wird das Werkstück
kalt bearbeitet, wobei der Spalt zwischen dem Befestigungsmittel
und dem Werkstück in Richtung nach außen und in der Länge des zweiten Abschnittes ausgefüllt wird. Ferner wird dadurch auch die
Lebensdauer der Verbindung verlängert·
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der ■beiliegenden Zeichnung ist die
Fig»1 eine Seitenansicht eines Befestigungsmittels nach der Erfindung
bei dem Einsetzen in eine Bohrung an einem Werkstück,
Fig.2 eine der Fig»1 ähnliche Darstellung des Befestigungsmittels,
nachdem dieses teilweise seinen Sitz eingenommen hat, und
Fig.3 eine der Fig.2 ähnliche Darstellung.
Das erfindungsgemäße Befestigungsmittel 10 weist einen axial
verlaufenden Schaft 11 auf, der in Bohrungen 12 und 13 an mit einander zu verbindenden Platten oder Blechen 14 und 15 eingesetzt
wird. Das Befestigungsmittel weist ferner einen Kopf 16 auf, der mit der Material des Werkstückes kräftig in Eingriff gebracht
wird, das mit einer trichterförmigen Aussenkung 17 versehen ist. Der Kopfteil, der mit der Aussenkung in Eingriff gelangt, ist
härter als das Material des Werkstückes an der Aussenkung, so dass diese verformt wird und den Kopf genau passend aufnimmt,
wenn der Kopf in die Arbeitsstellung getrieben wird, wie in der Fig.3 dargestellt. Zu diesem Zweck kann der Kopf beispielsweise
aus Stahl hergestellt werden, der beispielsweise mit Chrom, Nickel oder mit Molybdän legiert ist, oder auch aus Titan, während das
Werkstück beispielsweise in der Hauptsache aus Aluminium oder Titan oder auch aus Aluminium- oder Titanlegierungen bestehen
kann.
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Der Kopf 16 weist auf eine Stirnfläche 18, einen ersten,, vorderen
und sich verjüngenden Abschnitt 19, der sich unmittelbar
an di© Stirnfläche 18 anschließt, und einen zweitem,, sich an den
©rstea Abschnitt anschließenden zweiten sich verjüngenden Abschnitt 2Oo Der Yerjüngungswinkel B des zweiten Abschnittes ist
wesentlich größer als der Verjüngungsivinkel 4-des ersten Abschnittes
j so dass nach dem teilweisen Einsetzen des Schaftes in die Bohrung des Werkstückes nach der Fig«1 (mit einem Pressitz,. wie
später noch beschrieben wird) und nach Ausübung eines Schlages auf die Rückseite des Kopfes das Befestigungsmittel zum Teil
in den Sitz gebracht wird„ wie in der j?igo2 dargestellt» " Me aus
der Fig»2 zu ersehen ist, gelangt nur der vorderste Teil des Kopfes
anfangs mit der Aussenkung am Werkstück in Eingriff, wie bei
21 dargestellt,, wobei zwischen dem Kopf abschnitt 19 und der ersten
sich verjüngenden Fläche 22 der Aussenkung (Verjüngungswinkel
C) sowie zwischen dem Hauptteil des zweiten Kopfabschnittes
20 und dem Hauptteil der zweiten,, sich verjüngenden Fläche
23 (Verjüngungswinkel D) der Aussenkung ein kleiner Spalt zurückbleibt.
Dieser Spalt wird mit dem kalt bearbeiteten Material während der Ausübung eines zweiten Schlages ausgefüllt, wie später
noch beschrieben wirdo In gewissen Fällen kann mit einem einzelnen
Schlag das Befestigungsmittel aus der Stellung nach der Fig.1
in die Stellung nach der Fig©3 eingetrieben werden«,
Ein auf. .den Kopf des Befestigungsmittels ScJkliäge ausübendes
Schlagelement ist allgemein bei 24 dargestellt und weist eine
Stirnfläche 2^a auf, die schwach konkav ausgestaltet ist und sich
an die schwack konvexe Stirnfläche 18 des - Befestigungsmittel=
kopfes anschmiegt und das Befestigungsmittel einmittet. Ein rohrförmiges
Abstandsglied 25 umgibt das Schlagelement und legt sich
an das Werkstück an. Eine solche Einrichtung ist in der noch schwebenden Patentanmeldung der Anmelderin
beschrieben» Das Befestigungsmittel ist so ausgestaltet,, dass es
wsise
normaler von einem oder zwei Schlagen eines solchen Schlagelementes vollständig gesetzt werden kann9 wobei nicttwiederholt auf den Kopf geschlagen zu werden braucht, so dass der Lärmpegel in Flugzeugbaubetrieben stark vermindert werden kanns in denen sehr viele Befestigungsmittel gleichseitig eingetrieben werden.
normaler von einem oder zwei Schlagen eines solchen Schlagelementes vollständig gesetzt werden kann9 wobei nicttwiederholt auf den Kopf geschlagen zu werden braucht, so dass der Lärmpegel in Flugzeugbaubetrieben stark vermindert werden kanns in denen sehr viele Befestigungsmittel gleichseitig eingetrieben werden.
609809/036 5
Der Schaft 11 dös Befe^tigungsmitteiä Weiät liülä |>iilifefii
schnitt 11ä auf j der vor del zwöiteü. Aboeiffiili Id äös EÖgf es
gelegen ist, sowie einen s^küMäreii Ai>Icniiitl ^Hb* UMv lit iinem
Gewindt versehen und vor dom Abschnitt I^tä ge"i§geli iät, Md
den eine Mutter 26 aufgeschraubt wei-denkann j die iltä
mittei an der Arbeitsstelle festhält j wii LtL &ät figs| ä
Die Öesamtdicke E der Werkstüökisiätten #1 'll känit inplanr
4^76 inm bis zu 6*35 cm
Um mit dem Befestigüngsmittöi die beäten iJrgeiiiiisäe or zielen
zu können, werden gleich große Yeraün^uhgsliiinkei k und G vörge*.
sehen, die zwischen 4° und 10° betragen können. Sö-feragt der wlh->
kel A ungefähr 4°4 so betragt die iange ii des ersten iSgclinittös
ungefähr 3i55 mm4 und wenn der Winicei A ungefähr ^t)0 beträgt,
so beträgt die Länge L ungefähr 0*5 mm (d.h., Je größer der Winkel
A ist, umso kleiner wird die Länge L), wobei diese beiden
Koordinaten (4Ö und 3*55 mi) und (1ÖÖ una Q^ mm) in einem rechtwinkligen
Koordinatensystem eine Linie bestimmen, die L mit A in Beziehung setzt·
Der erste Abschnitt 19des Befestigungsmittelkopfes sitzt
in der Aussenkung an deren Fläche 22 in irgendeiner Steile der
Längserstreckung der Schulter 19 fest, welcher Jestsitz sich
innerhalb eines Bereiches von 0§Ö75 röm bis 0^2 mk erstr-eckt,
welcher Bereich mit of bezeichnet wird. Der primäre Abschnitt
11a des Befestigungsmittelschaftes sitzt in den Bohrungen 12 und
13 fest, welcher Sitz gleichfalls sich innerhalb des Bereiches von OjO75 mm bis 0,8 aim örstreckti
Schließlich ist in der AusSenkung der zweite Verjüngungswinkel
D immer größer als der VerjüngüngSwilikel B. Ah der ringförmigen
Kante, ander die Verjüngungen 22 und 23 zusammenstoßen,,
und die mit der ringförmigen Kante im üJingriff steht,. an der, die
Verjüngungen 19 und 20 zusammenstoßen,, erfolgt eine Kaltbearbeitung des Materials der Platte 14 bis zu 0,1 mm, und an der Kante*
an der die Verjüngung 23 mit der Bohrung 12 züsämmenstpßt,. welche Kante mit derjenigen Kante im Eingriff steht, an der die
Verjüngung 18 mit dem Schaft 11a zusammenstößt, .!erfolgt eine.,
Kaltbearbeitung des Materials bis zu 0$3 mm,, wobei jedoch das .
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Ausmaß der Kaltbearbeitung an der weiten Kante immer größer ist
als ah der erstem Kant©$ so dass das kaltbearbeitete Material
vom.derjenigen Kante aus fließt, an der di© Verjüngung 23 mit
der Bohruäg 12 zusammenstößt» welcher toaterialfluß zii derjenigen
Kant© verläuft* an der die Verjüngungen 22 und 23 zusammenstoßen,
wobei der Spalt mit dem Material ausgefüllt wird©
5 Mit den unterbrochenen Linien 22a und 23a sind in der Fig«1
die endgültigen Verformungen der Verjünfungsflächen 22 und 23 am Werkstück dargestellt· Die Mg«3 zeigt- den ersten und zweiten
Abschnitt des Kopfes 1% 20 fest anliegend an den ersten und weiten
Verjüngungsflächen 22b, 23"b der AuSSenkung as Werkstück,
wodurch das Eindringen einer korrodierenden flüssigkeit von der
Außenseite des -Werkstückes aus verhindert wird» Die Stirnfläche
18 des Befestigungsiaittels fluchtet im wesentlichen· Mit der
Fläche 14a dee Werkstückes.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin %u sehen, dass
das Befestigungsmittel nach dem ersten vollständigen Festsitz
©atftsrnt und in dasselbe Loch wieder eing©s@tst und von der Mutter
festgehalten werden kann9 ohne dass das Befestigungsmittel vom
werden mussο
. .Ein Vorzug der Erfindung besteht daria9 dass ein Verbiegen
oder Vorwerfen der WerkstücJtplatt© verhindert wird9 wie dies bisher bei d©a Eiateeiten herkömmlicher Befestigungsmittel mit Senkkopf in ein Werkstück der Fall war5 wobei jedes Befestigungsmittel
in der Bohrumg d©s Werkstückes im Pressits ruhts der jedoch
nicht besteht zwischen dem Kopf des BefestigUngSMittels und dem
die Ättssenkung umgebenden Material das Werkstückes, kit der Erfindung kann ein Pressits hergestellt werden zwischen dem Werk=
stück und sowohl dem Kopf al® auch dem Schaft des Befestigungsmittels,)
so dass in der Längserstreckung der Bohrung keine w liehen untersehiedlichungen un su Verwerfungen führenden Kräfte
Claims (4)
- Patentansprüche©Befestigungsmittel mit einem axial verlaufenden und in eine Werkstückbohrung einsetzbaren Schaft und mit einem Kopf, der mit dem eine Aussenkung bildenden Werkstückmaterial fest in Eingriff gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf eine Stirnfläche, einen ersten sich nach vorn verjüngenden und vor der Stirnfläche gelegenen Abschnitt und einen zweiten, sich nach vorn verjüngenden und vor dem ersten Abschnitt gelegenen Abschnitt aufweist, wobei der Verjüngungswinkel des zweiten Abschnittes wesentlich größer ist als der Verjüngungswinkel des ersten Abschnittes, und wobei der Verjüngungswinkel des ersten Abschnittes kleiner als ungefähr 10° ist.
- 2. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verjüngungswinkel des ersten Abschnittes größer als ungefähr 4° ist.
- 3. Befestigungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des ersten Abschnittes kleiner als ungefähr 3»55 mm ist.
- 4. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des ersten Abschnittes mehr als ungefähr 0t5 mm beträgt.5· Befestigungsmittel nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft .des Befestigüngsmittels einen vor dem zweiten Abschnitt des Kopfes gelegenen primären Abschnitt aufweist sowie einen vor dem primären Abschnitt gelegenen und mit einem Gewinde versehenen sekundären Abschnitt .509809/036 5Befestigungsmittel nach Anspruch 53 kombiniert mit einem eine Bohrung und eine Aussenkung aufweisenden Werkstück, dadurch, gekennzeichnet 9 dass der primäre Abschnitt des Schaf- - tes in der Bohrung im Pressitz sitztοKombination »ach Anspruch 69 dadurch, gekennzeichnet, dass der Pressitz sich insgesamt zwischen ungefähr OtO75 mm und O5,2 sun erstreckt©Kombination nach Anspruch 6 oder 7 s dadurch gekennzeichnet s dass die Aussenkung eine erst© und eiae zweite Verjüngungsflache aufweist, die mit den ersten Tuuad zweiten Abschnitten des Kopfes in Eingriff gebracht werden können«Kombination nach Anspruch-8? dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Abschnitte des Kopfes sich an die ersten und aweiten ¥erjüngungsflächen der Aussenkung am Werkstück abdichtend anlegen©1Oo Kombination mach Jküspruch 9S dadurch gekennzeichnet, dass <ä@r gesamte abdichtende Sits sich zwischen dem ersten sich iferjüngendeja Abschnitt des Kopfes uad der ersten Verjüngungsfläche der Aussenkung über eine Strecke τοη ungefähr 0^075 mmund 0s2 sau und in wesentlichen-über die gesamte iäage des sich verjüngenden erstem Abschnittes des Kopfes erstreckt, welcher erste Abschnitt unmittelbar vor der genannten Stirnfläche gelegen ist.ο Kombination nach iaasprucfe S5 9 oder '1O8 dadurch gekennzeichnet „ dass der zweite Abschnitt der Juassenfaijig im .anfangs umverforiaten Zustand eine Verjüngung aufweist 9 die größer ist als die nach Torn gerichtete Verjüngung des zweiten Kopfabschnittes »12© Befestigungsmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verjüngungsabschnitt des Kopfes vollständig an der zweiten Verjüngungsfläche der Aussenkung anliegtf509809/0365die derart kaltbearbeitet ist* dass deren Vergungungswinkel dem Verjüngüngswinkel des zweiten Kopfabschnittes entspricht, dass der am weitesten außen gelegene Teil der zweiten VerjÜngung der Aussenkung bis zu 0,025 mm kaltbearbeitet ist, und dass der am weitesten innen gelegene Teil der zweiten Verjüngung der Aussenkung bis zu 0,3 mm kaltbearbeitet ist«13· Kombination nach einem der Ansprüche 6 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Stirnfläche im wesentlichen mit einer Ebene fluchtet, die von der Außenseite des Werkstückes bestimmt wird.14· Verfahren zum Eintreiben eines Befestigungsmittels nach Anspruch 10 in ein Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft des Befestigungsmittels teilweise in die Bohrung des Werkstückes eingesetzt wird, dass auf die Stirnfläche des Kopfes ein erster Schlag ausgeführt wird, um den zweiten Kopfabschnitt zum Teil in die Aussenkung einzusetzen, und dass auf die Stirnfläche des Kopfes ein zweiter Schlag ausgeführt wird, um den Kopf vollständig in die Aussenkung einzusetzen, wobei die Stirnfläche in eine Lage versetzt wird, in der sie in wesentlichen mit der von der Außenseite des Werkstückes bestimmten Ebene fluchtet.15· Verfahren zum Eintreiben eines Befestigungsmittels nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft des Befestigungsmittels teilweise in eine Bohrung eines Werkstückes eingesetzt wird, und dass auf die Stirnfläche des Kopfes ein Schlag ausgeführt wird, bei dem der Kopf in die Aussenkung vollständig eingeführt wird, während zugleich eine Kaltbearbeitung des Materials des Werkstückes erfolgt, mit dem der sich nach vorn verjüngende zweite Abschnitt im Eingriff steht, wobei ein ringförmiger abdichtender Eingriff des ersten, sich nach vorn verjüngenden Abschnittes nit dem umgebenden Material des Werkstückes hergestellt wird, wobei ferner die Stirnfläche in eine Lage versetzt wird, in der sie mit der .von der Außenseite des Werkstückes bestimmten Ebene fluchtet. __..■_509809/0365Leersei
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