DE3000834A1 - Einseitiges befestigungselement - Google Patents
Einseitiges befestigungselementInfo
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Description
Einseitiges Befestigungselement
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement zum einseitigen Befestigen von Metallplatten, insbesondere Verbundplatten.
.
Verbundplatten, insbesondere die aus einem Kern und zwei metallischen Deckschichten bestehenden, werden oft einseitig
befestigt. Besonders bei Verwendung als vorgehängte Fassadenelemente sollen sich auf der dekorativen Aussenseite,
der Sichtseite, durch Befestigungselemente auf der Gegenseite, der Rückseite, keine bleibenden Verformungen oder
Abzeichnungen ergeben, die besonders bei schrägem Lichteinfall unerwünschte, den ästhetischen Eindruck beeinträchtigende
Effekte wie z.B. Schattenwurf oder Punktstruktur hervorrufen.
Aber auch bei Verwendung von Verbundplatten als Raumteiler oder ähnliches, wo von jeder der beiden Seiten einseitig angebrachte
Befestigungselemente verwendet werden, ist es unerwünscht, dass die metallische Deckschicht der Gegenseite
durch ein Befestigungselement in irgendwelcher Art beeinträchtigt wird.
Die Verwendung von einseitigen Befestigungselementen bei
Deckplatten jeglicher Art wird in den meisten Fällen gerade dann bevorzugt, wenn die Sichtseite in keiner Weise durch
das Befestigungselement beeinflusst werden soll.
Es sind einseitig angebrachte Befestigungselemente für Verbundplatten
bekannt. Diese haben aber den Nachteil, dass sie entweder keine einwandfreie Sichtseite gewährleisten oder
nur mit unwirtschaftlich hohen Fertigungskosten an die Verbundplatte angebracht werden können oder die mechanische
Festigkeit der Befestigung lässt zu wünschen übrig.
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So muss z.B. bei Verwendung der Spreizkralle nach DE-GM 74 42 107 oder beim Reibschweissverfahren nach CH-PS 583 833
zunächst ein Loch in die Deckschicht gebohrt werden, was die mechanische Beanspruchung von Verbindung und Platte stark
einschränkt und die Fertigung verteuert.
Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, eine Befestigungsvorrichtung
für Verbundplatten durch Aufschweissen von Gewindebolzen mittels Kondensatorentladungsschweissgeräten herzustellen.
Dieses Verfahren blieb bisher für den oben beschriebenen Verwendungszweck ohne Erfolg, weil die Festigkeit,
speziell wenn die Verbindung auf Torsion beansprucht wird, bei Verwendung der üblichen Bolzen mit konzentrischer,
schwach konischer Kontaktfläche mit zentrischem Dorn als Zündsp/itze zu gering war= Erst bei Deckblechdicken ab etwa
1 mm konnten teilweise brauchbare Ergebnisse erhalten werden. Ueblicherweise werden aber Deckbleche mit Dicken kleiner als
1 mm verwendet» Weder durch das Kondensatorentladungsschweissverfahren noch durch ein anderes Verfahren ist bisher eine
zufriedenstellende Befestigungsmöglichkeit für die bevorzugt im Handel befindlichen Verbundplatten verfügbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, zur einseitigen Befestigung von Metallplatten, insbesondere
von Verbundplatten aus einem Kernmaterial, bespielsweise
aus einem thermoplastischen Kunststoffkern, und metallischen 25Deckblechen, ein Befestigungselement zu entwickeln, welches
die erwähnten Mängel nicht aufweist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe gehen die Erfinder von der Feststellung aus, dass bei Bolzen, die mit dem Deckblech verschweisst
sind, die Deckblechdeformation wesentlich von der 30mechanischen Beanspruchung der Bolzen abhängt. Durch das Anziehen
von Muttern ist bei Verschraubungen das Anzugsdrehmoment, wobei Zug und Torsion gleichzeitig wirksam werden, ausschlaggebend.
Im montierten Zustand, z.B. als Fassadenverklei-
dung, treten zusätzlich Schubbeanspruchungen auf, die je nach Gewicht bzw- Grosse der Verbundplatte und Anzahl der tragenden
Bolzen ändern. Desweiteren, wirken thermische Spannungen, bedingt durch Witterungseinflüsse, auf die Verschweissung ein.
Es ist somit einleuchtend, dass die Art der Krafteinleitung
und die Stelle des Auftretens von Spannungsspitzen für die Befestigung von ausschlaggebender Bedeutung sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass unter
Verwendung des Verfahrens des Bolzenschweissens durch Kondensatorentladung
ein besonders ausgebildetes Befestigungselement mit der metallischen Deckschicht verbunden wird.
Ueberraschender Weise hat sich gezeigt, dass bei Aenderung der geometrischen Form der bisher für diesen Zweck üblichen
Befestigungselemente alle vorerwähnten Mangel beseitigt werden können.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1 bis 5 Seitenansichten verschiedener Ausführungsarten des Bolzens
- Fig. 6 bis 9 Grundrisse verschiedener Ausführungsarten des Bolzens
Das erfindungsgemässe Befestigungselement ist ein metallischer
Bolzen, der gemäss der Figuren 1 bis 5 aus einem Schaft 10 und
einem stirnseitig daran angebrachten Kopf 20 besteht. Der Schaft 10 kann in an sich bekannter Weise zur weiteren
Befestigung mit Aussen- oder Innengewinde versehen sein oder eine sonstige Befestigungsvorrichtung aufweisen. Der Kopf 20
ist im Gegensatz zu den bisher gebräuchlichen mit kegelspitzförmiger Verschweissflache-mit einem Winkel nahe 180 und
zentraler Zündspitze mit einer Verschweissfläche 26 versehen, die ringförmig ist und deren Begrenzung innen und aussen durch
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eine geschlossene Kegelschnittfigur charakterisiert ist. Auf der Verschweissfläche 26 des erfindungsgemässen Bolzens
befindet sich ein Zündring 28.
Die topfartige Ausbildung des Kopfes stellt eine einfache Ausführungsform der Erfindung dar. Diese beispielhafte Ausführung
soll im folgenden an Hand von Figur 1 erläuter werden. Der Kopf 20 des Bolzens besteht aus einem kreisförmigen
Boden 22, auf dem ein hohlzylinderförmiger Ring 24 angebracht ist. Als Verschweissfläche 26 steht ein Kreisring
zur Verfügung, dessen Ebene ungefähr senkrecht zur Längsachse des Schaftes 10 angeordnet ist. Als Kontaktierungselement
wird zum Auslösen des Schweissstroms ein auf der kreisförmigen Verschweissfläche 26 etwa in der Mitte
angeordneter, vorzugsweise zu einem Kreis zulaufender Zündring 28 verwendet.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich der Schweissvorgang nicht wie bei den bisher verwendeten Bolzen einseitig
radial, sondern gleichzeitig nach innen zu kleineren Durchmessern und nach aussen zu grösseren Durchmessern fortpflanzt.
in der Folge der Ausgestaltung der Erfindung hat es sich gezeigt,
dass der Ring 24 nicht unbedingt zylinderförmig sein muss. Beispielsweise haben sich auch kegelstumpfförmige
oder gerundete Ausführungsformen, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, bewährt. Bei ellipsenringförmiger
Verschweissfläche 26 ist es zweckmässig, dass das Verhältnis der Ellipsenachsen nicht über etwa 3 hinausgeht. Ueblicherweise
liegt es in der Nähe von 1. Desweiteren hat sich ergeben, dass der Boden 22 gänzlich fehlen kann und der Ring 24, wie
beispielsweise in Figur 4 dargestellt, in den Schaft 10 einmündet. Wie in Figur 5 beispielhaft dargestellt, kann die
Abwandlung der Gestaltung des Bolzens so weit gehen, dass ein rohrförmiger Bolzen 40 entsteht, bei dem Kopf 20 und Schaft
eine Einheit bilden und nicht mehr getrennt bezeichnet werden können und eine durch die ganze Länge des Bolzens hindurch-
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gehende Bohrung die innere Begrenzung der Verschweissfläche 26 bildet. Auch bei einem derartigen Bolzentyp kann zur
weiteren Befestigung zum Beispiel ein äusseres oder inneres Gewinde dienen. Wie in den Figuren 8 und 9 dargestellt ist,
können nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Bolzens die Verschweissfläche 26 bzw. der Ring 24 und/ oder der Zündring 28 etwa parallel zur Schaftachse mit ein
oder mehreren Schlitzen 30 versehen sein.
In einer speziellen Ausführungsform des Befestigungsbolzens sind Boden 22 und Ring 24 kreisförmig und haben an ihrer
Kontaktfläche einen gleich grossen äusseren Durchmesser, wobei dieser 1 bis 4 mal, bevorzugt etwa 2 bis 4 mal, so gross ist
wie der Durchmesser des Schaftes 10. Bevorzugt ist weiterhin die Dicke des Bodens 22 etwa 1 bis 2 mal der Wandstärke des
Ringes 24 und die Höhe des Ringes 24 etwa gleich der Dicke des Bodens 22. Der Zündring 28 hat bevorzugt einen Durchmesser von
der Hälfte der Summe des Aussen und Innendurchmessers des Ringes 24, gemessen am Ort der Verschweissfläche 26, und
bildet im Querschnitt ein gleichschenkliges bis gleichseitiges Dreieck, wobei die kürzere Seite in der Ebene der Verschweissfläche
26 liegt und die Höhe etwa ein Zehntel des Durchmessers des Schaftes 10 beträgt.
Mit der erfindungsgemässen Bolzenform können gegenüber dem bisher für diesen Zweck verwendeten Bolzen deutlich höhere
Festigkeit erzielt werden, was beispielsweise in der folgenden Gegenüberstellung deutlich zum Ausdruck kommt.
Riss bzw. Bruch bei unterschiedlichen Bolzentypen unter Einwirkung
verschiedener Kräfte
Bolzentyp Abscherkraft Zugkraft Torsionsmoment 30
a | 766 N | 455 N | 27 | cm/kp |
b | 1455 N | 1028 N | 57 | ,5 cm/kp |
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Die oben angegebenen Werte sind Mittelwerte aus je 10 Versuchen.
Als Platte wurde eine im Handel erhältliche Verbundplatte
mit einer Gesamtdicke von 4 mm verwendet, bestehend aus einem Polyäthylenkern von 3 mm Dicke und einer
beidseitigen metallischen Beplankung von je 0,5 mm Dicke aus
der Legierung AlMgI, 1/4 hart» Die Deckblechfestigkeit<?
betrug 15 kp/mm . Beide Bolzen bestanden aus der Legierung AlMg3 und hatten einen Schaftdurchmesser von 6 m. Bolzentyp
a repräsentiert den herkömmlichen Bolzen mit einem Durchmesser der Verschweisskreisflache von 8 mm„ Bolzentyp b
stellt den erfindungsgemässen Bolzen nach der bevorzugten
■ Ausführungsform dar: hohlzylinderförmigen Ring 24 mit äusserem
Durchmesser von 12 mm und einer Höhe von 3 mm, wobei die Wandstärke des Ringes 24 so bemessen war, dass der
Flächeninhalt des Kreisringes der Verschweissflache 26
dem Flächeninhalt der Verschweisskreisflache vom Bolzentyp a genau entsprach. Der Querschnitt des Zündrings 28
war ein gleichschenkliges Dreieck mit einem Winkel von 40 an der Spitze und einer Höhe von 0,6 mm„
Beim Bolzentyp a pflanzt sich, ausgehend von einer zentralen
Zündspitze, an deren Ort die erste Aluminiumlegierungsschmelze
entsteht, der Schweissvorgang gegen aussen fort. Mit dieser Anordnung sind Verbindungen mit 75 bis 85 % verschweisster
Gesamtfläche möglich. Sobald der Zündring 28 des Bolzentyps b das Deckblech der Verbundplatte berührt,
wird er aufgeschmolzen und der Schweissvorgang pflanzt sich im Gegensatz zu Bolzentyp a beidseits des Zündringes 28
radial fort. Dabei entsteht eine homogene Schweissverbindung mit 100 % möglicher verschweisster Gesamtfläche.
30Die hohe Festigkeit der Verschweissung mit dem erfindungsgemässen
Bolzen ist vermutlich darin begründet, dass während des Schweissvorgangs wegen der kurzen Fortpflanzungswege
bei der erfindungsgemässen Verschweissfläche 26 die Schweisschlacke und sonstige Verunreinigungen radial nach
innen und aussen vollständig aus dem Verschweissbereich wandern können, so dass eine Verschweissung ohne Schlacken-
und/oder Verunreinigungseinschlüsse entsteht.
Mit dem erfindungsgemässen Bolzentyp werden die bisherigen Nachteile der geringen Anziehdrehmomente sowie der bleibenden
Deckblechdeformationen auf der Sichtseite überwunden.
Ein Vorteil ist zusätzlich die bessere Verteilung der örtlichen Erwärmung auf einen grösseren Blechbereich,
was bei Verbundplatten das teilweise lokale Ablösen des Deckblechs vom Kern, hervorgerufen durch die punktförmige
konzentrierte Erwärmung bei Verwendung der bisher üblichen Bolzen, verhindert.
Die Erfindung betrifft ein Befestigungselemet zum einseitigen Befestigen von Metallplatten und Verbundplatten mit metallischen
Deckblechen, insbesondere von Verbundplatten mit einem Kunststoffkern und Deckblechen aus Aluminium oder
Aluminiumlegierungen, unter Verwendung des Verfahrens des Bolzenschweissens durch Kondensatorentladung und besteht
aus einem metallischen Bolzen mit Schaft (10) und Kopf (20), wobei der Kopf (2Q) eine ringförmige, innen und aussen durch
eine geschlossene Kegelschnittfigur begrenzte Verschweissfläche (26), auf der sich ein ringförmiger Zündring (28)
befindet, aufweist.
(9 Figuren)
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Claims (1)
- PatentansprücheilJ Bolzen als einseitiges Befestigungselement für Metallplatten und Verbundplatten mit metallischen Deckblechen, insbesondere für Verbundplatten mit einem Kunststoffkern und Deckblechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, unter Verwendung des Verfahrens des Bolzenschweissens durch Kondensatorentladung, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Bolzen aus einem Schaft (10) und einem Kopf (20) besteht, wobei der Schaft (10) in an sich bekannter Weise ausgebildet ist und der Kopf (20) eine ringförmige, innen und aussen durch eine geschlossene Kegelschnittfigur begrenzte Verschweissflache (26), auf der sich ein ringförmiger Zündring (28) befindet, aufweist.2. Befestigungsbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Achsen der Kegelschnittfigur zwischen 1 und 3, vorzugsweise bei 1 liegt.3. Befestigungsbolzen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen aus einem Rohr (40) besteht.204. Befestigungsbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweissflache (26) bzw. der Ring (24) und/oder der Zündring (28) mit mindestens einem Schlitz (30) versehen ist.130023/OSΦΦ> ORIGINAL
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |