DE3446186A1

DE3446186A1 - Blindbefestigungsmittel

Info

Publication number: DE3446186A1
Application number: DE19843446186
Authority: DE
Inventors: Harvey Philip Stevenage Hertfordshire Jeal
Original assignee: Avdel Ltd Welwyn Garden City Hertfordshire; Avdel Ltd
Current assignee: Avdel UK Ltd
Priority date: 1984-01-06
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1985-07-18
Also published as: IT8547519A1; IT1181835B; GB8432125D0; IT8547519A0; FR2557936B1; GB2152614B; JPS60159409A; GB2152614A; AU3719384A; GB8400345D0; FR2557936A1; CA1251664A

Description

AVDEL LIMITED, Munde!Is, WeIwyn Garden City, Hertfordshire, Großbritannien

BIi ndbefesti gungsmi ttel

Die Erfindung betrifft ein BIindbefestigungsmittel, insbesondere ein Blindbefestigungsmittel derjenigen Art, die einen einen Kopf aufweisenden Körper mit einer sich verjüngenden Nase und eine rohrförmige Hülse aufweist, wobei das BIi ndbefestigungsmittel dadurch gesetzt wird, daß die Hülse über die Nase des Körpers derart gedrückt wird, daß sich die Hülse radial aufweitet, wobei die aufgeweitete Hülse an dem Körper befestigt ist und einen Blindkopf bildet, welcher mit dem den Kopf aufweisenden Körper zusammenwirkt, um mit Offnungen versehene Teile eines Werkstückes aneinander zu befestigen.

Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung ein Befestigungsmittel der oben angegebenen Art-, welche einen mit Gewinde versehenen, einen Kopf aufweisenden Bolzen aufweist, der in Gewindeeingriff in einer Gewindebohrung in dem Körper befindlich ist, wobei der Bolzen dazu gebracht werden kann, sich längs seiner Achse durch-Drehung relativ zum Körper zu bewegen, wodurch der Kopf des Bolzens sich in Richtung des Körpers bewegt und die rohrförmige Hülse über die sich verjüngende Nase drückt, um dadurch den Blindkopf zu bilden.

Befestigungsmittel dieser Art sind allgemein bekannt und auf dem Markt unter dem eingetragenen Warenzeichen "JO-BOLT" erhältlich, und finden insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie Verwendung und zwar zum Befestigen von Metall blechen, beispielsweise Blechen aus Aluminiumlegierungen,aneinander und an anderen Bauteilen, wie z.B. an Stütze!emententrägern o. dgl.. Im allgemeinen sind derartige Befestigungsmittel ausgesprochen zufriedenstellend, wenn die aneinander zu befestigenden Materialien zumindest eine mittlere Här-

te aufweisen und nicht ausgesprochen zerbrechlich oder duktil sind. Diese Befestigungsmittel sind jedoch weniger zufriedenstellend, wenn die Werkstücke, die in Eingriff mit dem Blindkopf gelangen, zerbrechlich sind.

Ganz besonders ist bei einigen Komposit-Materialien, beispielsweise karbon- oder glasfaserverstärkten Kunststoffmaterialien, die häufig in Tafel form anstelle früher verwendeter Metalle angewandt werden, und die vorteilhafte Eigenschaften, wie niedrige Dichte und hohe

Zugfestigkeit,aufweisen, die jedoch zerbrechlich sind, derartig geringe Druck- und Scherfestigkeiten vorhanden, daß diese in einigen Fällen den Beanspruchungen nicht widerstehen können, denen sie ausgesetzt werden, wenn sie mittels der üblichen beschriebenen Befell 5 stigungsmittel befestigt werden.

Der Hauptgrund für diesen Nachteil bekannter Befestigungsmittel der oben angegebenen Art in zerbrechlichen Materialien liegt darin, daß der durch die aufgeweitete Hülse gebildete Blindkopf lediglich mit einem kleinen Bereich des Werkstückes um den Umfang der Öffnung herum, durch welche sich das Befestigungsmittel erstreckt, in Eingriff gelangen und zwar unmittelbar im Bereich der Material kante, welche die öffnung umgibt. Dies führt dazu, daß das zerbrechliche Material örtlichen Beanspruchungen ausgesetzt wird, denen es nicht widerstehen kann.

Dieser Nachteil der bekannten Befestigungsmittel kann zumindest teilweise der Tatsache zugerechnet werden, daß während die Außendurchmesser von Hülse und demjenigen Teil des Körpers, welcher sich durch die öffnung in dem Werkstück erstreckt, notwendigerweise durch den Durchmesser der öffnung begrenzt sind, die Nase des Körpers jedoch eine einfache kegelstumpffdrmige Gestalt aufweist und der Körper derart geformt ist, daß beim Setzen des Befestigungsmittels sich die aufweitende Hülse dicht an die Kontur der Teile des Körpers anschmiegt, über welche sie gedrückt wird. Folglich ist der maximale Innendurchmesser der aufgeweiteten Hülse kaum merklich größer als der Durchmesser des Teiles des Körpers, weicher durch die öffnung in dem Werkstück hindurchgeführt wurde und der maximale Außendurch-

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messer der aufgeweiteten Hülse ist hierbei lediglich größer als dieser Durchmesser um die doppelte Wandstärke der aufgeweiteten Hülse. Es ist folglich kaum vermeidbar, daß der bei dem bekannten Befestigungsmittel der oben beschriebenen Art so gebildete Blindkopf mit dem Werkstück im Kantenbereich in Eingriff gelangt, welcher die Öffnung eng umgibt, so daß das Material in diesem Bereich beansprucht wird.

Erfindungsgemäß wird nun ein Befestigungsmittel der allgemeinen oben beschriebenen Art geschaffen, bei welchem der Körper derart geformt ist, daß ein Teil der Hülse zum Formen eines Blindkopfes aufgeweitet wird und ein Innendurchmesser erzeugt wird, welcher erheblich größer ist als der Außendurchmesser desjenigen Teiles des Körpers, der sich durch die öffnung im Werkstück erstreckt.

Erfindungsgemäß wird folglich ein Bl ^befestigungsmittel mit einem rohrförmigen Körper mit einem vorgeformten Kopf zur Anlage an einer Fläche eines mit Öffnung versehenen Werkstücks vorgeschlagen, welches einen langgestreckten Schaft mit dem vorgeformten Kopf verbunden aufweist, der sich durch das Werkstück derart erstreckt, daß er über die gegenüberliegende Fläche - im folgenden Blindfläche genannt - des Werkstückes vorsteht und eine Nase am Ende des Schaftes entfernt von dem vorgeformten Kopf aufweist, wobei sich die Nase außen von einem dem Durchmesser des Schaftes entsprechenden Durchmesser ausgehend auf einen kleineren Durchmesser an dem vom Schaft entfernt liegenden Ende verjüngt, ferner mit einer duktilen rohrförmigen Hülse und Einrichtungen zum Drücken der Hülse über die sich verjüngende Nase und in Richtung des vorgeformten Kopfes,um dadurch fortschreitend radial die Hülse zu expandieren, um einen Blindkopf zu formen, wobei die Außenfläche der Nase,die wirksam wird, um die Aufweitung der Hülse hervorzurufen, in einem größeren Winkel zur Längsachse des Körpers in einem Abschnitt im Bereich des Schaftes abgeschrägt ist als der Winkel in einem Bereich, der näher an dem Ende der Nase mit kleinerem Durchmesser liegt, wobei der größere Winkel ausreichend groß ist, um zu gewährleisten, daß, wenn die Hülse über die.'Nase gedruckt wird, ihr Vorderende über die Nase

hinausgelangt, wobei das Vorderende der Hülse weiter auf einen Durchmesser expandiert wird, der erheblich größer ist als der Außendurchmesser des Schaftes und hierdurch permanent in einem Maße verformt wird, welches derart ist, daß ihr Innendurchmesser erheblich größer bleibt als der Außendurchmesser des Schaftes.

Die Nase kann über eine Vielzahl kegel stumpfförmiger Abschnitte verjüngt ausgebildet sein. IO

Die Nase kann zwei kegelstumpfförmige Abschnitte aufweisen, von denen der dem Schaft näher liegende Abschnitt einen größeren Scheitelwinkel als der von dem Schaft entfernt liegende Abschnitt aufweist.

Die Nase kann einen kegel stumpfförmigen Abschnitt unmittelbar neben dem Schaft und zwei weitere Abschnitte aufweisen, von denen einer einen Scheitelwinkel haben kann, der dem Scheitelwinkel des Abschnittes im Bereich des Schaftes entspricht, vorausgesetzt, daß die Nase einen weiteren Abschnitt mit kleinerem Scheitenwinkel zwi sehen dem weiteren Abschnitt und dem Abschnitt im Bereich des Schaf tes aufweist.

Die Nase kann sich über eine Vielzahl von Abschnitten auf einen kleineren Durchmesser verjüngen, von denen jeder dem Schaft näher liegende Abschnitt steiler in einem größeren Scheitelwinkel abgeschrägt ist, als der vorhergehende dem vom Schaft entfernt liegenden Ende der Nase näher liegende Abschnitt.

Die Nase kann eine Außenfläche aufweisen, welche in Längsrichtung des Körpers eine konkave Kurve formt, die zunehmend steiler abgeschrägte Abschnitte in Richtung des Schaftes bilden.

Die Kurve kann durchgehend sein. Die Kurve kann ein Kreisbogen sein.

Die Kurve kann ein Bogenausschnitt einer Ellipse sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
5

Figur 1 eine axiale Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform im eingesetzten Zustand im Werkstück vor dem Setzen des Befestigungsmittels;

Figur 2 eine Ansicht ähnlich Figur 1, welche das Befestigungsmittel im gesetzten Zustand zeigt;

Figur 3 die Form der Nase des Schaftes des Befestigungsmittels und

Figur 4 eine Figur 3 entsprechende Ansicht der Form der Nase einer zweiten Ausführungsform.

Wie in Figur 1 der Zeichnungen gezeigt, besteht ein Blindbefestigungsmittel 10 aus drei Teilen, nämlich einer rohrförmigen Mutter 12, die den Körper des Befestigungsmittels bildet, einem Bolzen 14 und einer äufweitbaren Hülse 16.

Die Mutter 12 weist einen langgestreckten zylindrischen Schaft 18, einen vergrößerten sechseckigen Kopf 20 an einem Ende des Schaftes und eine Nase 22 an dem vom Kopf 20 entfernt liegenden Ende des Schaftes auf ► Die Nase 22 verjüngt sich vom Kopf 20 weg weisend auf einen kleineren Durchmesser. Die Mutter weist eine Gewindebohrung 24 auf, die sich axial durch den Kopf, den Schaft und die Nase erstreckt.

Der Bolzen 14 weist einen langgestreckten Bolzenschaft 30 und einen vergrößerten Kopf 32 an einem Ende des Schaftes auf. Der Bolzenschaft 30 ist zum Eingriff mit dem Gewinde der Bohrung der Mutter mit einem Außengewinde versehen und ist langer ausgebildet als die kombinierten Längen von Mutter 12 und der Hülse 16. Der Kopf weist im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Schaft der Mutter auf. Der Bolzenschaft hat einen Hinterabschnitt 40 vom Kopf 32 entfernt liegend, welcher mit einem Paar diametral gegenüberlie-

gender Abplattungen 42 versehen ist, um das Greifen und Drehen des Bolzens zu erleichtern. Der Hinterabschnitt 40 ist mit dem Rest des Schaftes über eine Sollbruchstelle 34 verbunden, an welcher der Schaft abreißt, wenn er einem festgelegten Drehmoment ausgesetzt wird, so daß der Hinterabschnitt 40 von dem Rest des Bolzens abgenommen werden kann, welcher als wesentlicher Teil des gesetzten Befestigungsmittels verbleibt.

Die Hülse 16 dieser Ausführungsform ist ein rohrförmiger Zylinder mit einem Außendurchmesser, der im wesentlichen dem des Schaftes 18 der Mutter entspricht. Die Hülse weist eine durchgehende Axialbohrung auf, die innen am Vorderende abgeschrägt ist, so daß das Ende kleineren Durchmessers der Nase 22 hier leicht eindringen kann. Der Durchmesser der Bohrung der Hülse ist ausreichend groß, um es zu ermöglichen,, daß der Bolzenschaft 30 sich durch die Bohrung unter leichtem Spiel erstreckt.

Vor der Verwendung werden die Mutter 12, der Bolzen 14 und die HUlse 16 zusammengefügt, wobei der Bolzenschaft durch die Hülse hindurchgeführt und anschließend in das von dem Sechseckkopf 20 entfernt liegende Ende der Mutter eingeschraubt wird, bis der Endabschnitt 40 aus dem Kopfende der Mutter vorsteht. Das zusammengebaute Befestigungsmittel kann dann in die zueinander ausgerichteten Öffnungen 3.5, 36 in den ein Werkstück 37 bildenden Bauteilen, die aneinander befestigt werden sollen, eingeführt werden, derart, daß der Schaft 18 sich durch die Bauteile erstreckt, wobei der Sechseckkopf 20 an der Vorderfläche 38 des Werkstücks anliegt, und der Bolzenkopf, die Hülse, die Nase und ein Teil des Schaftes über die gegenüberliegende Seite oder Blindseite 39 des Werkstücks vorsteht.

Das Befestigungsmittel kann dann dadurch gesetzt werden, daß das vorstehende Ende des Bolzens gegriffen und bezüglich der Mutter derart gedreht wird, daß der Bolzenkopf sich axial in Richtung der Mutter bewegt und die Hülse auf und über die Nase der Mutter drückt, bis das Vorderende der Hülse die Bauteile des Werkstücks dicht gegen den Kopf 20 klemmt. Zu diesem Zeitpunkt steigt das zum

Drehen des Bolzens erforderliche Drehmoment weiter plötzlich an und eine fortgesetzte Drehung bewirkt folglich, daß der Bolzen an der Sollbruchstelle abreißt, so daß der Endabschnitt des Bolzens verworfen werden kann.

Erfindungsgemäß ist die Nase 22 der Mutter dieser AusfUhrungsform derart geformt, daß, wenn die Hülse in Richtung des Kopfes gedrückt wird, so daß das Vorderende der Hülse über die Nase und über diese hinaus gelangt, das Vorderende der Hülse auf einen Durchmesser aufgeweitet wird, der erheblich größer ist als derSchaft der Mutter.

Zu diesem Zweck weist, wie insbesondere aus Figur 1 der Zeichnungen ersichtlich, die Nase 22 am Ende einen kegel stumpf fdrmigen Abschnitt 44 in Nähe des vom Kopf 20 entfernt liegenden Endes der Mutter und einen zweiten kegelstumpfförmigen Abschnitt 46 auf, welcher zwischen dem Endabschnitt 44 und dem zylindrischen Schaft 18 liegt. Der Endabschnitt 44 erstreckt sich über etwa zwei Drittel der Axiallänge der Nase und der zweite Abschnitt 46 erstreckt sich über das verbleibende Drittel.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist bei dieser Ausführungsform der kegel stumpfförmige Endabschnitt 44 sich verjüngend in einem Scheitelwinkel von 40° ausgebildet, während die Außenfläche des zweiten kegelstumpf-förmigen Abschnittes 46 steiler in Richtung eines Scheitelwinkels von 70° abgeschrägt ist. Folglich ist der Scheitelwinkel des Abschnitts 44 erheblich kleiner als der des Abschnitts 46 und der Scheitelwinkel des Abschnitts 46 ist erheblich größer als die Scheitelwinkel der durchgehend abgeschrägten Nasen bekannter Befestigungsmittel dieser allgemeinen Art, welche üblicherweise in einem Bereich zwischen 30 und 42° liegen. Der Winkel zwischen den Oberflächen der beiden Abschnitte sollte größer als 90° sein und beträgt bei der veranschaulichten Ausführungsform 165°.

Es ist offensichtlich, daß, wenn die Hülse über die Nase während des Setzens des Befestigungsmittels gedruckt wird, das vorlaufende Ende 48 der Hülse zunächst auf den sich leicht verjüngenden Endabschnitt 44 trifft und vergleichsweise leicht fortschreitend

radial aufgeweitet wird, wobei die Aufweitung über die Länge der Hülse vom Vorderende fortschreitet, so daß die Hülse trichterförmig geformt wird. Anschließend wird das bereits trichterförmig aufgeweitete Vorderende der Hülse auf den steileren zweiten Abschnitt 46 treffen, durch welchen sie dann in einem größeren Verhältnis pro Einheit der Längsbewegung aufgeweitet wird, um welche sie durch den Bolzenkopf bewegt wird. Schließlich erreicht das Vorderende der Hülse den Schnittpunkt zwischen dem zweiten Abschnitt 46 der Nase und dem zylindrischen Schaft und überläuft diesen. Da der Schaft 18 zylindrisch ist und einen konstanten Durchmesser entsprechend dem Maximaldurchmesser der Nase aufweist, stellt der Schaft keine innere Abstützung für die Hülse dar. Aufgrund der Abschrägung des zweiten Abschnitts 46 der Nase und unabhängig von der zunehmenden Ringspannung, die in der sich aufweitenden Hülse erzeugt wurde, bewegt sich das Vorderende weiter im wesentlichen in einer Linie ausgerichtet zur Oberfläche des Abschnitts 46 über eine kurze Entfernung und wird daher radial weiter aufgeweitet, bis die Ringspannung in der Hülse die Neigung des Vorderendes überwindet, sich weiter aufzuweiten. Das Vorderende hört dann auf sich weiter aufzuweiten.

Es ist bevorzugt, daß der Vorderabschnitt der Hülse, welcher über die Nase hinausgelangt, eine im wesentlichen zylindrische Form im Bereich des Vorderendes erhält, während er gleichzeitig einen Innendurchmesser, aufweist, der erheblich größer ist als der des Schaftes im Vergleich "zu einer Form, die sich in Richtung des Vorderendes aufweitet oder schräg ausgebildet ist. Folglich wird der Winkel, an welchem der zweite Abschnitt 46 in den zylindrischen Schaft 18 übergeht, derart gewählt, daß letztlich,ehe das Vorderende 48 schließlieh auf das Werkstück auftrifft, die Neigung der Hülse die Aufweitung im gleichen Verhältnis fortzusetzen, wie beim überlaufen der Oberfläche des zweiten Abschnittes 46, im wesentlichen durch die Ringspannung in der Hülse ausgeglichen ist, welche gleichzeitig die Neigung zeigt, dazu zu führen, daß das Vorderende der Hülse sich radial nach innen in Richtung der Außenfläche des Schaftes zu drehen. Der genaue Winkel, unter welchem der zweite Abschnitt der Nase in den Schaft übergehen sollte, um die auf den Vorderabschnitt wir-

kenden Kräfte auszugleichen, so daß dieser zylindrisch wird, muß unter Berücksichtigung der Länge des zweiten Abschnitts und der physikalischen Eigenschaften,insbesondere der Duktilität, der Elastizitat und Härte des Vorderendes der Hülse bestimmt werden. In der Praxis wird dieser Winkel empirisch bestimmt.

Eine fortgesetzte Drehung des Bolzens bezüglich der Mutter führt dazu, daß der im wesentlichen zylindrische Vorderteil der Hülse unter dem Druck des Bolzenkopfes am anderen Ende der Hülse vorgeschoben wird, bis er an der Blindfläche 39 des Werkstückes anliegt und eine Kraft auf diese überträgt. Dies erfolgt über eine ringförmige Zone, welche radial im Abstand von der Kante der öffnung 36 liegt, so daß kein Druck unmittelbar in Nähe dieser Kante auf das Werkstück übertragen wird. Die aufgeweitete Hülse bildet einen Blindkopf, welcher zusammen mit dem vorgeformten Kopf 20 der Mutter die beiden Teile des Werkstückes dicht zusammenklemmt. Der Widerstand gegen die Drehung des Bolzens nimmt zu und der Hinterabschnitt 40· reißt ab und hinterläßt, wie in Figur 2 veranschaulicht, das Befestigungsmittel in dem Werkstück eingebaut. Die Mutter, der Bolzen und die aufgeweitete Hülse sind durch Reibungsschluß wirksam miteinander verbunden. Die ausgeprägte innere Abschrägung am Vorderende der Hülse ist nicht mehr sichtbar, da sie durch überlaufen der Hülse längs der Nase der Mutter ausgeglichen wurde.

Die bei der veranschaulichten Ausführungsform gewählten Winkel, wie sie oben angegeben wurden, haben sich für eine Hülse als zweckdienlich erwiesen, welche aus einem rostfreien Stahl nach A.I.S.I.304 (d.h. American Iron and Steal Institute Bezeichnung Nr. 304) geformt wurde. Allgemein wurde gefunden, daß der Scheitelwinkel des Abschnittes 46 größer als normalerweise für die einfache Abschrägung sein sollte, wie sie bei bekannten Befestigungsmitteln dieser Art Verwendung gefunden hat und vorzugsweise sollte dieser Winkel nicht unter etwa 60° liegen.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß, falls der Scheitelwinkel des Abschnitts 46 zu groß ist, dies nicht nur dazu führt, daß zu große Kräfte erforderlich werden, um die Hülse über diesen Abschnitt

der Nase zu drücken, was mit dem Risiko des Ausbeulens der Hülse oder einem zu frühen Abreißen an der Sollbruchstelle verbunden ist, sondern auch dazu, daß die Ringspannungen im Vorderende der Hülse nicht ausreichen, um eine kontinuierliche Expansion des Vorderendes der Hülse über eine merkliche Distanz der Längsbewegung zu verhindern, was wiederum dazu führt, daß der vordere Endabschnitt der Hülse eine trichterförmige Gestalt im Vergleich mit einer zylindrischen Gestalt aufweist. Dies ist nicht vorteilhaft. IO

Anstelle von lediglich zwei verschieden abgeschrägten Abschnitten kann die Nase eine Vielzahl von Abschnitten aufweisen, von denen jede, die dem Schaft näher liegt, steiler abgeschrägt ist als ihr dem vom Kopf 20 entfernten Ende liegender Vorgänger.

Folglich kann bei einer weiteren Ausführungsform mittels eines extremen, jedoch praktischen Beispiels einer derartigen Konstruktion ein Befestigungsmittel Verwendung finden, welches allgemein der in Figur 1 veranschaulichten Ausführungsform ähnlich ist und ausschnittweise in Figur 4 veranschaulicht ist und welches eine Nase 22 aufweist, deren Außenfläche in Längsrichtung der Mutter eine kontinuierliche konkave Kurve bildet, welche als durch eine unendliche Zahl derartig zunehmend steiler abgeschrägter Abschnitte gebildet aufgefaßt werden kann.

Bei dieser Ausführungsform ist die Kurve als Kreisbogen des Radius r ausgebildet, dessen Mittelpunkt C in einem geringen Abstand d vor dem vom Kopf der Mutter entfernt liegenden Ende der Nase angeordnet ist und von der Achse A der Mutter radial in einer Entfernung liegt, welche größer ist als die Summe der Radien der Bohrung der Mutter und des Kreises selbst und zwar um die kleine Strecke dg.

Die Strecke d^ wird vorzugsweise derart gewählt, daß an dem Punkt, an welchem die gekrümmte Außenfläche der Nase in die Endfläche der Nase übergeht, eine Tangente an die Kurve auf die Endfläche in einem Winkel größer 90° auftrifft, so daß hier eine plötzliche Vergrößerung des Durchmessers der Nase von der Endfläche weg weisend vorliegt.

Die Strecke d₂ ist vorzugsweise derart gewählt, daß über die Endfläche zwischen der Innenfläche der Bohrung der Mutter und der Außenflache der Nase radial eine begrenzte Entfernung vorliegt, derart, daß die Endfläche keine Messerkante aufweist.

Die Länge des Krümmungsradius r der gekrümmten Außenfläche der Nase wird derart gewählt, daß das Verhältnis der Durchmesseränderung der Außenfläche der Nase im Bezug auf die Durchmesseränderung, zu weleher die Hülse gezwungen werden kann, annehmbar ist, wobei die Grosse des Befestigungsmittels, die Duktilität der Hülse und die zum Verformen der Hülse verfügbare Kraft berücksichtigt wird.

Bei einer speziellen Form dieses Ausführungsbeispiels weist der Schaft der Mutter einen Außendurchmesser von 7,9 mm auf, der Hauptdurchmesser der Gewindebohrung beträgt 5,6 mm und der Minimal durchmesser der Nase beträgt 5,9 mm. Die radiale Breite der Endfläche der Nase beträgt folglich (5,9 - 5,6) : 2 mm = 0,15 mm. Die Krümmung der Außenfläche der Nase in Längsrichtung ist derart, daß sie einen Teil eines Kreises bildet, welcher einen Radius von 5,7 mm aufweist und die Entfernung d, wird durch den Winkel bestimmt, in welchem die Außenfläche der Nase in die Endfläche übergeht und beträgt 1,0 mm. Die Strecke d₂, welche durch die radiale Breite der Endfläche und den Wert von d, bestimmt wird, beträgt geringfügig weniger als, 0,15 mm.

Die Wirkung der in Gestalt einer Kurve sich verjüngenden Nase auf die Hülse beim Drücken der Hülse auf und über die Nase ist im wesentlichen die gleiche, wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, indem das Vorderende der Hülse fortschreitend in einem Verhältnis aufgeweitet wird, welches zunimmt, wenn das Vorderende von der Spitze der Nase in Richtung des Schaftes fortschreitet. Wie bei dem erst beschriebenen Ausführungsbeispiel reicht der Winkel, mit dem das Vorderende der Hülse letztlich die Nase am Obergang von Nase und Schaft verläßt, aus, um zu bewirken, daß das Vorderende weiterhin radial aufgeweitet wird, ehe die zunehmende Ringspannung im Vorderende der Hülse merklich die radiale Aufwei-

tung begrenzt. Wie bei der erstbeschriebenen Ausführungsform begrenzt die Ringspannung schließlich die Aufweitung in einem ausreichenden Maße, um zu bewirken, daß der dem Vorderende der Hülse folgende Teil eine im wesentlichen zylindrische Form annimmt, welche im Abstand die Außenfläche des Schaftes umgibt. Der zylindrische Vorderabschnitt der Hülse wird kontinuierlich unter dem Druck des Bolzenkopfes am anderen Ende der Hülse vorgeschoben, bis er an dem.Werkstück anliegt und dort einen Blindkopf bildet, welcher im Zusammenwirken mit dem Kopf der Mutter dazu dient, die Bauteile des Werkstücks aneinander zu befestigen.

Im Gegensatz zu der Nase bei der ersten Ausführungsform, bei welcher die Abschrägung durch zwei unterscheidbare kegel stumpfförmige Ab schnitte gebildet ist, von denen der zweite einen merklich größeren Scheitelwinkel aufweist als der erste oder der Endabschnitt, ist das Verhältnis der Änderung von einem kleinen Durchmesser zum Maximaldurchmesser der Nase bei dieser Ausführungsform über die gesamte Nase durchgehend und folglich ist die Größe der Kraft, die erforder lieh ist, um die Hülse über die Nase zu drücken, nicht mit einem plötzlichen Anstieg versehen. Es besteht bei dieser Ausführungsform folglich eine geringe Gefahr einer Schockreaktion, welche zu einem ver-fruhten Abreißen an der Sollbruchstelle führen könnte.

Bei dieser .Ausführungsform entspricht die konkave Wölbung in der Funktion und Wirkung der inneren Winkelbeziehung der beiden kegelstumpfförmigen Abschnitte bei der ersten Ausführungsform.

Anstelle, daß die konkave Wölbung der Nase in Form eines Kreisbogens ist, kann sie auch in Form eines Bogens einer Ellipse ausge bildet sein, ohne hierdurch die Wirkung wesentlich zu ändern, vorausgesetzt, daß das Kriterium , daß der Winkel, unter dem eine Linie oder Tangente an die Kurve der Abschrägung in die Außenfläche des Schaftes und vorzugsweise in die Endfläche oder Spitze der Nase übergeht, ebenfalls erfüllt ist.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Konstruktion des Befestigungsmittels derart ist, daß es durch Drehung

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des Bolzens gesetzt werden kann, um die Hülse auf und über die Nase aufgrund des Schraubspindeleffekts zu drücken, welcher durch den Gewindeeingriff zwischen Mutter und Bolzen erreicht wird, sind andere Konstruktionen möglich, mittels derer die Hülse über die Nase zu schieben und um sie nach Aufweiten und Drücken zum Befestigen der Werkstückteile aneinander in dem Körper des Befestigungsmittels festzuhalten.

Folglich ist es nicht erforderlich, daß der Schaft des Bolzens und die Bohrung der Mutter ineinander eingreifende Schraubengewinde aufweisen, wobei statt dessen die Mutter ein mit Kopf versehener Körper mit Schaft, einer abgeschrägten Nase und einer glatten Bohrung anstelle der Gewindebohrung sein kann, wobei der Schaft des Bolzens dann axial längs der Bohrung gezogen werden kann, um mittels des Bolzenkopfes die Hülse über die Nase zu drücken und das Werkstück zu greifen, wobei der Schaft des Bolzens anschließend in dem Körper befestigt wird, um die Hülse in ihrer Position zu halten, was in jeder zweckdienlichen Weise geschehen kann, wie beispielsweise durch Verformung unter' Ausformung eines Anschlages, welcher mit dem Körper zusammenwirken kann, um ein Zurückziehen des Bolzens und einen Verlust der aufgeweiteten Hülse zu verhindern.

Bei Ausführungsformen nach der Erfindung, in welchen die sich verjungende Nase aus einer Vielzahl kegelstumpfförmiger Abschnitte besteht, wie beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß Figur 1, soll darauf hingewiesen werden, daß die Länge des dem Schaft am nächsten liegenden kegelstumpfförmigen Abschnittes einen Einfluß auf das Maß hat, mit welchem das Vorderende der Hülse fortschreitend radial expandiert wird, nachdem es die Stützfläche der Nase verlassen hat. Es wurde somit gefunden, daß innerhalb bestimmter Grenzen es zutrifft, daß, je größer die Länge des dem Schaft am nächsten liegenden kegel stumpfförmigen Abschnittes ist, desto größer auch das Ausmaß ist, um welches der Durchmesser der expandierten Hülse den Durchmesser des Schaftes überschreitet.

Gleichermaßen hat bei Ausführungsformen, in denen die Nase eine konkav gewölbte Oberfläche aufweist, die in die Außenfläche des Schaf-

tes Übergeht, der Kurvenradius der gekrümmten Oberflächen einen Einfluß auf das Ausmaß, in welchem die Hülse kontinuierlich expandiert wird. B

Bei einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist der Körper eine Nase mit einem kegel stumpfförmigen Abschnitt in Nähe des Schaftes auf, wobei näher der Spitze der Nase ein weiterer k'egelstumpfförmiger Abschnitt vorgesehen ist, dessen Scheitelwinkel genau so groß oder möglicherweise sogar größer als der Scheitelwinkel des Abschnitts in Nähe des Schaftes sein kann, und wobei die beiden kegel stumpf förmigen Abschnitte voneinander in axialer Richtung durch einen Zwischenabschnittimit kleinerem Scheitelwinkel oder einem Scheitelwinkel von Null getrennt sind.

Bei der Berücksichtigung der Größe des Winkels, welcher bei allen Ausführungsfonnen zwischen der Längsachse des Bolzens und der Oberfläche des Endabschnittes oder der Tangente an die Kurve bei Näherung an die Endfläche oder Spitze der Nase vorgesehen ist, kann je- der Winkel, welcher durch Abschrägung oder Abrundung der Spitze der Nase zur Vermeidung scharfer Kanten an der Nasenspitze oder zur Unterstützung von deren Anordnung in der Bohrung der Hülse vernachlässigt werden.

Obwohl obenstehend einige spezielle Ausführungsformen und Abmessungen beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf diese Angaben beschränkt ist und daß es möglich ist, Einzelheiten der Form und der Abmessungen zu ändern. Beispielsweise kann, wenn die sich verjüngende Nase aus einer Vielzahl kegelstumpf förmiger Abschnitte besteht, ein kegel stumpfförmiger Abschnitt in den nächsten mittels eines Abschnittes eines zweckdienlich konkav gekrümmten Profils übergehen.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich kon struktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Blindbefestigungsmittel

12 Mutter

14 Bolzen

16 Hülse

18 Schaft

20 Sechseckkopf

22 Nase

24 Bohrung der Mutter

30 Bolzenschaft

32 Bolzenschaft

34 Sollbruchstelle

35) ( Blechvorderseite

₃₆) öffnungen ( ßiechblindseite

37 Werkstück

38 Vorderfläche

39 Blindflache

40 Schwanzabschnitt 42 Abplattungen

44 Endabschnitt der Nase

46 zweiter Abschnitt der Nase

48 Vorderende von

Claims

B4TENT/4NH0iLTEi BROSE + B4RTNER European Patent Attorneys - Mandataires en Brejets.CcTropeens - zugelassene.Vertteiertieim Europäischen Patentamt 0-8023MUnChBn-PuIIaCh, WienerStraße 2; ΤβΙβίρτΐρ·851793 30 Ti; TelexÄ212i47.hrösd;Cables:«Patentibus» München K/JRL A BROSE tl981 Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. MOMEL RESCH Dipl.-Phys. AVDEL LIMITED, Mundells, Welwyn Garden City, Hertfordshire, Großbritannien Yourzrefchen: p·295 DaTe- 18· Dezember 1984 DBr-au PATENTANSPRÜCHE

1. Blindbefestigungsmittel mit einem rohrförmigen Körper, der einen vorgeformten Kopf zur Anlage an einer Fläche eines mit öffnungen versehenen Werkstücks aufweist, ferner einen langgestreckten Schaft, der mit dem vorgeformten Kopf verbunden ist und sich durch das Werkstück derart erstrecken kann, daß er über die gegenüberliegende Fläche - im folgenden als Blindfläche bezeichnet - des Werkstücks vorsteht .und eine Nase am Ende des von dem vorgeformten Kopf entfernt liegenden Schaftes, wobei die Nase außen sich von einem Durchmesser,der dem des Schaftes entspricht, auf einen kleineren Durchmesser am vom Schaft entfernt liegenden Ende verjüngt, ferner duktilen rohrförmigen Hülse und Einrichtungen zum Drücken der Hülse über die sich verjüngende Nase in Richtung des vorgeformten Kopfes, derart, daß die Hülse fortschreitend radial unter Ausformung eines Blindkopfes aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Nase (22),die zur Aufweitung der Hülse (16) wirksam ist, in einem größeren Winkel zur Längsachse des Körpers in einem Bereich (46) in Nähe des Schaftes (18) sich verjüngend ausgebildet ist als in einem Bereich (44), welcher

Fernmündliche Vereinbarungen werden erst durch schriftliche Bestätigung verbindlich.

näher an dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Ende der Nase (22) liegt, daß der größere Winkel ausreichend groß ist, um sicherzustellen, daß, wenn die Hülse (18) über die Nase (22) gedrückt wird, ihr Vorderende (48) über die Nase (22) hinausgelangt, wobei das Vorderende (48) der Hülse (16) sich weiter radial auf einen Durchmesser aufweitet, welcher wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des Schaftes (18), derart, daß sie hierdurch permanent in einem Maße verformt wird, daß ihr Innendurchmesser erheblich größer als der Außendurchmesser des Schaftes (18) bleibt.

2. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (22) sich über eine Vielzahl kegel stumpf formiger Abschnitte (44, 46) verjüngt.

3. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (22) zwei kegel stumpfförmige Abschnitte (44, 46) aufweist, von welchen der Abschnitt (46), der näher am Schaft (18) liegt, einen größeren Scheitelwinkel aufweist, als der Abschnitt (44), der vom Schaft (18) entfernt liegt.

4. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (22) einen kegel stumpfförmigen Abschnitt (46) unmittelbar an den Schaft anschließend und zwei oder mehrere weitere Abschnitte aufweist, von denen einer einen Scheitelwinkel aufweisen kann, der dem Scheitelwinkel des Abschnittes (46) in Nähe des Schaftes (18) größenmäßig entspricht, vorausgesetzt, daß die Nase (22) einen weiteren Abschnitt (44) mit kleinerem Scheitelwinkel zwischen dem weiteren Abschnitt und dem Abschnitt (46) im Bereich des Schaftes aufweist.

5. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (22) sich über eine Vielzahl von Abschnitten (44,46) auf einen kleineren Durchmesser verjüngt, welche eine Kurve bilden können, wobei jeder näher am Schaft (18) liegende Abschnitt steiler in einem größeren Scheitelwinkel verjüngt ist als sei.n Vorgänger, der vom Schaft (18) entfernt dem Ende der Nase (22) näher liegt.

6. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (22) eine Außenfläche aufweist, die in Längsrichtung des Körpers (12) eine durchgehende konkave Kurve bildet, wobei zunehmend steiler abgeschrägte Abschnitte in Nähe des Schaftes geformt sind.

7. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve ein Kreisbogen ist.

8. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve ein Ellipsensegment ist.

9. Blindbefestigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (22) in dem Bereich (46) unmittelbar neben dem Schaft (18) in Richtung eines Scheitelwinkels nicht kleiner als 60° abgeschrägt ist.

10. Blindbefestigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (46) der Nase (22) unmittelbar neben dem Schaft (18) in Richtung eines Scheitelwinkels von etwa 70° abgeschrägt ist.

11. Blindbefestigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (16) ein rohrförmiger Zylinder mit einer durchgehenden parallelen Axialbohrung ist.

12. Blindbefestigungsmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung der Hülse (16) an beiden Enden leicht aufgeweitet ist, um das den kleineren Durchmesser aufweisende Ende der Nase (22) leichter eintreten zu lassen.

13. Blindbefestigungsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, in welchem der steiler abgeschrägte Bereich (46) der Nase (22) in den Schaft (18) übergeht und die Länge des steiler abgeschrägten Abschnittes (46) derart ausgebildet sind, daß nachdem das Vorderende (48) der Hülse (16) über

die Nase (22) hinaus gedruckt wurde, ein Abschnitt der Hülse (16) in einem dem Vorderende (48) naheliegenden Bereich eine im wesentlichen zylindrische Form einnimmt, wobei der Innendurchmesser wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des Schaftes (18).