专利名称：具有塑料支撑件和塑料螺纹件的接合组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有由塑料形成的支撑件和由塑料形成的螺紋件 的接合组件。螺紋件被拧入到支撑件的安装孔中，并且包括芯和外螺 紋，该外螺紋在拧入到支撑件的安装孔中时在支撑件的安装孔内形成 了埋头螺紋。此外，本发明涉及一种形成为这种接合组件的螺钉或者 螺紋套的螺紋件及一种制造接合组件的工具和方法。
背景技术：
例如在DE4227272A1、 DE4227274C2和DE2317736中公开了具 有塑料支撑件和塑料螺紋件的这种接合组件，其中该塑料支撑件和塑 料螺紋件形成为具有自攻丝外螺紋的螺钉或者螺紋套。这些接合组件 的螺紋件通常设置有特殊设计的螺紋轮廓，以使它们执行自攻丝功能。例如，DE4227272A1公开了一种具有所谓圆形轮廓的螺紋件，其 中轴向横截面中的螺紋是圆形轮廓，螺紋圏(revolution)沿着轴向相 互隔开一个较小的间隔。DE4227274C2公开了一种螺紋套，该螺紋套 具有外螺紋，该外螺紋的高度沿着螺紋方向从最小值增大到最大值， 从而在螺紋高度的最大值时提供台阶，该台阶用来起着脱开锁的作用。 在这种情况下，该螺紋形成为"三角形螺紋"。DE3201846A1和DE9115162U1 y〉开了一种自攻丝螺紋件，该螺 紋件具有这样轮廓的螺紋，该轮廓尤其设计来执行自攻丝功能。但是， 这些螺紋件不是由塑料形成。DE2317736公开了 一种由塑料形成的自攻丝螺钉或者螺栓，该螺 钉或者螺栓具有纵向延伸的槽，从而在每个螺紋圏中提供一对沿径向相反的切割刃，这些切割刃在螺紋工作中起作用，从而在螺钉或者螺 栓通过螺紋柠入到安装孔中时把内螺紋切割到支撑件的安装孔中。在实践中使用由塑料形成的自攻丝螺紋件时，希望进一步进行改 进。由塑料形成的现有技术螺紋件的一个缺点是，它们通常只适合于 由一种具体塑料形成的支撑件，同时它们不适合于大量的其它塑料。 常常地，螺紋件的自攻丝质量较差。在形成螺紋期间，由于开槽和/ 或夹紧作用，对螺紋件和接合组件的强度和负荷能力产生了不利影响。 此外，螺紋件的抗变形性和稳定性不总是另人满意的。最后，即使螺 紋扭矩较小，但是应该确保最大安全性以防螺紋件意外地与支撑件的 安装孔脱开。发明内容现有技术的上面缺点和缺陷通过本发明可以得到克服。具体地说， 本发明的主要目的是提供一种接合组件、 一种形成为螺钉或者螺紋套 的螺紋件和一种制造这种接合组件的工具和方法，它们使得接合组件 和螺紋件的螺紋形成、机械强度、负荷能力、抗变形性和防止意外脱 开的安全性达到最佳化。根据本发明的一个方面，螺紋件的外螺紋具有如权利要求1所述的特殊螺紋轮廓，同时这种轮廓的特殊实施例限定在权利要求2-6中。 如权利要求7和8所限定的，外螺紋部分可以形成为细紋或者多头螺 紋。根据本发明的另一个方面，螺紋件的外螺紋具有如权利要求9所 限定的特殊切割几何形状。切割几何形状的具体实施例记栽在权利要 求10-14中。螺紋件的外螺紋的进一步细节记载在权利要求15-17中。优选的是，螺紋件具有自由端，该自由端设置有如权利要求18-22 所限定的特殊顶部区域。当螺紋件是螺钉或者螺栓时，位于轴和其头部之间的过渡区域以 如权利要求23-27所述的特殊方式进行设计。作为替换方式，螺紋件可以是如权利要求28和29所限定的螺紋 套。如权利要求32和33所限定的特殊工具优选地被用来把螺故套拧入到支撑件的安装孔中。根据本发明的另一个方面，螺紋件和支撑件的塑料相互适合，并且如权利要求30和31所限定那样进行选择。制造这种特殊设计的接合组件的方法记载在权利要求36和37中。 如上面不证自明的那样，除了接合组件、工具及制造接合组件的方法之外，本发明还涉及一种螺紋件本身，该螺紋件可以是如权利要求34和35所限定的螺钉(螺栓)或者螺紋套。
在下面参照附图来描述本发明的其它特征和细节。在这些附图中 图l是具有一半螺紋件(该螺紋件形成为螺钉)的接合组件的横 部视图；图2是本发明螺钉的局部截开的侧正视图； 图3是图2的螺钉的透视图； 图4是图2的螺钉的端视图；图5是与图2相类似的、本发明螺钉的另一个实施例的视图；图6是图5的螺钉的透视图；图7是本发明螺紋套的局部截开的侧正视图；图8是图7的螺紋套的横剖视图；图9是本发明螺紋套的另一个实施例的纵向横剖视图；图10是图9的螺紋套的横剖视图；图ll是本发明螺紋套的另一个实施例的侧正视图；图12是图11的螺紋套的横剖视图；图13是本发明螺紋件的螺紋轮廓的实施例A的剖视图；图14是图13的螺紋轮廓的放大比例的剖视图；图15是与图13相类似的、螺紋轮廓的另一个实施例B的剖视图；图16是与图14相同类似、图15的螺紋轮廓的剖视图；图17是本发明螺钉的实施例A的横截面，它示出了切割几何形状；图18是与图17相类似的、本发明螺钉的实施例B的剖视图；图19是本发明螺钉的实施例A的顶部区域的局部剖开的侧正视图20是沿着图19的箭头I-I方向截取的横剖视图； 图21是与图19相类似的、本发明螺钉的实施例B的侧正视图； 图22是位于轴和本发明螺钉的头部之间的过渡区域的纵向剖视图；图23是沿着图22的箭头II-II方向所截取的横剖视图； 图24是用来制造螺紋套和支撑件的接合组件的工具的局部剖开 的侧正^L图；图25是与图24相类似的、用来制造螺紋套和支撑件的接合组件 的工具的另一个实施例的侧正^L图。
具体实施方式
图1示出了接合组件1，该组件包括由塑料形成的支撑件2和形 成为螺钉或者螺栓4的螺紋件，该螺紋件也由塑料形成。在所示出的 实施例中，接合组件l是螺紋接头，其中螺钉或者螺栓4在支撑件2 和另一个结构件3之间提供夹紧连接。但是，如果螺紋件是螺紋套6 (图7-12)，那么接合组件只由螺紋套和支撑件2形成。螺钉或者螺栓4包括轴，它包括实芯8和外螺紋部分10，其中 外螺紋部分IO包括单头螺紋ll;头部12;过渡区域14，它位于轴和 头部12之间；驱动装置16;和顶部区域18，它位于远离头部12的芯 8的端部上。图1示出了在螺钉4通过螺紋拧入到支撑件2的安装孔20之前位 于左手侧上的接合组件和在螺钉4通过螺紋拧入到安装孔20之后位于 右手侧上的接合组件。如图所示，在螺钉4通过螺紋拧入到其中之前， 安装孔20是光滑的圆柱形。螺钉4的螺紋11如此设计，以致它进行 自攻丝或者形成螺紋，因此当螺钉4通过螺紋拧入到安装孔20中时， 螺紋11在安装孔20内形成了内部螺紋26，这些在下面将更加详细地 进行解释。此外，如图l所看到的一样，支撑件2具有扩孔22，该扩孔22的直径D2稍稍大于安装孔20的直径Dl，并且基本上与外螺紋11的 大直径相类似。结构件3具有穿孔24，该穿孔24的直径D3稍稍大于 直径Dl和D2。图2-6所示出的螺钉4A和4B与图1中的螺钉不同之处只在于它 们的头部，对于螺钉4A和4B而言，它们的头部是具有外部和内部驱 动装置16的多功能头部。驱动装置可以是任何类型和结构。在所示出 的实施例中，外部驱动装置是具有法兰邻接件的六角形，同时内部驱 动装置是内部辐射(radiussed)的六角形；作为替换方式，例如它可 以是十字形槽。螺钉4A和4B的螺紋轮廓相互不相同，这些下面将更 加详细地解释。如上面已经解释的一样，本发明涉及各种各样的接合组件，它包 括螺紋轮廓、螺钉或者螺紋套的切割几何形状和顶部区域、位于轴和 螺钉的头部之间的过渡区域、螺钉或者螺紋套和支撑件的材料、用来 把螺紋套插入到支撑件中的工具、及用来制造该接合组件的方法。在 下面，更加详细地解释本发明的这些方面。应该注意的是，除非进行其它说明，下面说明涉及螺钉和螺紋套 这两种。螺紋轮廓塑料螺钉和塑料螺紋套的螺紋轮廓根据本发明如此地设计，以致当螺紋ll穿透到支撑件2的安装孔20中时，它以最佳方式形成了内 部螺紋或者埋头螺紋26。内部螺纹26借助下面方法来形成切割工 作(攻丝工作)，或者材料变形，或者这两种工作的结合。发明人认识到，螺紋件(该螺紋件用于由这样材料所形成的支撑 件，该材料实际上需要切割工作来形成埋头螺紋)的螺紋轮廓的几何 形状应该稍稍不同于螺紋件(该螺紋件用于由这样材料所形成的支撑 件，该材料实际上需要进行材料变形来形成埋头螺紋)的螺紋轮廓。 因此，在图13-21所示的本发明螺紋轮廓的优选实施例中，示出了两 个不同实施例A和B。实施例A尤其用于硬的、刚性的材料中，该材 料主要需要切割工作来使螺紋穿透到支撑件的材料中，同时实施例B用于高度延伸的、抗沖击的材料，而该材料主要需要进行材料变形来 形成埋头螺紋。然而，螺紋轮廓的基本形状与实施例A和B的相同如图13-16所示一样，外螺紋部分10A和10B中的每一个包括单 头螺紋ll，该单头螺紋各自绕着芯8A和8B延伸若干圏(转数)。 如轴向横截面所示一样，螺紋ll具有对称的轮廓，该轮廓借助一对直 螺紋面30来限定出，这些螺紋面30相对于径向线对称地布置。螺紋 的螺紋面30借助半径为！^的优选圆形弯曲的圆形牙顶31来接合。芯8A和8B中的每一个在螺紋11的转数之间设置有圆柱形外表 面32。借助优选为圆形弯曲的圆的拐角33，使每个圆柱形外表面32 接合到螺紋ll的螺紋面30中。位于螺紋11的團之间的轴向空间如此 选择，以致位于螺紋ll的圏之间的螺旋间隙的容积大于螺紋的体积。螺紋11的螺紋面30相互倾斜一个轮廓角度a，该轮廓角度出于 下面将解释的原因而被选择成相对较小。轮廓角度a的范围应该为30度到50度，优选为大约40度。目前为止所描述的螺紋轮廓与实施例A和B的相类似。圆形牙顶 31和圆形拐角33的间距P、螺紋高度Z和半径R1和R2不同。就螺紋轮廓的实施例A而言，下面值范围是优选的P = ( 0.16-0.9 ) DAZ = ( 0.15-0.5 ) PRl = ( 0.4-0.7 ) ZR2 = ( 0.5-0.5 ) Za = 30度到50度在这里，P是螺紋的间距，Z是螺紋高度，Rl是牙顶31的弯曲 半径，R2是位于芯8的圆柱形外表面32和螺紋11的螺紋面30之间 的圆形拐角33的弯曲半径，及Da是螺紋II的大直径，如图13-16所 示。就实施例A (图13、 14)的螺紋轮廓而言，下面值是优选的 P = 0.25DAZ = 0.38P Rl = 0.6Z R2 = 035Z a-40度就实施例B的螺紋轮廓而言，下面范围是优选的P = ( 0.25-0.9 ) DAZ = ( 0.35-0.65 ) PRl = ( 0.25-0.5 ) ZR2 = ( 0.25-0.5 ) Za= 30度到50度就实施例B (图15、 16)的螺紋轮廓而言，下面值是优选的P = 0.33DAZ = 0.5PRl = 0.3ZR2 = 0.3Za-40度使用相对较小的轮廓角度a可以提供以下优点在通过螺紋拧入 到支撑件2的安装孔20中时，螺紋11施加相对较大的轴向力Faxial， 但是在支撑件2的材料上只有较小的径向力FRadial。当螺紋11形成埋 头螺紋26时，尤其在没有任何有害开槽和夹紧作用的情况下，这个-与相对较大的牙顶31的半径Rl相结合-可以使支撑件2的材料以最佳 方式穿透到位于螺紋ll的圏之间的间隙中。实际上，位于螺紋ll的 圏之间的间隙容积基本上大于螺紋11的容积，可以防止支撑件2的材 料分别与芯8A和8B的圆柱形外表面30接合，这在其它情况下可以 导致有害的夹紧作用。间隙和螺紋的容积之间的这种尺寸大小关系的 另一个优点是，在假想的、限制出螺紋牙顶的圆柱形的区域内具有相 对较多量的材料。当轴向张紧力施加在接合组件l (参见图1)上时， 支撑件在假想的、限定出圆柱形内的材料受到剪切负荷。与塑料螺紋 件的材料相比，在剪切区域内的支撑件材料的增大容积和有利的开槽J素，可以对支撑件的材料的强度减小进行一些补偿。总结如下a) 相对较小的径向力Fradw和相对较大的半径Rl可以确保塑料螺紋件以最小的开槽作用在没有任何有害夹紧作用的情况下通过螺紋拧入到支撑件2的安装孔20中。b) 位于螺紋11的圏之间的相对较大间隙和有利的开槽因素可以 提供接合组件l的最佳轴向拔出阻力。图13-16所示的、具有上述优选值的螺紋轮廓也可以用在细紋(未 示出)中。为此，它只需要提高大直径Da，同时保持所示出的上述螺 紋轮廓的其它优选值，因此间距直径比P/DA相应地减小了。图13-16所示的螺紋轮廓只具有单头螺紋。但是，应该注意的是， 借助使间距P提高到位于优选值范围上端处的值(达到0.9.DA)，外 螺紋部分10A和10B中的每一个可以形成为多头螺紋。即使间距具有 这种较大的值，但是外螺紋部分10A和IOB的间距角度(导程角)仍 然小于螺紋件和支撑件的两种材料的自锁角度。多头螺紋提供了这样 的优点只借助一些圏，就可以使与快速连接革(closure)相类似的 螺紋件插入到支撑件的安装孔中。螺紋件在释放时容易重新装配；因 为具有自锁作用，因此螺钉或者螺紋套可以牢靠地接合和保持在安装 孔内。螺紋轮廓的切割几何形状根据本发明的另一个方面，实施例A和B的螺紋轮廓使它们的边 缘设置有切割刃36和间隙角p，从而有利于螺紋件穿透到支撑件的材 料中。螺紋轮廓的切割几何形状示出在图17和18中。为了提供这种切割几何形状，塑料螺钉(或者螺紋套)由若干角 度区来形成；在图17和18的实施例A和B中，设置有两个角度区 34a和34b。角度区34a和34b使它们的螺紋11和它们的芯8A和8B 的每一个设置有圆弧形的边缘，其中弯曲部分Ma、 Mb的中心沿着相 反的径向各自相对于芯8A和8B的中心轴线M偏离一个量X。其结 果是，角度区34a、34b使芯和螺紋的边缘相对于相互以台阶方式偏离，从而提供了相应的切割刃36。如图18和19的箭头所示，切割刃36 如此布置，以致它们沿着螺紋方向是有效的，从而有利于螺紋穿透到 支撑件的材料中。此外，角度区34a和34b的径向偏离量，沿着螺紋ll的边缘和在 切割刃36附近在螺紋的外边缘和用虛线所示出的、假想限定的圆K 之间产生了间隙角p。间隙角p保证了镰刀形间隙，该镰刀形间隙沿 着螺紋方向从相应的切割刃36开始逐渐增大。径向偏离量X的优选值如下X = 0.10mm， DNennS8mmX = (K15mm， DNcnn > 8mm — DNcnn ￡ 12mmX = 0.20mm ， DNenn > 12mm区34a和34b的>^称直径Dnenn是螺紋11的弓形边缘的半径R 的两倍。上面的X值保证了 l度的间隙角p。但是，其它间隙角的值也是 可以的；优选的是，间隙角P的范围为0.5度到5度，优选的是，为 0.5度到2度。对于螺紋轮廓的两个实施例A和B而言，可以使用相同的X和p 值。但是，不同之处在于，形成埋头螺紋基本上需要切割工作的实施 例A(图17)包括薄片槽38，该槽绕着螺紋件的总长度进行延伸，并 且设置成邻近切割刃36，因此它相应地使切割刃36拉长。形成埋头 螺紋主要需要进行材料变形的实施例B(图18)不包括相应的薄片槽。在图17和18所示的切割几何形状的实施例中，螺紋件由两个径 向偏离的角度区来形成。但是，应该注意的是，可以设置两个以上的 角度区，尤其对于直径增大的螺紋件而言更是如此。例如，图11所示 的螺紋套6b由四个角度区来形成，这些角度区具有四个切割刃36和 四个薄片(chip)槽38。螺紋轮廓的上述几何形状、尤其是上述切割几何形状一方面保证 了通过螺紋把螺紋件拧入到安装孔中所需要的相对较小的扭矩，另一 方面保证了使螺紋件由于不注意而通过与螺紋方向相反的旋转来释放的危险最小化。为了提供上述小扭矩的需要，由角度区34a和34b的径向偏离量 所产生的切割刃36最有帮助。在图17和18所示的实施例A和B中， 切割刃36设置在轴向平面上，当螺紋件由注模形成时，该轴向平面是 注模半部的分隔平面。这确保能够提供锐利的切割刃。接合组件1由于不注意而被释放的上述最小危险由若干因素来产生与通过螺钉的张紧和表面压力来实现传统螺钉的保持相比，由塑 料形成的螺紋件的螺钉保持由下面这些来产生绕着螺紋轮廓沿径向 向内的方向来松开支撑件的塑料。特别重要的是角度区34a和34b的 上述径向偏离量和产生于那里的间隙角P。当螺紋件通过螺紋拧入到 支撑件的安装孔中时，支撑件塑料的松开使支撑件的材料流入到位于 螺紋ll的边缘和假想的限定圆K之间的间隙中，而圆K产生于间隙 角p。这可以防止螺紋件与螺紋方向相反地进行旋转，因此提供了防 止接合组件1进行无意释放的最大安全性。如实验所表明的，接合组 件1的释放扭矩基本上大于使螺紋件拧入到安装孔中所需要的扭矩。有助于防止接合组件l被无意释放的另一个方法是自锁作用，而 这种自锁作用是由于上述间距(螺距)值及螺紋件和支撑件的塑料的 摩擦系数值所产生的。对于实施例A的螺紋轮廓而言，上面这些值产 生大约4.5度的间距角度，而对于实施例B的螺紋轮廓而言，产生大 约6度的间距角度。这些间距角度明显小于螺紋件和支撑件的塑料的 自锁角度的极限。这里，应该注意的是，由于支撑件的材料具有切割和变形特性， 因此使支撑件2 (图1)的安装孔20的直径Dl适合于螺紋轮廓，以 致芯8a和8b的外表面32 (图13-16)保持没有任何材料变形，而这 种材料变形由螺紋件通过螺紋拧入到安装孔中来产生。设置在支撑件 2 (参见图1)的入口区域中的埋头孔22的直径D2等于螺钉4的螺紋 11的大直径(误差为+0.5mm)，而埋头孔22的深度T等于间距P, 并且用来减轻螺紋入口区域中的任何张紧力。顶部区域如图19-21所示一样，螺钉4在远离螺钉头部的轴向端部具有锥 形顶部区域18，该锥形顶部区域具有预定斜面角度y的斜面40和最 小的直径Df。此外，在这个区域中，螺紋轮廓的实施例a和B具有 不同设计的顶部区域。在实施例a中，顶部区域40的斜面角度y优选为大约20度，最 小直径Dp大约为0.7倍的螺紋大直径DA。在实施例B中，斜面角度 y优选为大约30度，最小直径Dp优选为大约0.5DA。在实施例a中，顶部区域18优选地包括薄片凹口 42,该凹口的 高度为2P (图19)，并且它的深度是3Z (图20)，及在图20的横 截面中它具有半径为Rs的圆形拐角。在用于形成埋头螺紋所需要进 行的材料变形的实施例B中(参见图21)，不需要薄片凹口。顶部区域18初始时接合支撑件的材料，因此初始时承受负荷，该 负荷是在形成埋头螺紋时由于切割作用或者变形作用而产生的。当顶 部区域产生阻力和稳定性(即切割刃"变钝")时，具有上面切割几何接受切割和变形作用。位于轴和螺钉头部之间的过渡区域参照图22和23,描述位于轴10和塑料螺钉6的头部12之间的 过渡区域14的优选设计。如这些附图所示，借助具有弯曲半径为Ra 和Rb的圆形端的锥形表面44，使轴10的芯8的外部表面32接合到 头部12的底侧上。圆形端Rb之后是短的圆柱形部分，借助弯曲半径 为Rc的圆形部分使该圆柱形部分合并到头部12的底侧中。锥形表面 44相对于螺钉的中心轴线M倾斜一个大约为30度的角度d。过渡区域14的这种大体锥形设计可以确保张紧力的分布，而在借 助拉紧螺钉使接合组件1张紧时，这种张紧力存在于过渡区域14中。 这有助于避免张紧力最大值处于过渡区域14中。此外，过渡区域14是这样的设计，以致位于轴10的芯8和头部 12之间的壁的厚度W大于0.5倍芯8的外表面32的直径。这可以确保塑料在螺钉进行注模时迅速地、平稳地流入到头部区域中。此外， 在接合组件处于张紧力作用时，过渡区域的这种设计即相对较大的壁厚W确保了负荷分布，从而减少了在过渡区域14中产生破裂的危险。 如在图22、尤其在图23中所看到的，设置在轴向平面中的对中 肋46设置在过渡区域14的外表面上。对中肋46的外边缘相对于中心 轴线M倾斜一个角度e，例如该角度为20度。对中肋46的最大直径 D2等于结构件3 (图1)的通孔24的直径D3+0.5mm。其结果是，当 支撑件2接合到另一个结构件3中时(参见图1)，对中肋46接合结 构件23的通孔24的边缘壁。当螺钉4通过螺紋拧入到安装孔20中时， 对中肋46执行对中作用和支撑作用从而承受横向负荷。如图l和22所示，头部22具有凹形底表面，以致头部12沿着基 本上是圆形的线接触区咸48来接合结构件3的上表面。当螺钉4受到 轴向负荷时，圆形的线接触区域48可以穿透到结构件3的更软材料中， 和/或头部12由于其材料弹性而可以进行变形，从而减少张紧力峰值， 而该张紧力峰值在其它情况下由螺钉的轴向偏压力、轴向负荷或者热 产生的变形来产生。 螺紋件的材料螺紋件(螺钉或者螺紋套)由高性能塑料形成，该塑料具有较大 的热阻、较大的硬度和较大的强度，并且可以防水。至于这些性能的 值，它们应该基本上与支撑件的塑料的这些值不同，从而在用来形成 埋头螺紋的切割或者变形工作期间，确保螺紋轮廓的理想稳定性和切 割几何形状。螺紋件的优选高性能塑料是聚醚苯二酰胺-GF (PPA-GF)、以聚 醚苯二酰胺-GF为基础的共聚酰胺、聚醚亚胺-GF ( PEI-GF )、聚醚 醚酮-GF ( PEEK-GF )。也可以使用下面材料玻璃纤维加强的聚酰胺、碳纤维加强的聚 醚苯二酰胺、碳纤维加强的和玻璃纤维加强的聚醚苯二酰胺、以碳纤 维加强的聚醚苯二酰胺为基础的共聚酰胺、以碳纤维加强的和玻璃纤 维加强的聚醚苯二酰胺为基础的共聚酰胺、热固性(duromeric )塑料。应该知道，这些仅仅是螺紋件材料的优选例子，也可以使用其它 热高性能的塑料。 螺紋套如已经所提到的，相对于具有切割几何形状和顶部区域的螺紋轮廓的上面描述和解释不仅涉及螺钉4，而且涉及螺紋套6。 螺紋套6的例子示出在图7-12中。在图7、 8的实施例中，螺紋套6具有内螺紋50，该内螺紋沿着 螺紋套6的整个轴向长度进行延伸。因此，用来把螺紋套6拧入到支 撑件的安装孔中的工具一定得接合内螺紋50，这些在下面将更加详细 地解释。在图9、 IO的实施例中，除了内螺紋50之外，螺紋套6a还具有 内部驱动装置52，该驱动装置52在所示出的例子中是内部圆形的六 角形，该六角形只设置在螺紋套6a的一个轴向端上。作为替换方式， 内部多边形可以设置在螺紋套6a的内部螺紋50内。图11和12示出了具有外部螺紋部分10A的螺紋套6b，该外部螺 紋部分10A形成为细紋。如上面结合螺紋轮廓所解释的一样，细紋10A 由下面方法来形成使用实施例A或者B的优选螺紋轮廓，并且相应 地增大大直径D"如上面所提到的，图11、 12的螺紋套6b包括四个径向偏离的角 度区，从而提供了四个切割刃36。在所示出的实施例中，切割刃36 连接到四个薄片槽38中。大量的切割刃36可以改善切割力的圆周分 布并且改善螺紋套在安装孔内的对准度。螺紋套被插入到支撑件的圆柱形(模制或者机加工)安装孔中， 该支撑件可以是强度较小的塑料形成件。当塑料形成件借助注模来形 成时，不需要复杂的工作来从模子中除去螺紋。因此，由高性能塑料 形成的螺紋套由于螺紋阻力较大而提高了塑料形成件的功能性能和特 征。螺紋套6或者6a或者6b的内螺紋50尤其可以设计成确保螺紋保 持效果，例如借助使用间距偏移量、直径改变，或者借助局部无螺紋的区域，来确保螺紋保持效果，从而把螺钉(未示出)夹紧在螺紋套 的内螺紋中。组合工具图24所示的工具适合把图7和8所示的螺紋套6插入到支撑件 2a的安装孔20中，该支撑件2a是塑料形成件。该工具包括驱动地 旋转的工具主体54，它包括轴向延伸的心轴56;直径增大的邻近邻接 部分58;及邻近驱动部分60。心轴56是轴销，它包括相对较短的 螺紋部分62,它邻近该邻接部分58;及邻近圆柱形支撑部分64。螺 紋部分62的螺紋相对于螺紋套6的内螺紋50配合地形成，同时圆柱 形支撑部分64的直径等于内螺紋50的小直径。在装配期间，螺紋套6通过螺紋拧在较短的螺紋部分62上，直到 螺紋套6接合该邻接部分58为止。然后借助工具主体54使螺紋套6 进行旋转，从而通过螺紋拧入到安装孔20中。在工作期间，心轴56 的圆柱形部分64从内部支撑螺紋套6。当邻接部分58接合支撑件1 时，装配工作就完成了。现在借助使工具主体54沿着相反的方向进行 旋转来移开心轴56。由于螺紋部分62的长度较短，因此可以很快地 进行插入工作和拆下工作。图25所示的工具适合装配图9和10所示的螺紋套6a，并且设置 有内部驱动装置52。又，该工具包括驱动地旋转的工具主体54a, 它包括心轴56a;邻接部分58;及驱动部分60。但是，在这种情况下， 心轴56a是销，该销没有任何螺紋，并且包括圆柱形部分66和驱动部 分，该驱动部分包括驱动装置68，该驱动装置68相对于螺紋套6a的 内部驱动装置52配合地成形。这种工具使得装配工作得到简化，因为螺紋套6a在装配工作开始 时仅仅沿着轴向在心轴56a上进行滑动，并且在装配工作结束时刚好 从螺紋套6a中沿着轴向移开心轴56a。图25的工具的另一个优点是，在装配工作之后，它可以使螺紋套 6a沿着轴向在安装孔内进行移动。因此，螺紋套6a的轴向位置可以 得到精确的调整，以致螺紋套6a可以设置成从安装孔20中轴向地伸出一个预定量，从而接合相对表面(未示出)。 借助摩擦焊接来制造非释放接合组件的方法如上面所解释的，借助简单的柠入工作，可以使螺紋件(螺钉或 者螺紋套)插入到支撑件的圃柱形安装孔中。可以产生一种这样的接合组件l:借助"松脱"工作，使它能够从安装孔中拆下螺紋件。根据本发明的另一个方面，塑料螺紋件以下面方式插入到支撑件 的安装孔中在螺紋件和支撑件之间产生非释放的、不泄漏气体和液 体的接合。为此，螺紋件(塑料螺钉或者塑料螺紋套)通过螺紋以这样高的 速度拧入到支撑件的圆柱形安装孔中，以致支撑件的塑料(它是高性 能的玻璃纤维加强的热塑材料)借助摩擦热量来得到塑炼。螺紋件的 外螺紋使塑炼过的、支撑件的塑料沿着与螺紋方向相反的方向进行移 动。塑炼过的塑料在固化时包围螺紋件的外螺紋。在螺紋工作结束时， 工具的速度突然减小到0。在其它情况下，螺紋件的包围结构可以被 损坏，因此外壳不是液密的。由于螺紋件和支撑件的塑料性能不同， 例如熔点不同，因此螺紋件不会被损坏。这种"旋转摩擦焊接"使得装 配时间小于2秒。
权利要求
1.一种接合组件，它包括支撑件(2)，它由塑料形成；所述支撑件具有安装孔(20)，该安装孔由孔壁限定；及螺纹件(4；6)，它由塑料形成，并且具有中心轴线(M)，所述螺纹件包括芯(8)和外螺纹部分(10)，在螺纹件拧入到支撑件(2)的所述安装孔(20)的壁中时，该外螺纹部分在所述安装孔(20)内通过切割和/或变形操作形成内螺纹部分(26)；所述螺纹件(4；6)包括若干角度区(34a，34b)，这些角度区在径向平面上具有弧形外周，这些弧形外周使弯曲中心(Ma、Mb)相对于所述中心轴线(M)进行径向偏移，以致邻近的角度区在它们的外周上借助台阶来偏离，从而提供切割刃(36)，以在所述螺纹件通过螺纹拧入到支撑件的安装孔中时执行切割操作。
2. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，角度区(34a、 34b) 的螺紋(11)的所述弧形外周和在螺紋件的中心轴线(M)上具有中 心的假想限定圓(K)包括间隙角(p)。
3. 如权利要求2所述的接合组件，其特征在于，所述间隙角(p) 是0.5度到5度。
4. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，角度区(34a、 34b) 的弧形外周的弯曲中心(Ma、 Mb)沿着相反的径向偏向螺紋件(4; 6)的中心轴线(M) —个量X， X量如下X = 0.10mm, DNenn^8mmX = 0.15mm， DNenn> 8mm和DNennS 12mmX = 0.20mm, DNenn> 12mm其中，Dn,是角度区(34a、 34b)的螺紋(ll)的孤形外周的弯 曲半径(R)的两倍。
5. 如权利要求1所述的接合组件，该组件用于支撑件(2)，该支 撑件的材料主要需要切割操作来形成所述内螺紋部分(26)，其特征在于，角度区(34a、 34b)的螺紋(ll)的每一个设置有薄片槽(38)， 该槽沿着螺紋件(4; 6)的长度进行延伸，并且布置成拉长相关的一 个所述切割刃(36)。
6. 如权利要求1所述的接合组件，该组件用于支撑件(2)，该支 撑件的材料主要需要变形操作来形成所述内螺紋部分(26)，其特征 在于，角度区(34a、 34b)的螺紋(11)不包括任何薄片槽。
7. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，支撑件(2)的安 装孔(20)具有埋头孔(22)，该埋头孔的直径(D2)至少与螺紋件(4; 6)的螺紋(11)的大直径(Da) —样大。
8. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，螺紋件(4; 6) 的螺紋(ll)具有引导角，该引导角小于螺紋件(4; 6)和支撑件(2) 的所述塑料的自锁角度。
9. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，支撑件(2)的安 装孔(20)具有的直径(Dl)适合于螺紋件(4; 6)的螺紋(11)， 因此在形成所述内螺紋部分(26)时，螺紋件(4; 6)的芯(8)的所 述外表面(32)不会承受任何变形作用。
10. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，螺紋件(4; 6) 具有轴向自由端，该自由端设置有锥形顶部区域(18),该顶部区域 具有切割斜面(40)，该切割斜面具有预定的斜面角度(Y)和预定切 割直径(DF)。
11. 如权利要求10所述的接合组件，该组件用于支撑件(2)，该 支撑件的材料主要需要切割操作来形成所述内螺紋部分(26)，其特 征在于，切割斜面(40)的所述斜面角度(Y)大约为20度，所述切 割直径(Df)大约是0.7倍的螺紋(10)的大直径(Da)。
12. 如权利要求11所述的接合组件，其特征在于，所述顶部区域 (18)设置有薄片凹口 (42),该凹口的高度大约为螺紋(10A)的间距(P)的两倍，该凹口的深度基本上是螺紋(10A)的轮廓高度(Z) 的三倍。
13. 如权利要求10所述的接合组件，该组件用于支撑件(2)，该支撑件的材料主要需要变形操作来形成所述内螺紋部分，其特征在于，所述切割斜面(40)的所述斜面角度(Y)大约为30度，所述切割直 径(DF)大约是0.5倍的螺紋(10B)的大直径(DA)。
14. 如权利要求13所述的接合组件，其特征在于，所述顶部区域 (18)不具有任何薄片凹口。
15. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，所述螺紋件是具 有轴和头部(12)的螺钉(4)。
16. 如权利要求15所述的接合组件，其特征在于，螺紋件的芯(8) 的所述外表面(32)借助过渡区域(14)接合到所述头部(12)上， 该过渡区域具有锥形外表面(44)，该锥形外表面具有圆形端部分(Ra、 Rb)。
17. 如权利要求6所述的接合组件，其特征在于，位于螺紋件的芯 (8)和头部(12)之间的所述过渡区域(14)的壁厚(W)大于芯(8)的所述外表面(32)的直径的一半。
18. 如权利要求16所述的接合组件，其特征在于，所述过渡区域 (14)在所述轴和所述头部(12)之间具有外表面，该外表面设置有对中肋(46)，这些肋设置在轴向平面上，并且在所述支撑件(2)借 助所述螺紋件接合到所述另一个零件(3)上时，这些肋接合另一个零 件(3)的通孔(24)的壁。
19. 如权利要求16所述的接合组件，其特征在于，所述螺钉的所 述头部(12)具有凹形底表面，该底表面具有这样的形状，以致所述 头部确保在其径向外部区域中具有基本上是圆形的线接触(48)。
20，如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，所述螺紋件是具 有内螺紋(50)的螺紋套(6; 6a)。
21. 如权利要求20所述的接合组件，其特征在于，除了所述内螺 紋(50)之外，所述螺紋套(6a)还设置有内部驱动装置(52)。
22. 如权利要求1所述的接合组件，其特征在于，所述螺紋件(4; 6)由高度稳定的塑料形成，该塑料的主要热阻、硬度和强度基本上大 于支撑件(2)的塑料的热阻、硬度和强度。
23. 如权利要求12所述的接合组件，其特征在于，所述高度稳定 的塑料是聚醚苯二酰胺-GF (PPA-GF)、以聚醚苯二酰胺-GF为基础 的共聚酰胺或者聚醚亚胺-GF ( PEI-GF )或者聚醚醚酮-GF(PEEK-GF)、或者纤维玻璃加强的聚酰胺、或者碳纤维加强的聚醚 苯二酰胺、或者碳纤维加强的和玻璃纤维加强的聚醚苯二酰胺、以碳 纤维加强的聚醚苯二酰胺为基础的共聚酰胺、或者以碳纤维加强的和 玻璃纤维加强的聚醚苯二酰胺为基础的共聚酰胺、或者热固性塑料。
24. —种塑性材料的螺紋件，包括螺钉或螺紋套，用于如权利要求 l所述的接合组件，所述螺紋件包括具有中心轴线(M)的孔(8)， 和外螺紋部分(10)，所述外螺紋部分(10)在螺紋件拧入所述支撑 元件(2)的接收孔(20)的光滑壁上时在所述支撑元件(2)的接收 孔(20)上通过切割和/或变形操作形成内螺紋部分(26)，所述螺紋 件(4; 6)包括多个角度区(34a; 34b)，所述角度区在径向平面中 是具有相对于所述中心轴线(M)径向偏移的弯曲(Ma， Mb)中心 的弧形外周，从而相邻角度区在它们的外周处借助台阶偏离，以提供 切割边缘(36)，用于在所述螺紋件被拧入所述支撑元件的接收孔中 时执行切割操作。
全文摘要
一种由塑料形成的、接合组件的螺纹件，包括唯一形成的螺纹轮廓，该轮廓具有较小的轮廓角度，该角度为30度到50度；及圆形牙顶，它具有相对较大的弯曲半径。位于螺纹圈之间的间隙的容积大于螺纹的体积。为了提供螺纹轮廓的特殊切割几何形状，因此螺纹件包括若干角度区，这些角度区相对于相互沿着径向偏离，以致邻近的角度区提供了切割刃。此外，本发明公开了用来制造这种接合组件的工具和方法。
文档编号F16B35/00GK101216062SQ20071018168
公开日2008年7月9日 申请日期2005年4月29日 优先权日2004年4月30日
发明者R·聚森巴赫 申请人:伯尔霍夫连接技术有限公司