压入元件形式的功能元件的制造方法与工艺

本发明涉及一种用于连接到金属片部件的压入元件形式的功能元件。所述功能元件既可以是公元件，也可以是母元件。作为公元件时，可以考虑其轴部设有螺纹的螺栓元件，或其轴部设有夹子等类似物的底座的元件，或其轴部为圆柱形且用作元件上可旋转部件的轴颈的元件。对于母元件而言，主要考虑螺母元件，即，一种具有内螺纹的元件，且带有能形成为穿刺部分的轴部，从而就出现了自穿孔螺母元件。所述螺纹不必预先制造，而是在通过螺纹成型或攻丝螺钉使螺母元件连接到金属片部件之后制成即可。然而，母元件也可以是带有圆柱形中空空间的中空元件，所述中空元件用于轴的可旋转轴颈。

背景技术：
已知在现有技术中，功能元件具有多种多样的实施例。一方面，存在有具有铆钉部分的所谓的铆钉元件，所述铆钉部分在连接到金属片部件时变形，从而形成铆钉珠，所述铆钉珠与头部一起形成用于容纳金属片部件中的孔的边缘的环形凹部。因此，通过所述铆钉元件，功能元件在连接至金属片部件时发生变形。这种铆钉元件的典型实例是本申请人的NBR螺栓元件和本申请人的RND螺母元件（欧洲专利1116891）。此外，所谓的压入元件是众所周知的，其中元件本身不会在连接到金属片部件时发生变形，而是片状材料本身发生变形，以便使其与相应的压入元件的底切部接合。这里还已知各种螺栓元件和螺母元件。本申请所谓的EBF螺栓（欧洲专利678679）可被称为螺栓元件，而本申请所谓的RSU元件（欧洲专利759510）可被称为螺母元件。

技术实现要素：
本发明的目的是制造一种压入元件形式的功能元件，其代表EBF元件或RSU元件的一种替代物，并可以以毫无问题的方式制造，并且提供了适当的防止旋转的安全性以及适当的轴向压出阻力。这种防止旋转的安全性是必需的，以便在将功能元件连接到金属片部件时，以及随后将螺母连接到螺栓元件上时，或在螺母元件上引入螺栓元件时，为了确保另一构件抵靠在金属片部件上，就会产生不可忽视的扭矩，所述扭矩可能导致螺栓元件或螺母元件的松动。当松开相应的螺纹联接时，也会产生这种扭矩。此外，轴向压出阻力以及按出阻力是很重要的，因为设有相应功能元件的金属片部件经常作为散装材料在箱子中从一个工厂运输到另一个工厂，或在一个工厂内运输。这可能导致个体金属片部件中的功能元件的松动，这对于随后的加工是不利的。此外，另一构件连接到装备有功能元件的金属片部件上时，在螺母连接到螺栓元件或将螺栓拧入螺母元件时，通常使用螺钉和螺母的自动组装工具将不可忽视的轴向力施加到相应的功能元件上。这样，当无法保证压出阻力和按出阻力达到所需要的程度时，就会存在金属片部件中的功能元件松脱的危险，或金属片部件和功能元件之间存在连接失效的可能。为了达到上述所谓的目的，提供一种压入元件形式的功能元件，用于连接到金属片部件，该功能元件具有头部和轴部，且所述头部在其邻近轴部的一侧具有环形金属片接触表面且在在该环形金属片接触表面内具有环形轴向凹部（在下文中称为环形凹部），所述环形凹部在从头部到轴部的过渡区处围绕着轴部，所述功能元件的特征在于轴部具有多个径向凹部，所述径向凹部沿周向分布且沿轴向方向并在突起部（nose）之间延伸，这些突起部同样地沿轴向延伸并径向突出。优选地，在轴部处形成突起的材料部分，其中该突起的材料部分与头部一起在环形凹部区域中形成底切部。所述突起的材料部分可以设置在径向凹部的位置处或径向凹部的区域中，特别是在它们的邻近头部的轴向端部处。此外，用于防止旋转的径向延伸的肋部，或用于防止旋转的其他部件（例如离散的凸起部分和/或凹部，它们在交替的凸起部分与凹部的平面图中为圆形或正方形，下文为了简化起见，简单地称为用于防止旋转的肋部）设置在环形凹部的底部区域，优选地设置在与径向凹部位置相比有一定角度偏移的位置处，例如，在每种情形下，在两个连续的径向凹部之间的中心位置处。然而，为了考虑相应的需求，基本上可以提供任何所需的用于防止旋转的肋部和凹部之间的角度。也可以设置不同数量的用于防止旋转的肋部和凹部。根据本发明，也可以想到在环形接触表面设置用于防止旋转的部件，从而替代或除去在环形凹部的底部区域中的用于防止旋转的部件。用于防止旋转的肋部可以部分或全部地与环形凹部交叉或桥接。然而，也可以想到使用于防止旋转的肋部在径向方向的长度小于环形凹部的在径向方向上限定的宽度。通过以上述措施，金属片材料可以进入与径向伸突的突起部或径向凹部的底部表面的紧密接触中，以及与轴向突伸到环形凹部的用于防止旋转的径向肋部的紧密接触中，从而在此处实现防止旋转的安全性，特别是在突起部的优选地径向定向的侧面处，以及在用于防止旋转的轴向延伸的肋部的侧面处。而且，金属片材料可引入到由突起的材料部分形成的底切部内，由此产生防止轴向压出的阻力。此外，考虑到圆周方向，金属片材料可以接触突起的材料部分的横向边界，由此产生额外的防止旋转的安全性。此外，当轴部形成为螺纹时，所述金属片材料发生变形，使得远离功能元件头部的金属片材料的区域位于螺纹的靠近头部的轴向端部的对面，且径向地位于螺纹外径的内部。尽管螺纹是在径向凹部和突起部制造之后通过螺纹轧制工艺制造的，与螺纹轧制相关联的轴部的扩大是有利于先前的径向凹部和突起部的制造的，因为那时在要制造的螺纹的区域中，轴部具有较小的直径，这就简化了通过轴部材料的轴向位移来生产凹部和突起部的工艺。如果这种情况不存在，则基本上可以由轴部的径向变形来产生径向凹部。螺纹制造完成之后，在螺纹区域中的直径扩大形成了与所述凹部和突起部的轴向端部相邻的螺纹尾部，所述螺纹尾部作为金属片材料的抵靠部，从而确保了压出阻力。如果提供了所述突起的材料部分和相应的底切部，那么金属片材料到底切部内的接合就增加了压出阻力。如果螺栓元件中不存在或没有设置螺纹尾部，那么金属片材料到底切部内的接合本身就形成所需要的形式适配的连接，从而产生压出阻力。对于母元件而言，在轴部的自由端部，可以提供相应的具有增加的直径并用作抵靠件的区域，从而以相应的方式确保施加给用于螺栓元件的螺纹尾部的压出阻力。如果不存在这种形状，那么就需要有所述底切部和金属片材料与这些底切部的接合，从而产生所需要的形式适配的连接来形成压出阻力。即使金属片材料中的功能元件出现轻微的松动，也肯定不可能发生元件的轴向损失，因为金属片材料会抵靠着螺纹的端部。也以螺母元件的形式给出这种安全性，只要在突起部区域中，轴部在突起部和/或轴向凹部的远离头部的一侧具有扩大的直径，由此使功能元件就不能被压出金属片部件。因为形成在具有较大直径的区域中的过渡区处的肩部会抵靠着金属片部件的远离螺母元件头部的一侧，所以就避免了这种压出。在这两种变化形式中，即，公或母元件，在其它方向上不可能存在元件的轴向损失，只是因为头部的径向金属片接触表面与金属片部件相接触，并且所述径向金属片接触表面具有比金属片部件中的孔更大的直径。从而，防止了两个轴向方向上的轴向损失。此外，在功能元件的连接过程中，金属片材料轴向进入在环形凹部内的接触中，并径向抵靠着具有交替出现的突出的突起部和径向凹部的圆周，由此得到也能抵抗按出作用力的特别稳定的形式。在那所产生的孔摩擦也增加了防止旋转的安全性和压出阻力。通过头部的尺寸或金属片接触表面的直径尺寸，并结合金属片材料与轴向压出阻力的形式适配的接合，确保了元件具有合适的按出阻力。通过金属片材料进入环形凹部的变形，实现了头部在金属片处的紧密接触，由此可以避免金属片部件在所述元件的头部区域中的变形和扭曲。此外，环形凹槽形成了材料的容纳空间，通过产生径向凹槽或凹部来形成该容纳空间，从而使相应的突起材料部分不干扰从头部向轴部的过渡。此外，在从轴部进入头部的过渡区中，功能元件和金属片部件之间的连接可以通过这种方式实现，即，在这种情况下，轴部和金属片部件中的孔都具有相对小的直径，从而使得随后的另一构件能够简单地连接到金属片部件的远离功能元件头部的一侧，且另一构件只需具有相应的孔即可。因此，金属片部件的另一构件的这种连接可以这种形式发生：所需的“直接夹紧”是可能的，甚至不需载荷分配垫圈。优选地设置从两个到十二个径向凹部，优选地从四至八个径向凹部，特别是六个径向凹部，且每个径向突出的突起部都设置在两个相邻径向凹部之间，即，突起部与凹部沿着功能元件的纵向轴线交替排列。底切部优选地轴向位于环形轴向凹部的内部。在这些位置处，所述轴部的突起的材料部分接合进入金属片材料的高品质牢固的接合中，而不引起金属片材料的扭曲，特别是因为该金属片材料可以在压缩过程中逃脱进入头部的轴向环形凹部内。根据本发明，可以设置一种结构，在该结构中至少一个且特别地所有的用于防止旋转的径向延伸的肋部都具有自由上边缘，所述自由上边缘至少局部地，特别地基本完全位于由环形金属片接触表面所限定的平面内。用于防止旋转的肋部的侧边被理解为所述自由上边缘，所述侧边暴露在功能元件的非安装状态中，且尤其远离头部，即，远离环形凹部的底部区域。如以上已经说明的，至少一个用于防止旋转的部件或部分可以布置在环形金属片接触表面上，例如肋部或类似物。所述用于防止旋转的部分可以与用于防止旋转的肋部中的一个沿着径向方向对齐排列，和/或并入到这些肋部。例如，存在于金属片接触表面上的用于防止旋转的部分和用于防止旋转的相应肋部在径向上具有连续肋状结构，尤其是线性连续肋状结构，这些结构在轴向方向上具有恒定的或可变的长度。根据一个实施例，至少一个用于防止旋转的径向延伸的肋部在径向方向上的长度小于环形凹部的在径向方向上限定的宽度。换句话说，至少一个用于防止旋转的肋部没有完全穿过环形凹部，而只是部分地穿过。作为示例，用于防止旋转的肋部沿着径向方向从环形凹部的径向外布置边缘向内延伸，并在到达轴部之前终止。因此，环形凹部未细分成彼此完全分隔的多个区段，而是呈现出单独的袋状部分，这些袋状部分通过围绕轴部的环形区域彼此连接。应当理解，还可以构造逆向设计，其中用于防止旋转的肋部从轴部开始，并沿朝着环形凹部外边缘的方向进行延伸，但是在到达此点之前终止。基本上，用于防止旋转的肋部（即，至少一个肋部）既不连接环形凹部的径向外边缘也不接触径向内边缘，或交替接触所述边缘而立。用于防止旋转的径向延伸的肋部优选地具有最大轴向高度，该最大轴向高度小于环形凹部的最大轴向深度，且用于防止旋转的肋部的轴向高度优选地位于所述深度的25%和90%范围之间，且特别地在50%和85%范围之间，尤其大约在所述宽度的80%处。在一种变化形式中，所述功能元件为在其轴部上具有螺纹的螺栓元件，螺纹外径的半径大于从轴部的纵向轴线到径向凹部的底部表面的（最大）径向尺寸。此外，螺纹外径的半径大于从轴部的纵向轴线到径向突起的突起部的径向外表面的（最大）径向尺寸。优选地，径向凹部的底部表面和/或突起部的外表面至少基本上位于各自的圆柱形表面上或它们形成这种圆柱形表面的一部分。所述凹部的底部表面具有恒定的径向尺寸，和突起部的外表面一样。然而这不是必须的，因为相应表面的其他轮廓也是可以的，由此所述径向尺寸不必是恒定的，但是可以说最大径向尺寸是恒定的。由于交替出现的突起部和凹部的所述最大径向尺寸优选地小于螺纹的外径，因此可以确保金属片材料径向地位于螺纹外径的内部，并且确保螺栓元件的上述轴向紧固。就此而言，形成底切部的突起的材料部分具有自所述功能元件的中心纵向轴线处所测量的最大径向尺寸，其相对应于螺纹的径向尺寸，并且基本上或甚至更大一些，从而实现了提高防止旋转的安全性。优选地，螺纹的邻近头部的一端布置在紧邻所述径向凹部或突起部的远离头部的端部前面。这样，不仅金属片材料所需的“抵靠件”形成在有利的位置，而且螺纹也可以毫无问题地在螺纹轧制工艺中制造，因为突起部和凹部的轴向长度意味着螺纹在头部之前终止。这有助于螺纹轧制工艺，因为不再如EBF螺栓一样必须将该工艺进行到头部。当压入元件是中空元件时，且其中空的中心通道设有螺纹或可以设有螺纹，那么在突起部和凹部的远离头部的一侧，轴部的直径同样可以大于该轴部在形部件区域中的直径。这可以通过例如轴向压缩工艺来实现。此外，可以形成轴部的自由端部以刺穿金属片部件，而无论其直径是否大于该轴部在突起部区域中的直径，从而使螺母元件在金属片部件中切割出自身的孔，协同作用的还有合适的冲模母模插入到金属片部件中，即，螺母元件制成为自穿孔型的。当根据本发明的功能元件连接金属片部件时，就产生了具有特殊特征化特性的构件组件，即，金属片部件延伸进入围绕径向延伸的肋部的径向凹部内，并进入轴向凹部以及底切部，从而确保所需的压出阻力和所需的防止旋转的安全性。所述构件组件优选地设计为：所述金属片部件的远离头部的一侧设置在螺栓元件的附近，紧邻在面对头部的螺纹端部的前方，且中空元件在紧邻中空轴部的端部的前方。所述构件组件设计成特别地带有相对薄的厚度达到大约1毫米至1.5毫米的金属片部件，使得所述金属片部件在其远离头部的一侧具有环形轴环，该轴环的径向内表面紧密地抵靠在所述突起部或径向凹部的底部表面上。就此而言，所述环形轴环可以在金属片部件的下侧具有大约对应于突起部长度的轴向长度，例如1毫米至3毫米。对于1毫米或1.5毫米以上的厚度的较厚的金属片部件而言，所述金属片部件受到冲模母模的突起部或环形突起部的加压，使得所述金属片材料至少基本上沿突起部的整个轴向长度进行延伸。本发明的功能元件的一个显著优点在于一个元件可以与各种厚度例如从0.6毫米至4毫米的金属部件的一起使用，这使得存储和成本对用户更有利。通过对应的冲模母模接附到所述金属片部件上的对金属片材料的压缩，使得该金属片材料进行流动，并且以致于其抵靠在突起的材料部分之间的元件的表面上。一个一种用于制造公元件形式的根据本发明的功能元件的方法的特征在于，从圆柱形的冷金属棒或金属线开始，并在冷镦工艺中形成具有头部、轴部以及环形轴向凹部的坯件，所述环形轴向凹部所述头部的邻近所述轴部的一侧围绕着所述轴部，并且至少部分地被径向延伸的肋部穿过，并优选地在邻近头部的区域内具有围绕轴部的材料轴环；其特征在于，该轴部或轴环（如果提供的话）的材料至少通过冷镦工艺进行局部位移，以便形成在轴向方向上延伸的径向凹部，以及在邻近头部的径向凹部的端部形成底切部的突起的材料部分，以及布置在所述径向凹部之间的突起部，其特征还在于，随后，在邻近所述头部的径向凹部的轴向端部前面不远处或在紧邻所述径向凹部的前面的所述轴部上形成螺纹。一种制造母元件形式的功能元件的方法的特征在于，从圆柱形的金属棒或金属线开始，并且在冷镦工艺中产生具有头部、轴部以及环形轴向凹部的坯件，所述环形轴向凹部在所述头部的邻近所述轴部的一侧围绕着所述轴部，并且至少部分地由径向延伸的肋部穿过，并优选地在邻近头部的区域内具有围绕轴部的材料轴环；其特征在于，所述轴部或轴环（如果提供的话）的材料通过冷镦工艺进行位移，以便形成在轴向方向上延伸的径向凹部和在邻近头部的径向凹部的端部形成底切部的突起的材料部分，以及布置在所述径向凹部之间的突起部，其特征还在于，沿轴向延伸的中心通道形成在所述轴部内以及所述头部内。就此而言，螺母元件的自由端面可被压缩，以增加自由端部自所述纵向轴线的半径，使得该半径大于轴部在径向凹部的区域内的半径，优选地大于轴部在突起部区域内的半径，从而在轴部的自由端部处可选地形成冲切边缘。附图说明下面将参考附图更详细地解释本发明，在各附图中示出：图1A螺栓元件形式的根据本发明的功能元件的透视图，图1B-1D图1A所示的本发明的螺栓元件沿纵向方向剖开的局部侧视图（图1B）、头部进入轴部的过渡区处的图1B中的圆圈区域的放大图（图1C）、和在螺栓元件的轴部的自由端部上的主视图（图1D），图2A-2C呈现了根据图1A至1D的螺栓元件与相对厚的金属片部件的连接的一系列附图，图3A-3C图示了根据图1A至1D的螺栓元件与相对薄的金属片部件的连接的一系列附图，图4A-4D对应于图1A至1D，但为螺母元件形式的根据本发明的功能元件的一系列附图，图5A-5C图示了根据图4A至4D的螺母元件与相对厚的金属片部件的连接的一系列附图，图6A-6C呈现了根据图4A至4D的螺母元件与相对薄的金属片部件的连接一系列附图，图7A表示本发明的功能元件的另一实施例的透视图，图7B-7D在制造过程期间的第一状态中，图7A所示的本发明的螺栓元件沿纵向方向剖开的局部侧视图（图7B）、头部进入轴部的过渡区处的图7B中的圆圈区域的放大图（图7C）、和在功能元件的轴部的自由端部上的端视图（图7D），图7E-7G与图7B到7D类似的示意图，示出的所述功能元件处于制造过程期间的第二状态中，图7H-7J与图7B到7D和图7E至7G类似的示意图，示出的所述功能元件处于第三状态中，图8A本发明所述功能元件的另一实施方案的透视图，图8B-8D以类似于图1B至1D的视角，图8A所示的本发明的功能元件的实施例的另一图示，图9A本发明所述功能元件的进一步实施例的透视图，以及图9B-9D以类似于图1B至1D的视角，图9A所示的本发明的功能元件的实施例的示意图。附图标记说明具体实施方式图1A至1D示出了压入元件形式的功能元件10，所述功能元件设计用于连接到根据图2A至2C和图3A至3C所示的金属片部件12或12’。所述功能元件10具有头部14和轴部16。所述头部14在其邻近轴部16的一侧18处具有环形的金属片接触表面20和在该表面内的环形轴向凹部22，所述环形轴向凹部22在从头部到轴部16的过渡区处环绕着所述轴部。此外，在该实例中，轴部16具有6个优选地分布的沿轴向方向延伸的径向凹部24，以及位于径向凹部之间的六个轴向延伸和径向突出的突起部26，所述突起部与所述径向凹部交替围绕着所述螺栓元件的中心纵向轴线28。在径向凹部24的位置处，在径向凹部邻近头部的轴向端部处具有突起的材料部分30，所述突起的材料部分30与头部在所述环形的轴向凹部22的区域内形成底切部32。在由坯件的圆柱形区域制造元件过程中，产生轴向延伸的径向凹部，所述圆柱形区域具有与突起部26的径向外侧34相同的直径。可以看到，螺纹17的外径的半径大于从轴部16的纵向轴线28到径向凹部24的底部表面48的（最大）径向尺寸。此外，可以看到，该螺纹17的外径的半径大于从所述轴部16的纵向轴线28到径向突出的突起部26的径向外表面的最大径向尺寸。在该实施例中，径向凹部24的底部表面48和/或突起部26的外表面26位于相应的环状圆柱形表面上,即，它们形成这些圆柱形表面的段。因此，螺栓元件在突起部的区域具有类似于花键轴的横截面形状。因此，所述凹部24的底部表面48与突起部26的外表面均具有恒定的径向尺寸。从图1C中可以尤其看出所述轴向环形凹部22的横截面形状。因此形成了沿径向延伸的提供防止旋转安全性的肋部43，所述肋部43位于环形凹部22的底部区域内。环形凹部22（有时称为环形槽）具有径向向外布置的倾斜侧面36，该倾斜侧面36通过圆形过渡区38并入类似环的（环形）的金属片接触表面20。环形槽的底部区域40同样形成有平缓的圆形部分42，并通过圆形的表面（未示出，但具有对应于底切部32的半径44的形状）并入到突起的材料部分30之间的轴部16内。可以进一步从图1C看出，所述底切部32轴向地位于环形槽22内。所述形成底切部32的突起的材料部分30具有最大径向尺寸，该最大径向尺寸从功能元件的中心纵向轴线28测量所得，并至少基本上与螺纹17的径向尺寸相对应或可能更大一些，由此可以实现更好的防止旋转的安全性。在其它方面，该环形凹部具有大致为矩形的横截面形状，该横截面形状带有倾斜定位侧面36。然而...