带有螺钉柱的部件和用于连接部件的方法与流程
本发明涉及带有螺钉柱的部件、螺钉连接和用于通过螺钉将一个部件与另一部件连接的方法，其中，所述部件以紧凑注塑方法制造。所述部件尤其可以用于汽车制造中的内饰件。
背景技术：
塑料特别地由于其高强度和低自重而使用在许多工业领域中，例如使用在汽车工业中，特别地用于内部部件，例如仪表板、中控台和门内饰。为1可拆卸的方式连接塑料部件，使用螺钉连接，对于所述螺钉连接特别地提出在可重复螺旋性方面的要求。使用在紧凑注塑件内的螺钉是自攻螺钉，其因此具有在螺纹线上的锋利的边缘，使得所述自攻螺钉在被螺旋到紧凑注塑件内时可以陷入并且在此处攻出螺纹。
此螺钉被称为螺纹自形成螺钉或自攻螺钉，其可归入“木螺钉”的子类中。所述螺钉基本上包括包括头部和螺钉芯，所述螺钉芯被设计为延长的圆锥体或锥体，并且在螺钉尖端上或多或少地收尖。螺钉芯被螺旋形环绕的螺纹线(切割侧沿)包围，所述螺纹线从螺纹基部径向伸出，所述螺纹基部以或多或少尖锐的弯曲过渡到切割螺纹的两个侧沿内。侧沿又被设有从螺纹基部直至侧沿尖端的恒定的斜度，使得在两个侧沿线之间得到恒定的侧沿角。
此外，在汽车工业中在轻量化结构方面的竞争导致塑料的日益广泛使用，其中也日益使用物理泡沫或化学泡沫，即通过空气(氮、co2)代替塑料材料。在物理泡沫的情况中，根据
因为自攻螺钉在与泡沫塑料一起使用时具有在旋入时损坏塑料的缺点，例如由于旋入孔眼的开裂或由于应力裂纹形成所导致的缺点，对于此应用情况开发了特殊的螺钉，见de102014114165、de102015103015或de102016120728。这些螺钉具有钝边缘的螺纹线并且挤压材料而非攻出螺纹。在使用此螺钉的螺钉连接的情况中，在mucell注塑件中不再出现紧凑层的破坏，即对于部件的螺钉柱的外皮的破坏。
但是此新型螺钉不能与典型的紧凑注塑件一起使用，因为在紧凑注塑件的情况中由于材料的紧凑性不可实现材料挤压。紧凑注塑件的螺钉柱尺寸设计得足够厚实以在其内能够攻出所述螺纹。但是，当螺钉不嵌合到已攻出的螺纹内而是偏离所述螺纹时，经典的木螺钉在可重复螺旋性方面(经常数十次重复地将螺钉在相同的螺钉柱内旋入)出现问题。
技术实现要素：
因此，本发明所要解决的技术问题是通过使用构造上尽可能简单的方式克服在将紧凑注塑件螺钉连接时现有技术的所述缺点。
此技术问题通过独立权利要求的主题解决。本发明的有利的扩展在从属权利要求、说明书和附图中给出。
根据本发明的部件具有用于接收螺钉的螺钉柱，其中，螺钉柱典型地从部件突伸出并且与该部件连接为一体件。此螺钉柱具有被壁围绕的中空空间，所述中空空间向着螺钉的引入侧开口。就此而言，本发明的螺钉柱等同于常规的螺钉柱。新颖之处在于螺钉柱具有至少两个强化部，在强化部之间存在壁的局部削弱部。螺钉柱的壁通过此削弱部变得易于屈服并且可以被挤压。
此强化部仅具有机械任务，使得所述强化部能被以最小的材料成本实施为从壁伸出的短的支撑部。强化部的长度小于螺钉柱的外径的两倍，尤其是小于螺钉柱的外径的一倍。此强化部不与大面积的散热结构交替，所述散热结构也可能出现在常规的螺钉柱中，并且其功能仅是有助于注塑之后的冷却并且导致注塑时的短的循环时间。
此外有利的是强化部具有带有向引入侧缩窄的壁的中空柱形部分的形状。在向部件的剩余结构的过渡部中，强化部比螺钉柱开口之后处略宽，并且可以因此在螺钉连接时更好地导出力。
本发明的另外的有利的改进方案在于，壁的20％至80％，特别是壁的30％至70％，具有局部削弱部。以此，在结构对于重复的螺钉连接的足够强度以及同时较小所需的旋入力之间达成良好的平衡。
已表明，壁在局部削弱部的范围内的壁厚与螺钉的直径的关系如下：
对于具有2mm至4mm的直径的螺钉，壁厚为0.4mm至1.0mm，
对于具有>4mm并且≤8mm的直径的螺钉，壁厚为0.6mm至1.5mm，对于具有>8mm并且≤16mm的直径的螺钉，壁厚为0.8mm至2.5mm。
壁因此比常规的螺钉柱明显更薄并且可以因此屈服。以此，用于泡沫注塑件的非自攻螺钉也可用于紧凑注塑件。此螺钉因此在壁的削弱部的区域内挤压螺钉柱，从而保证明显改进可重复螺旋性。削弱部之间的强化部为螺钉柱赋予必需的稳定性，并且保证在螺钉又被旋出时壁的回复力。
根据本发明的有利的改进方案，螺钉柱是旋转对称的。壁的局部削弱部有利地处在壁的外侧上。因此，为螺钉提供了壁的均匀的内侧并且便于旋入。
通过使得螺钉柱在壁内侧呈现带有引入斜面的柱形壁的特征，有利地方便了将螺钉插入到螺钉柱内。以此，在螺钉放稳之前的螺钉的第一次旋转要求的扭矩更低。已表明有利的是螺钉柱在壁的内侧方面成形为锥形，并且以一个斜度向引入侧的开口扩宽，与垂向成0.5°至10°之间的角度，特别是3°至8°之间的角度。在此角度范围内，螺钉可特别容易地旋入，同时随后能够良好地安放。
在强化部的构造方面有利的是设置至少三个强化部，优选地至少四个、六个、八个或十个强化部。这些强化部分别通过壁的削弱部相互分离。均匀的间距是优选的。以此，保证了在被削弱的壁的屈服性和大载荷下的稳定性之间的良好平衡。
在螺钉柱的附加的设计变体中，强化部的至少一个部分不仅通过所述壁相互连接，而且附加地通过螺钉柱的第二壁相互连接。也可以具有环形和/或旋转对称形的特征的此第二外壁被用作附加强化部。有利地，第二壁的壁厚在1.6mm至3mm之间，特别地在1.8mm至2.5mm之间。此壁厚导致在尽可能低的材料使用的情况下的充分的强化。此外有利的是使得第二壁的壁厚大于所述壁的壁厚。与螺钉接触的壁因此可以保持为薄并且易于屈服的壁，其中第二壁负责高的稳定性。
所述强化部的垂直于壁的长度有利地大于壁在带有局部削弱部的区域内的壁厚。壁因此可以足够地屈服，而不碰到位于后方的第二壁。已表明有利的是强化部的平行于壁的宽度为0.7mm至4mm，尤其是1mm至2.5mm。
虽然低气体成分在螺钉柱内也是无害的，但是有利的是部件由非泡沫塑料制成并且通过无气体成分的紧凑注塑制造。
根据本发明的螺钉连接基于所述的根据本发明的带有螺钉柱的部件，并且将此部件与另一部件通过螺钉连接，其中螺钉可通过挤压螺钉柱的材料被旋入。此螺钉因此在螺钉柱内不攻出螺纹，而是挤压壁的材料，通过被削弱的区域便于所述挤压。如前文所解释，此螺钉连接具有明显改进的可重复螺旋性并且满足汽车工业的要求。
有利地，螺钉的螺纹线具有至少部分的、尤其是与螺钉的尖端有间隔的圆整的边缘，并且因此防止将螺钉柱的内侧表面撕开。特别有利的是螺钉的螺纹线带有从边缘尖端测量到螺钉基部的30°至90°的侧沿角度，优选＞60°或70°的侧沿角度。以此得到钝的形状，其中角度在侧沿上可以改变。
钝的螺钉螺纹线以及在侧沿和螺纹基部之间的圆整的过渡决定了无凹口的螺钉轮廓，这导致塑料或泡沫材料的进一步的应力降低。在侧沿和螺纹基部之间的过渡可以有利地分段进行，其中，外部螺纹区域作为第一段具有不尖锐的30°至90°的侧沿角度，优选地＞60°或70°的侧沿角度。在侧沿和螺纹基部之间的过渡中的第二段是切向过渡，其具有145°至170°的角度。第三段包括两个侧沿之间的螺纹基部并且是带有170°至180°的角度的圆形段。
螺钉螺纹线的边缘优选地被圆整，尤其是与螺钉尖端有间隔地被圆整。材料的切割也总是意味着在切割边缘处的材料的削弱。被圆整的边缘防止螺钉切入到材料内。作为替代，螺钉通过挤压和压缩被旋入到材料内。
在螺钉螺纹线的高度与其宽度的比值小于1时，特别地小于2时，产生对于螺钉柱的材料的小心的挤压。
根据本发明的进一步有利的改进方案，螺钉具有用于在底部上刺穿螺钉柱的尖端。在此位置处螺纹线不被圆整，而是形成尖端或具有锋利边缘。在此位置处螺钉螺纹线也可以被设计为切出螺纹的螺纹线，以可以更好地侵入到螺钉柱的底部内。替代地，螺钉与螺钉柱相比也可将尺寸设计为使得螺钉具有钝尖，所述钝尖在旋入时夹紧在螺钉柱的底部上。即通过使得螺钉在尖端安放到螺钉柱的底部上时附加地被压到通过挤压而在螺钉管筒内产生的螺纹线内，提高在终止状态下螺钉在螺钉柱内的夹紧力。
优选地，螺纹线的螺距(螺纹升程)改变。螺纹升程的改变意味着在相邻的螺纹环绕之间的距离不恒定。通过改变螺纹升程，在旋入时将材料压短或拉长。使用螺钉进行的此附加的材料张紧提高了连接的强度。如果螺距向着螺钉尖端增加，则在螺旋过程结束时出现更高的摩擦或更大的扭矩，此时由于螺距更小而面积增加。
在螺钉的螺距大于1.5mm，特别地大于2mm时，可以保证良好的旋入行为。以此在螺纹线之间存在用于螺钉柱材料的足够的空间，以在两个螺纹线之间尽可能不撕开材料。尽管如此，螺钉具有牢固的安放。
此外有利的是螺钉螺纹线的轮廓在其几何形状上改变，特别是螺钉螺纹线的边棱度(kantigkeit)向着螺钉头部增加。通过在螺钉头部附近增加的边棱度，将开始旋出时的扭矩保持为高扭矩。
带有4mm至6mm的外径和12mm至20mm的长度的螺钉被证明对于根据本发明的螺钉连接是有利的。
根据本发明的用于将具有前述的新型螺钉柱的部件与另一部件通过螺钉连接的方法包括如下步骤：
*由热塑性塑料以紧凑注塑方法形成带有螺钉柱的部件，
*提供螺钉，所述螺钉具有多个钝边缘的螺钉螺纹线和至少部分地大于螺钉柱内径的外径，
*将另一部件靠放到螺钉柱上，
*将螺钉通过所述另一部件以非自攻方式旋入到螺钉柱内，其中螺钉通过挤压螺钉柱的材料被旋入。
以此可将带有非自攻螺纹线的螺钉和常规的工具以类似于目前为止的木螺钉的扭矩在不匹配的情况下用于紧凑注塑件，而即使在部件被频繁重复旋拧时也不由于变形出现问题。
附图说明
下文通过参考附图解释根据本发明的有利的实施例。各图为：
图1示出根据现有技术的部件的螺钉柱，
图2示出根据本发明的部件的螺钉柱的第一实施例，
图3示出根据本发明的部件的螺钉柱的第二实施例，
图4示出用于根据本发明的螺钉连接的螺钉，和
图5示出螺钉连接。
附图仅是示意性图示并且仅用于解释本发明。相同的或功能相同的元件在各处被赋予相同的附图标号。
具体实施方式
目前为止，对于带有螺钉柱2的部件1遵循如在图1中的构造规定。螺钉柱2从部件1突伸出并且具有高度h，所述高度h大致等于部件1的厚度s的两倍至五倍。螺钉柱2与部件1成形为一体件。在部件1和螺钉柱2之间的连接位置处，螺钉柱2的外径d大致为旋入辅助部d的外径的两倍，所述旋入辅助部d随后可以接收在攻出螺纹线时由螺钉3切出的材料。螺钉柱2的内径d明显更小。螺钉柱2的壁厚等于大致螺钉柱2的内径d。在螺钉柱2和剩余部件1之间的所述过渡位置处，半径r大致为此位置处剩余部件1的厚度s的四分之一。
此坚实的螺钉柱2适合于所谓的木螺钉，所述木螺钉必须以自攻方式陷入到此螺钉柱2内。通过螺钉柱2的所述的大壁厚，所述螺钉柱2足够稳定并且可以拦截大的旋入力。为便于旋入，螺钉柱2略微成锥形，其中此螺钉柱2的内壁与垂向具有不特别地规定的角度a。这防止旋入所要求的扭矩的明显升高。
但是此螺钉柱2不适合于随后根据图4解释的螺钉3的使用。
根据图2和图3解释根据本发明的部件1，特别是其螺钉柱2。
根据图2的根据本发明的螺钉柱2的第一变体包括壁4，所述壁4围绕中空空间5延伸。螺钉柱2的此壁4相对于内侧4i设计为锥形，并且具有类似于图1显示出向着用于螺钉3的引入侧6的开口10的斜度，但是在此与垂向的角度a被规定为3°至8°。但是在0.5°至10°的范围内的更小或更大的角度a也是可以的。
螺钉柱2是旋转对称的，其中壁4在外侧4a上具有多个局部削弱部8。在图2中，八个局部削弱部8分别通过强化部7隔开。这些强化部7垂直地从壁4伸出并且具有将在下文中解释的长度7l和宽度7d。
当在局部削弱部8的区域内设定壁4的壁厚4s的尺寸时，对于不同的螺钉尺寸如下尺寸设计被证明是合适的：
对于直径d1从2mm至4mm的螺钉3，壁厚4s为0.4mm至1mm；对于直径d1从4mm至8mm的螺钉3，壁厚4s为0.6mm至1.5mm；并且对于直径d1从8mm至16mm的螺钉3，壁厚4s为0.8mm至2.5mm。与随着螺钉的尺寸增加而增大的螺钉的挤压力相比，在局部削弱部8的区域内的壁厚4s明显小于对应于图1的经典的螺钉柱2中的情况。
强化部7的尺寸涉及根据螺钉柱2的尺寸的相应的壁厚4s。强化部7的垂直于壁4的长度7l大于在局部削弱部8的区域内的壁4的壁厚4s。强化部7的平行于壁4的宽度7b为0.7mm至4mm。强化部7的宽度7b在此随着距壁4的距离的增加而缩小。螺钉柱2和部件1如在根据图1的部件1的情况中根据紧凑注塑方法制造，即部件1不包含气体成分或仅包含低到可忽略的气体成分。
根据对应于图2的实施方式，强化部7的数量为八个，但是带有两个、四个、六个、八个或十个强化部的螺钉柱2也是可以的。在此取值范围内也可构思奇数个强化部7。
在根据图3的替代实施方式中仅设有四个强化部7。在此，螺钉柱2的壁4也围绕中空空间5延伸，所述中空空间5向着螺钉3的引入方向6开口并且扩宽。带有长度7l和宽度7b的这四个强化部7将壁4与第二壁11连接。根据图3，此第二壁11完全包围壁4。但也可以考虑，使第二壁11具有若干中断。根据图3，此第二壁11的壁厚11s在此大于连接到中空空间5上的壁4的壁厚4s。第二壁11的第二壁厚11s在1.6mm至3mm之间。第二壁11保证对于壁4的附加的稳定性，以此壁4在局部削弱部8的区域内可以构造为薄的并且易于屈服的壁。在此，也可以将强化部7构造为比根据图3的实施方式中的强化部更短并且更窄。
图4示出根据本发明的螺钉连接的螺钉3。螺钉3的外部形状可以例如是柱形或锥形。螺钉3的典型的外径d1为4mm至6mm，特别有利的是如下尺寸：4mm，4.5mm，5mm，5.5mm或6mm。长度l为12mm至35mm，并且与螺钉柱2的高度h匹配。
螺钉3具有钝的螺纹线31，所述螺纹线31以螺旋形式围绕螺钉3的杆延伸。螺钉3具有圆整的螺纹谷部和钝的螺纹尖端，使得螺钉3的螺纹线不撕开螺钉柱2的壁4，而是保证螺钉柱2的壁4在旋入过程期间由于塑性变形和摩擦而良好地配合，而不被切割。壁4不被切断而只是被挤压，使得在螺钉3旋出之后“螺纹”可以再次复原。避免螺钉柱2的裂纹形成或开裂。这也由于如下情况决定，即螺纹线的侧沿角度w是钝的角度，在此为80°的角度。侧沿角度w因此在大于30°至90°的范围内，特别地为大约60°或70°。
在此，螺纹线的侧沿和螺纹底部之间的过渡是逐段的过渡。螺纹尖端被圆整。螺钉3的螺距33大于相同直径的木螺钉的螺距，在此螺距的距离为2.09mm，所述距离至少应大约1.5mm，特别地应大约2mm。螺距33和螺钉螺纹线的几何形状在此是均匀的。替代地，所述螺距33和螺钉螺纹线的几何形状也可以变化，特别地螺钉螺纹线31的边棱度可以向着螺钉头部31增加。
通过使得螺钉3的螺钉螺纹线31的高度h与其宽度b的比值小于1，即与木螺钉相比使得螺纹线31在相同的高度h的情况下明显更宽，强调了螺钉3的挤压性特征。
在图5中示出在螺钉3旋入之后的部件1的螺钉柱2。另外的部件20被安放到螺钉柱2上并且与部件1连接为螺钉连接。带有引入斜面9的螺钉柱2具有从其开口10至其底部的高度h。开口10在此大于螺钉柱2的(大约在高度h的一半处测量的)内径4i。在此，这通过开口角度a实现，所述开口角度a如前文所解释在3°至8°的范围内。
图4中的螺钉3在此具有长度l，所述长度l以其尖端32侵入到螺钉柱2的底部内。螺钉3为此具有切出螺纹的尖端32。替代的实施方式规定了更短的螺钉3，但是总是略长于螺钉柱2的高度h。在旋入时，此螺钉3夹紧在螺钉柱2的底部上。即，所述螺钉3可以是钝的，并且不需要刺穿底部。尽管如此，在旋入结束时的扭矩由于夹紧而升高。
附图标号列表
1部件
2螺钉柱
3螺钉
4壁
4a壁的外侧
4i壁的内侧
4s壁的壁厚
5中空空间
6引入侧
7强化部
7b强化部的宽度
7l强化部的长度
8削弱部
9引入斜面
10开口
11第二壁
11s第二壁的壁厚
20另一部件
31螺钉螺纹线
32尖端
33螺距
a螺钉柱的角度
d螺钉柱的半外径
d螺钉柱的内径
d1螺钉的直径
w螺钉螺纹线的侧沿角度
b螺钉螺纹线的宽度
h螺钉螺纹线的高度
h螺钉柱的高度
l螺钉的长度
r螺钉柱的连接部的半径
s部件的厚度
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