用于无预制孔地直接螺接构件的自成孔和自攻丝的螺钉以及以此制造的构件复合结构的制作方法_3

文档序号:8287583阅读:来源:国知局
件上。
[0044] 根据并列权利要求的构件复合机构包括第一构件和第二构件,这些构件通过至少 一个根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉机械接合或彼此连接。
[0045] 这样的构件复合结构例如可以是用于机动车车身的构件复合结构。此外,这样的 构件复合结构可以包括多于两个构件,所述构件通过至少一个根据本发明的自成孔和自攻 丝的螺钉机械地彼此连接或接合。优选涉及混合结构_构件复合结构,在其中由不同构件 材料制成的构件组装而成。
[0046] 优选地规定:所述自成孔和自攻丝的螺钉以其杆通过所引入的且尤其是所切入或 铣削入的通孔穿透(穿插或贯穿)所述第一和上方的构件并且以其构成在杆上的自攻螺纹 部段或利用该螺纹部段的承载的螺纹螺旋力锁合且形锁合地接合到构成在第二和下方的 构件上的旋挤孔中。不仅在第一和上方的构件中所引入的通孔而且与第二和下方的构件的 螺纹接合都直接利用根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉形成,也就是说通过直接螺接, 即无预制孔地形成。所述螺钉与所述下方的第二构件之间的螺纹接合通过形成旋挤孔和随 后的自攻丝借助同一个螺钉形成,如上文所阐述的那样。利用在上方部件中先产生的通孔 在一定程度上开通了用于在下方部件中跟随地形成旋挤孔的路径。此外,同样还可以想到 的是,在所述螺钉和所述上方的第一部件之间也可以提供或形成螺纹接合。
[0047] 所述构件可以是由金属材料(或原料)和/或由非金属材料(或原料)制成的类 板材的半成品、型材、铸件和类似物。优选地规定:两个构件由类板材的半成品形成。同样 优选地规定:所述上方的第一构件由类板材的半成品形成,而所述下方的第二构件涉及型 材、铸件或类似物。
[0048] 优选地规定:所述构件中的至少一个由塑料并且特别优选由纤维增强塑料或纤维 复合材料形成。特别规定:所述上方的第一部件由纤维增强塑料并且尤其由碳纤维增强塑 料形成;而所述下方的第二部件由金属材料形成,尤其如铝制材料或钢材形成。然而,也可 以规定相反的布置结构。不仅上方的而且下方的构件都可以由塑料、特别优选地由纤维增 强塑料或纤维复合材料形成并且尤其是由碳纤维增强塑料形成。不仅上方的而且下方构件 同样地都可以由金属材料形成。
[0049] 特别优选地规定:至少所述上方部件由脆性构件材料构成,该脆性材料在正常条 件下基本上不能发生塑性变形,并且因此不适于传统的(按现有技术的)旋挤孔形成。
[0050] 因此,根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉突出地适合于无预制孔地制造混合结 构连接或者突出地适合于构件或结构部件的直接螺接,所述构件或结构部件由具有尤其是 基本不同的材料特性(例如脆性的和可延展的)的不同材料形成。根据本发明的自成孔和 自攻丝的螺钉尤其是适合于由脆性构件材料(例如纤维增强塑料或纤维复合材料)形成的 并且尤其由碳纤维增强的塑料形成的构件的与由可延展的材料(如例如铝制材料或钢材) 性成的构件的机械连接。
[0051] 特别优选地规定:在构件复合结构中接合的构件至少在借助根据本发明的自成孔 和自攻丝的螺钉所形成的连接或接合位置上附加地彼此粘接或粘接。根据本发明的自成孔 和自攻丝的螺钉的使用或应用正是在此证实为是特别有利的,可以通过直接螺接或无预制 孔地引入所述螺钉,因为不需要与迄今常用的预制孔相结合的特别的预备,例如保持预制 孔区域没有粘接剂,这导致粘接缝或粘接面的断裂并且由此导致稳定性和/或耐久性受到 损害。制造设备或其工具也会由于粘接剂溢出而弄脏。
【附图说明】
[0052] 下面借助示意性的且未按比例的附图示例性地并且以不局限性的方式对本发明 进行更详细阐述。附图中所示的和/或下文所阐述的特征与具体的特征组合无关地可以是 本发明的普通特征。
[0053] 图1以侧视图示出了针对根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的第一实施可能 性;
[0054] 图2以多个剖视图示出了图1中螺钉上的切割边缘的可能的构造形式;
[0055] 图3以剖面图示出了利用图1中的螺钉所制造的构件复合结构;
[0056] 图4以侧视图示出了针对根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的第二实施可能 性;
[0057] 图5以侧视图示出了针对根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的第三实施可能 性;
[0058] 图6以侧视图示出了针对根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的第四实施可能 性,其中只示出了杆的下方或前方的区域;
[0059] 图7以多个带有局部剖面的侧视图示出了针对根据本发明的自成孔和自攻丝的 螺钉的第五实施可能性的不同构造形式,其中,只示出了杆的下方和前方区域;
[0060] 图8示出了针对根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的其它构造形式,其中,只 示出了杆的下方和前方区域;
[0061] 图9示出了根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的杆的横截面形状、尤其是图8 中所示杆的可能的横截面形状。
【具体实施方式】
[0062] 以下所使用的方向和位置说明以非局限性的方式仅涉及附图中所示的示图,这些 示图可能与实际的状况和安装位置有所偏差。根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉的不同 实施可能性和构造可能性的附图中所示的和/或以下所阐述的特征在本发明的范畴内还 可以组合成其它实施可能性。
[0063] 图1示出了第一实施可能性中的根据本发明的自成孔和自攻丝的螺钉100 (下文 称为螺钉)。螺钉1〇〇-件式地且基本上旋转对称地由经改型的金属材料形成。纵轴线以 L表示。螺钉100具有头部或螺钉头部110,该头部上构成有至少一个构成为内六角的形锁 合元件或工具容纳部111,用以放置工具。形锁合元件111也可以设计为其它样式。所示 的头部110设计为圆柱形的平头。头部110同样可以构成为沉头或其它样式。槽或下头槽 112构成在头部110的底面上,所述槽或下头槽可以设计为不同类型并且尤其是还设计为 圆角的(如凹形的)。
[0064] 此外,螺钉100具有成型在头部110上的杆或栓销120。直的杆120沿轴向方向L 从头部110延伸开去,杆120从头部110出发沿轴向方向包括无螺纹的部段121、自攻螺纹 部段122、圆柱形部段123和锥形且近似圆锥形的孔成型部段124,该孔成型部段具有圆角 的(verrunden)螺钉尖端125。因此,孔成型部段124位于杆120的与头部110相背离的轴 向端部上。自攻螺纹部段122的远离头部110的下方或前方的螺旋122'构成为自攻丝的 螺纹线(所谓的开槽部段)。各个部段的功能以下还会更详细阐述。杆120的横截面可以 构成为圆形、椭圆形、多边形、圆角三角形或类似形状(参见图9)。杆120可以沿着其轴向 延伸构成为具有不同的横截面形状。
[0065] 利用这样的自成孔和自攻丝的螺钉100,两个(亦或多于两个)构件可以通过直接 螺接(即无预制孔地)彼此连接或机械接合,如DE39 09 725C1中亦或DE10 2010 050 979A1中所说明的那样。为此,螺钉100利用其孔成型部段124和构成在该孔成型部段上 的圆角螺钉尖端125在拧入位置或连接位置上通过施加轴向压力而压靠到要接合和彼此 定位的构件上并且置于围绕纵轴线L的转动中。由于首先与圆角螺钉尖端125产生的摩擦, 所述构件在连接位置上局部变热,这能实现构件材料的塑化,所述构件材料利用孔成型部 段124沿径向方向并且沿轴向方向在成型出翻孔或旋挤孔的情况下得以塑性变形和开孔。 杆120上的圆柱形部段123用于对已成型的孔进行校准,其中,孔成型部段124与自攻螺纹 部段122之间的这样的圆柱形部段123不是绝对必需的(参见图5)。在构件开孔时所形成 的翻孔随后可以接合自攻螺纹部段122,为此自攻螺纹部段122的下方或前方的螺旋122' 构成为自攻丝的螺纹线,而自攻螺纹部段122的上方或后方的(即朝向头部110的)螺旋 构成为承载的螺纹螺旋。在此,在所述构件之间形成力锁合和形锁合连接。当头部110的 底面与所述构件复合结构的最上方构件相贴靠时,拧入过程结束。施加到螺钉100上的轴 向力、转速和转矩可以在所述拧入过程中发生改变。
[0066] 之前所阐述的直接螺接根据现有技术以构件材料的可塑性变形性为前提。为了能 够无预制孔地利用这样的自成孔和自攻丝的螺钉也可以对其它构件(即由非可塑性变形 的材料或原料形成的构件)进行螺接并且以此方式力锁合地且形锁合地进行接合或连接, 根据本发明的螺钉100在孔成型部段124上构成为具有多个切割边缘126。切割边缘126 能实现将通孔(无翻孔)引入到至少一个所述要螺接的构件中,尤其是引入到上方构件中, 而不妨碍在另一个所述要螺接构件中的、尤其是下方构件中形成旋挤孔。在根据本发明的 自成孔和自攻丝的螺钉的所示实施可能性中,切割边缘126这样构成,即其在沿一个转动 方向转动螺钉100时能实现对通孔的切割并且在沿另一个或相反的方向转动螺钉100时允 许或容许形成旋挤孔连同构成翻边。
[0067] 图1中所示的螺钉100构成有两个螺旋状或螺旋形的切割边缘126,所示切割边 缘对称地设置在孔成型部段124的锥形侧表面或圆锥形侧表面上并且沿周向方向分别在 180°上或以半圆形地围绕孔成型部段124。在所示的示图中仅能看到一个切割边缘126。 所述两个螺旋状切割边缘或切割部126关于自攻螺纹部段122的取向或螺旋方向而具有相 反的取向或螺旋方向。在所示的螺钉100中,自攻螺纹部段122构成为顺时针的。因此,螺 旋状的切割边缘126构成为逆时针的。这符合根据本发明的螺钉的优选构造形式。
[0068] 切割边缘126关于轴120的轴向延伸方向从螺栓头125出发位于自攻螺纹部段 122之前。所示的实施可能性在自攻螺纹部段122与孔成型部段124之间具有圆柱形的部 段123,其中,切割边缘126仅设置在孔成型部段124上并且不伸入到圆柱形的部段123中。 切割边缘126沿另一轴向方向不延伸至螺钉尖端125。也就是说,切割边缘126沿两个轴向 方向都不超出孔成型部段124的侧表面。由此,一方面倒圆的螺钉尖端125的功能能力在 形成旋挤孔方面保持不变,另一方面保证了杆120在切割边缘126上所测量的外直径不超
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