專利名稱：螺栓元件以及將螺栓元件附接到復(fù)合材料的部件的方法
螺栓元件以及將螺栓元件附接到復(fù)合材料的部件的方法本發(fā)明涉及一種用于將螺栓元件附接到由復(fù)合材料構(gòu)成的部件例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件的方法，其中螺栓元件具有頭部部分和延伸遠(yuǎn)離頭部部分的軸部分，其中軸部分在其遠(yuǎn)離頭部部分的端部處設(shè)有尖狀部并可選地經(jīng)由圓柱形區(qū)域結(jié)合到螺紋圓柱體。復(fù)合材料經(jīng)常用在最多樣化的區(qū)域中并且主要由具有嵌入式纖維增強(qiáng)件的塑料構(gòu)成。纖維增強(qiáng)件可以例如采取帶、織物、氈制品和墊子的形式。例如，使用玻璃纖維和塑料增強(qiáng)的聚酯樹脂例如使用碳素纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂的汽車車身部件，經(jīng)常用在電動(dòng)車構(gòu)造中，且許多另外的部件例如控制臺(tái)和包層同樣地由這樣的復(fù)合材料制造。當(dāng)將碳素纖維用作增強(qiáng)件時(shí)，碳素纖維的織物由于其然后可以獲得在部件的全部方向上的增強(qiáng)而經(jīng)常被使用。然而，復(fù)合材料的領(lǐng)域決不被限制于玻璃纖維和碳素纖維，存在可以被考慮的許多其他增強(qiáng)纖維。此外，最多樣化的塑料也可以用作基質(zhì)材料。全部這樣的材料在本文中被屬類地描述為復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)塑料。其也可以通過通用術(shù)語“有機(jī)金屬片”來描述。該術(shù)語在某些圈子中被理解為專用術(shù)語。本發(fā)明主要使用那些復(fù)合材料，該復(fù)合材料使用熱塑性材料即熱塑性塑料作為在低于熔點(diǎn)的升高的溫度下軟化或變成糊狀的基質(zhì)材料。然而，不能排除的是，如果硬質(zhì)塑料在升高的溫度下即在低于基質(zhì)材料被永久損壞的溫度的溫度下是充分地柔軟的、或者變得柔軟或成糊狀，則硬質(zhì)塑料也可以用作基質(zhì)材料。本發(fā)明也可以用于具有下述基質(zhì)材料的復(fù)合材料，即該基質(zhì)材料的確不是熱塑性塑料而是還未達(dá)到其最終狀態(tài)，更確切地，是以其使用加熱或不使用加熱來軟化的狀態(tài)存在，但是經(jīng)過一段時(shí)間或者通過紫外線或濕度 的作用或者在其他方面通過漸進(jìn)的聚合作用或交叉聯(lián)結(jié)，該狀態(tài)可以被轉(zhuǎn)換成更硬的狀態(tài)。例如，為了將相應(yīng)的部件固定到其他零件或?qū)⑵渌慵浇拥嚼w維增強(qiáng)塑料部件，經(jīng)常需要使用具有緊固元件的復(fù)合材料的部件。螺栓元件附接到復(fù)合材料的部件使得例如將相應(yīng)的部件固定到其他零件或?qū)⑵渌慵潭ǖ嚼w維增強(qiáng)塑料零件成為可能。在另外的部件處的螺母元件可以作為相應(yīng)的螺栓元件的相對(duì)件(counterpiece)使用。通常需要在復(fù)合材料的部件中設(shè)置螺栓元件的軸部分可以穿過的孔。螺紋插入件或孔眼可以已經(jīng)在部件的制造期間融入到塑料部件中，然而這是非常費(fèi)時(shí)且復(fù)雜的，并導(dǎo)致另外的費(fèi)用且有時(shí)使得塑料零件的局部增厚成為必需?？椎闹圃熘饕ㄟ^鉆孔過程來實(shí)現(xiàn)，由此出現(xiàn)材料剩余物例如鉆屑，且復(fù)合材料在鉆孔的區(qū)域中被弱化?？上胂蟮氖牵瑳_壓該部件以根據(jù)需要產(chǎn)生孔，由此出現(xiàn)必須被處置掉的呈沖壓毛坯(punching slug)形式的廢料以及該部件的局部弱化。復(fù)合材料由任何需要的增強(qiáng)材料或纖維以及任何需要的塑性地可變形的或可熔化的基質(zhì)材料構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，如在本文中使用的術(shù)語“復(fù)合材料”因此不但包括具有纖維增強(qiáng)的塑料，而且包括例如具有增強(qiáng)材料的金屬例如鋁的基質(zhì)材料，該增強(qiáng)材料例如碳素纖維或陶瓷顆粒。
本發(fā)明的目的是使螺栓元件能夠至少大體上無損耗地附接到復(fù)合材料的部件，而不使該部件明顯地弱化。該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的方法得到滿足。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了，螺栓元件以前部的尖狀部壓緊部件，且尖狀部被按壓穿過部件，直到部件的鄰近于螺栓元件的頭部部分的側(cè)部開始接觸螺紋圓柱體，且因此尖狀部在該部件中產(chǎn)生孔，并且螺栓元件隨后轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺紋圓柱體的螺紋在孔的壁中形成內(nèi)螺紋，并且接觸表面與部件的所述側(cè)部產(chǎn)生接合。因?yàn)槁菟ㄔ募鉅畈勘或?qū)動(dòng)穿過部件，所以產(chǎn)生了用于螺栓元件的軸部分的孔。從而可以避免不利的鉆孔或沖孔過程。因此，通過內(nèi)螺紋的形成，螺栓元件被牢牢地固定在部件中。為使尖狀部易于被按壓到材料中，本發(fā)明特別是利用了下述認(rèn)識(shí):許多復(fù)
合材料-可選地在相應(yīng)的加熱之后-具有充分地柔軟或糊狀的稠度(soft or pasty
consistency)。在部件的復(fù)合材料涉及增強(qiáng)纖維的情況下,長形纖維在尖狀部按壓到部件期間被推動(dòng)到一側(cè)而不是被分裂開，使得與鉆孔或沖孔過程相比，只產(chǎn)生少的材料弱化。本發(fā)明的特定優(yōu)勢還在于下面的事實(shí):在螺栓元件的插入期間，用于使螺栓的軸通過的孔以及用于將螺栓元件保持在部件中的內(nèi)螺紋均在一定程度上自動(dòng)地產(chǎn)生，使得可以省去另外的操作步驟。原則上，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)穿孔也不是不可能的。例如，可以在制造纖維增強(qiáng)部件期間在壓制或鉆孔過程中進(jìn)行這樣的預(yù)穿孔，例如當(dāng)纖維增強(qiáng)部件相對(duì)于另一個(gè)部件的預(yù)定位或預(yù)對(duì)中的類型或反之亦然通過預(yù)穿孔將被保證時(shí)。螺栓元件可以具有徑向地在環(huán)狀接觸表面內(nèi)的軸向環(huán)槽，該軸向環(huán)槽與軸部分同心地布置并可選地配備有提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部。此外，部件可以在其遠(yuǎn)離頭部部分的側(cè)部處具有環(huán)狀凸起 部分。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，螺栓元件被旋轉(zhuǎn)，直到凸起部分開始與軸向環(huán)槽接合并可選地與設(shè)置在此處的提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部接合。軸向環(huán)槽優(yōu)選地從接觸表面的徑向內(nèi)端或者從頭部部分的徑向外邊緣延伸到軸部分。通過將尖狀部按壓穿過部件而產(chǎn)生的凸起部分或者被有意地設(shè)置在部件處的凸起部分可以被接納在環(huán)槽中。為了有助于接納過程，環(huán)槽可以具有圓形的橫截面形狀。特別地，徑向延伸的肋狀物或槽可以被認(rèn)為是提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部，且優(yōu)選圍繞軸部分的周邊均勻地布置。提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部引起螺栓元件的頭部部分固定地抓到部件中，使得阻止了通過螺紋圓柱體與內(nèi)螺紋的接合而形成的螺紋連接的不合意釋放。此外，環(huán)槽的徑向內(nèi)側(cè)可以具有小于螺紋圓柱體的外徑的直徑，其中部件的圍繞所述孔的材料特別是在凸起部分的區(qū)域中的材料被變形為使得其至少大體上填滿環(huán)槽或者進(jìn)入形成在螺紋圓柱體和頭部部分之間的底切部(undercut)中。由于軸部分的頭部側(cè)端區(qū)域經(jīng)部件的材料這樣的接合，抗壓出的阻力可以顯著地增加。尖狀部為了形成孔而穿過部件的運(yùn)動(dòng)可以特別地為平移運(yùn)動(dòng)。例如，尖狀部可以被設(shè)置成僅僅在螺栓元件的縱向軸線的方向上延伸。然而，尖狀部為了形成孔而穿過部件的運(yùn)動(dòng)也可以為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由此產(chǎn)生的摩擦熱可以用于部件在附接區(qū)域中的局部加熱，使得不需要額外加熱功率或僅需要小的額外加熱功率，以使部件局部地達(dá)到一溫度，在該溫度下，基質(zhì)材料具有柔軟或糊狀的稠度?；旧希瑢?duì)于螺栓元件來說，從一開始就被旋轉(zhuǎn)而且被按壓也是可能的，其中尖狀部因此具有運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分量和平移分量并且被按壓穿過部件。該運(yùn)動(dòng)可以被保持，直到接觸表面接觸該部件。此外，使螺栓元件只在其縱向軸線的方向上移位并且省去螺栓元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也是基本上可能的。因?yàn)槿彳浀幕|(zhì)材料通過螺栓元件穿過復(fù)合材料的運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)張、并被向外地布置的材料和/或通過最終使用的沖模母模(die button)的按壓動(dòng)作而被向內(nèi)按壓，所以材料以及優(yōu)選地增強(qiáng)材料的被使用的一部分也可以被按壓到螺栓元件的螺紋中。在材料被冷卻到環(huán)境溫度之后，該材料然后被固化，并形成適應(yīng)螺栓元件的陽螺紋的陰螺紋，恰恰如同在螺栓元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)施方式中產(chǎn)生的陰螺紋。只具有螺栓元件的軸向運(yùn)動(dòng)的該實(shí)施方式特別地易于實(shí)現(xiàn)。尖狀部的運(yùn)動(dòng)或者螺栓元件的運(yùn)動(dòng)可以在壓機(jī)中、通過夾具、通過機(jī)器人、借助于具有動(dòng)力缸的C型框架或諸如手扳壓機(jī)或柱式鉆床(壓鉆機(jī))的工具或者以其他方式發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在 內(nèi)螺紋在部件的孔中形成之后，力被施加到部件的遠(yuǎn)離頭部部分的側(cè)部上，且力被施加到頭部部分上，以將復(fù)合材料的圍繞孔的材料壓入到存在的任何環(huán)槽中并開始與提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部的表面接觸，并且還可選地以在部件的遠(yuǎn)離頭部部分的側(cè)部處確?；虍a(chǎn)生平面的旋接表面(screw-on surface)。以這種方式，通過提供防止旋轉(zhuǎn)能力的任何特征部和部件表面之間的旋轉(zhuǎn)接觸，可以避免不希望的材料移除或不希望的材料變形。此外，部件可以在刺穿區(qū)域中被加熱到復(fù)合材料的基質(zhì)材料不熔化而是軟化或變成糊狀的依賴于基質(zhì)材料的溫度(matrix material dependenttemperature),例如，當(dāng)材料為PA6時(shí)，在260°C的溫度下。以這種方式，有助于當(dāng)螺紋圓柱體旋轉(zhuǎn)時(shí)尖狀部按壓穿過部件以及內(nèi)螺紋在孔的壁中形成。部件可以在借助于尖狀部形成孔的期間保持獨(dú)立或者被支撐在具有用于接納尖狀部的開口的支撐件上。作為替換方案或另外地，螺栓元件也可以在內(nèi)螺紋的形成期間朝著部件的方向被預(yù)加載。作為支撐件，可以使用具有界定開口的開孔(cut-out)的支撐部件。用于孔形成的輔助裝置，特別是具有可以被按壓打開成較大開口的小起始開口的虹狀隔膜(irisdiaphragm)，也可以設(shè)置在支撐件處。被提供用于螺栓元件的附接的復(fù)合材料的部件然后優(yōu)選地將一側(cè)帶到與虹狀隔膜的接觸中，且螺栓元件的尖狀部被從部件的相對(duì)側(cè)按壓穿過部件，其中虹狀隔膜的較小初始開口適應(yīng)于尖狀部的較窄區(qū)域，并隨著尖狀部對(duì)部件的漸增穿透而轉(zhuǎn)變成較大開口，由此在孔形成期間，該部件至少盡可能充分地在整個(gè)區(qū)域上被支撐件支撐。因此，復(fù)合材料的部件借助于尖狀部而設(shè)有孔，該尖狀部被按壓穿過部件，同時(shí)部件在下側(cè)處且實(shí)際上處在總是緊鄰于尖狀部的刺穿區(qū)域中被支撐，使得盡可能少的復(fù)合材料可以在尖狀部的側(cè)壁和孔的周邊之間逸出，這是因?yàn)楹鐮罡裟さ拈_口總是適合于尖狀部在加寬孔的區(qū)域中的相應(yīng)的直徑或者相應(yīng)的橫截面形狀。該類型的虹狀隔膜在本申請(qǐng)人的代理文件編號(hào)P10447PDE的德國專利申請(qǐng)中被描述，該德國專利申請(qǐng)的內(nèi)容據(jù)此作為本申請(qǐng)的部分。螺栓元件還可以具有鄰近于頭部部分環(huán)繞軸部分的圓柱形鉚接段，其中環(huán)槽在徑向內(nèi)側(cè)處不是具有小于螺紋圓柱體的外徑的直徑，而是在該徑向內(nèi)側(cè)處具有邊界，該邊界與具有與鉚接段的外徑相同的直徑的圓柱形段對(duì)齊，并且該圓柱形段位于頭部部分和鉚接段之間，其中在借助于尖狀部形成孔的期間，部件被支撐在具有用于接納尖狀部的開口的支撐件上，支撐件優(yōu)選地具有環(huán)繞開口的凸起部分，該凸起部分在鄰接在鉚接段處時(shí)徑向地向外按壓鉚接段的一部分。以這種方式，可以形成鉚接珠(rivet bead),其接合在部件的材料后面并因此增加了抗壓出的阻力。用于該目的的凸起部分可以具有圓錐形橫截面的形狀。本發(fā)明還涉及一種螺栓元件，其特別地用于在如上所述的方法中使用并特別地用于附接到復(fù)合材料的部件例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，其中螺栓元件具有頭部部分和軸部分，頭部部分具有接觸表面，軸部分遠(yuǎn)離頭部部分指向，其中軸部分在其遠(yuǎn)離頭部部分的端部處設(shè)有尖狀部，該尖狀部可選地經(jīng)由圓柱形區(qū)域結(jié)合到螺紋圓柱體。圓柱形區(qū)域可以具有近似地相應(yīng)于該部件的厚度或者比該部件的厚度長或短的軸向長度。該圓柱形軸向平行區(qū)域的目的是校準(zhǔn)部件的孔，使得螺栓元件被良好地引導(dǎo)并在部件的孔的邊緣中形成光潔螺紋。根據(jù)本發(fā)明，螺栓元件具有徑向地在環(huán)狀接觸表面內(nèi)的軸向環(huán)槽，其中該環(huán)槽與軸部分同心地布置且可選地配備有提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部，其中環(huán)槽的徑向內(nèi)側(cè)具有小于螺紋圓柱體的外徑的直徑，并且螺紋圓柱體具有優(yōu)選地在接觸表面的水平處鄰近于頭部部分終止的螺紋終止部(thread run-out)。提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部可以形成為肋狀物或槽，該肋狀物或槽沿著徑向方向在環(huán)槽的基底處形成并 可選地在徑向方向上在環(huán)狀接觸表面上進(jìn)一步延伸。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可選地由提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部分成弧形段的環(huán)形接觸表面位于垂直于螺栓元件的中心縱向軸線的平面中或者至少大體上在圓錐形表面上，該圓錐形表面的概念性尖狀部位于頭部部分的遠(yuǎn)離軸部分的側(cè)部上。螺栓元件還可以具有鄰近于頭部部分環(huán)繞軸部分的圓柱形鉚接段，并且在徑向內(nèi)側(cè)處不是具有小于螺紋圓柱體的外徑的直徑，而是在其徑向內(nèi)側(cè)處具有邊界，該邊界與鉚接段的外徑對(duì)齊，或與具有與鉚接段的外徑相同的直徑的圓柱形段對(duì)齊，且該圓柱形段在頭部部分和鉚接段之間存在，其中螺紋圓柱體具有優(yōu)選地在鉚接段的自由端的水平處鄰近于鉚接段終止的螺紋終止部。本發(fā)明的進(jìn)一步的展開在從屬權(quán)利要求、說明書并且還在附圖中闡明?，F(xiàn)在以實(shí)施例的方式將參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的螺栓元件的透視圖。圖1B示出了圖1A的螺栓元件的部分截面?zhèn)纫晥D。圖1C示出了從下面查看的圖1A的螺栓元件的視圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的螺栓元件的透視圖。圖2B示出了根據(jù)圖2A的螺栓元件的部分截面?zhèn)纫晥D。圖2C示出了從下面查看的根據(jù)圖2A的螺栓元件的視圖。圖3A-D示出了在根據(jù)圖1A的螺栓元件附接到復(fù)合材料的部件期間的各種操作步驟。圖4A-D示出了在根據(jù)圖2A的螺栓元件附接到復(fù)合材料的部件期間的各種操作步驟。參考數(shù)字列表
100、100'螺栓元件102、102'接觸表面104頭部部分106軸部分110尖狀部112圓柱形區(qū)域114螺紋圓柱體116、116'環(huán)槽118、IlV提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部120圓錐形表面122鉚接段124 邊界

126螺紋終止部130復(fù)合材料的部件132上凸起部分133下凸起部分134底切部136支撐件138支撐表面140 開口142旋接表面144凸起部分146底切部150鉚接珠152分型位置L縱向軸線圖1A-C中示出的螺栓元件100具有頭部部分104和軸部分106，頭部部分104具有環(huán)形接觸表面102，軸部分106延伸遠(yuǎn)離頭部部分104。軸部分106在其遠(yuǎn)離頭部部分104的端部處設(shè)有尖狀部110，尖狀部110經(jīng)由圓柱形區(qū)域112結(jié)合到螺紋圓柱體114。該尖狀部匯聚到一點(diǎn)。軸向環(huán)槽116關(guān)于螺栓元件100的中心縱向軸線L徑向地定位在接觸表面102的內(nèi)側(cè)。該環(huán)槽116與軸部分106同心地布置，并且具有以沿著徑向方向在環(huán)槽116的基底處形成的肋狀物的形式的提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部118。環(huán)槽116的徑向內(nèi)側(cè)具有小于螺紋圓柱體114的外徑的直徑。此外，螺紋圓柱體114具有在接觸表面102的水平處鄰近于頭部部分104終止的螺紋終止部120。環(huán)狀接觸表面102至少大體上位于圓錐形表面120上，該圓錐形表面120的概念性頂點(diǎn)位于頭部部分104的遠(yuǎn)離軸部分106的側(cè)部處。圖2A-C中示出了根據(jù)本發(fā)明的可選擇的實(shí)施方式的螺栓元件100'，其中相同或等價(jià)的部件設(shè)有與根據(jù)圖1A-C的螺栓元件中相同的參考數(shù)字。區(qū)別于根據(jù)圖1A-C的螺栓元件100，圖2A-C中示出的螺栓元件100'具有鄰近于頭部部分104環(huán)繞軸部分106的圓柱形鉚接段122，其中與圖1A-C的實(shí)施方式相比，環(huán)槽116'在徑向內(nèi)側(cè)處不具有小于螺紋圓柱體114的外徑的直徑，而是在該徑向內(nèi)側(cè)處具有邊界124，該邊界124與鉚接段122的外徑對(duì)齊，或與具有與鉚接段122的外徑相同的直徑且在頭部部分104和鉚接段122之間存在的圓柱形段對(duì)齊。此外，螺紋圓柱體114具有在鉚接段122的自由端的水平處鄰近于該鉚接段122終止的螺紋終止部126。在根據(jù)圖2A-C的螺栓元件100'中，設(shè)置了槽而不是肋狀物來作為提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部118'，且槽在徑向方向上貫穿環(huán)形接觸表面102'延伸并從而延伸直到頭部部分104的邊緣。因此，接觸表面102'被提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部118'分離成弧形段。此外，接觸表面102'不形成圓錐，而是至少大體上在垂直于螺栓元件100'的中心縱向軸線L的平面中延伸。 將參考圖3A-D描述用于把圖1A-C中示出的第一實(shí)施方式的螺栓元件100附接到復(fù)合材料的部件的方法。根據(jù)圖3A，復(fù)合材料的部件130例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件屬于板狀設(shè)計(jì)，然而，也可以被預(yù)成形且具有三維形狀并被提供用于螺栓元件100的附接。螺栓元件一般附接到部件的平面區(qū)域，然而，該區(qū)域也可以具有輕微曲度或者被直接鄰近于唇狀部或折疊部定位。如可以從圖3B看到的，螺栓元件100以前部的尖狀部110壓緊部件130，且尖狀部110被按壓穿過部件130，直到部件130的鄰近于螺栓元件100的頭部部分104的側(cè)部開始與螺紋圓柱體114的接觸。尖狀部110從而在部件130中產(chǎn)生孔。此后，螺栓元件100被旋轉(zhuǎn)，使得螺紋和螺紋圓柱體在孔的壁中形成內(nèi)螺紋(圖3C)。在此期間，螺栓元件100也可以繼續(xù)用輕微力沿著部件130的方向被按壓，然而，這在螺栓元件由于旋轉(zhuǎn)而將其自身拉到孔中時(shí)不是必要的。螺栓元件100的旋轉(zhuǎn)和可選地按壓繼續(xù)進(jìn)行，直到接觸表面102與部件130的上側(cè)產(chǎn)生接觸，如圖3D所示。通過孔形成以及與此相關(guān)的材料移位，按照?qǐng)D3C，在部件130的頂側(cè)處和下側(cè)處產(chǎn)生了凸起部分132、133。如可以從圖3D看到的，螺栓元件100旋轉(zhuǎn)，直到上凸起部分132已經(jīng)開始與環(huán)槽116和提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部118(圖1A)接合。因?yàn)榄h(huán)槽116的徑向內(nèi)側(cè)具有小于螺紋圓柱體114的外徑的直徑，所以部件130的材料在上凸起部分132的區(qū)域中變形，使得其建立了環(huán)槽116并由此進(jìn)入在螺紋圓柱體114和頭部部分104之間形成的底切部中。在內(nèi)螺紋在部件130的孔中形成之后，力可以有利地被施加在部件130的遠(yuǎn)離螺栓元件的頭部部分104的側(cè)部處，且該力可以被施加在頭部部分104上，以將復(fù)合材料的圍繞孔的材料按壓到環(huán)槽116中并按壓成與提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部118(圖1A)的表面接觸。該力可以被施加在部件130上，因?yàn)椴考?30被支撐在支撐件136 (圖3C)上，在支撐件136中，支撐表面138具有被設(shè)置以接納尖狀部110還有軸部分106的開口 140。該支撐件可以是根據(jù)代理文件編號(hào)為P10447PDE的上述德國專利申請(qǐng)即德國專利申請(qǐng)102012001067.2的形成虹狀隔膜的沖模母模。平坦的支撐表面138也用來在部件130的遠(yuǎn)離頭部部分104的側(cè)部處產(chǎn)生平坦的旋接表面142(圖3D)。螺栓元件一通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)擰到部件中，該軸向力便優(yōu)選地被施加，使得部件的材料剛好開始接觸提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部或非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀特征部。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)然后也優(yōu)選地停止，因?yàn)檫M(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將在提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部處或者在被稱為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀特征部處引起不希望的刮擦動(dòng)作，該刮擦動(dòng)作將引起對(duì)部件尤其是對(duì)纖維增強(qiáng)件的損害。然而，應(yīng)注意，至少對(duì)于某些基質(zhì)材料，例如熱塑性基質(zhì)材料或者可以在其已經(jīng)達(dá)到最終固化狀態(tài)之前經(jīng)受塑性流動(dòng)的材料，螺栓元件的旋轉(zhuǎn)可以繼續(xù)，直到基質(zhì)材料已經(jīng)完全地填充環(huán)槽并接合提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部且在其下側(cè)處被壓平。因此，一旦提供防止旋轉(zhuǎn)能力的形狀特征部已經(jīng)接合或達(dá)到基質(zhì)材料，終止旋轉(zhuǎn)就不是必需的。為了幫助孔和內(nèi)螺紋的形成，部件130可以在刺穿區(qū)域中被加熱到復(fù)合材料的基質(zhì)材料不熔化而是軟化或變成糊狀的依賴于基質(zhì)材料的溫度。例如，當(dāng)該材料為PA6 (聚酰胺6)時(shí)，可以考慮加熱到260°C。根據(jù)第二實(shí)施方式的螺栓元件10(V (圖2A-C)被如圖4A-D所示地施加到復(fù)合材料的部件130。原則上，這以與上參考圖3A-D所描述相同的方式進(jìn)行。在借助于尖狀部110形成孔的期間，部件130再次被支撐在具有開口 140的支撐件136'上。然而，在這里支撐件136'具有環(huán)繞開口 140的凸起部分144。當(dāng)鉚接段122緊靠部件130的上凸起部分132時(shí)，鉚接段122的一部分被徑向向外按壓，使得形成鉚接珠150，鉚接珠150可以在圖4D中看到并且增加了對(duì)壓出的阻力。鉚接段122中的呈狹窄環(huán)槽形式的分型位置(parting location) 152可以幫助鉚接珠150的形成。優(yōu)選地,分型位置152被布置成使得其在引入螺栓元件100'時(shí)接觸凸起部分144。本發(fā)明既可以與被實(shí)現(xiàn) 為壓入元件的螺栓元件一起使用，又可以與為鉚接螺栓元件的螺栓一起使用。
權(quán)利要求
1.一種用于將螺栓元件(100、10(V )附接到復(fù)合材料的部件(130)的方法，所述復(fù)合材料的部件(130)例如為纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，其中所述螺栓元件(100、100')具有頭部部分(104)和軸部分(106)，所述頭部部分(104)具有接觸表面(102、102')，所述軸部分(106)延伸遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)，所述軸部分(106)具有設(shè)置在其遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)的端部處的尖狀部(110)，所述尖狀部可選地經(jīng)由圓柱形區(qū)域(112)結(jié)合到螺紋圓柱體(114)， 其特征在于， 使所述螺栓元件(100、100')以前部的所述尖狀部(110)壓緊所述部件(130)，且將所述尖狀部(110)按壓穿過所述部件(130)，直到所述部件(130)的鄰近于所述螺栓元件(IOOUOOi )的所述頭部部分(104)的側(cè)部開始接觸所述螺紋圓柱體(114)，且因此所述尖狀部(110)在所述部件(130)中產(chǎn)生孔；并且使所述螺栓元件(100、100')隨后轉(zhuǎn)動(dòng)，使得所述螺紋圓柱體(114)的螺紋在所述孔的壁中形成內(nèi)螺紋；并且使所述接觸表面(102、102')與所述部件(130)的所述側(cè)部產(chǎn)生接合。
2.一種用于將螺栓元件(100、10(V )附接到復(fù)合材料的部件(130)的方法，所述復(fù)合材料的部件(130)例如為纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，其中所述螺栓元件(100,100 ;)具有頭部部分(104)和軸部分(106)，所述頭部部分(104)具有接觸表面(102、102')，所述軸部分(106)延伸遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)，所述軸部分(106)具有設(shè)置在其遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)的端部處的尖狀部(110)，所述尖狀部可選地經(jīng)由圓柱形區(qū)域(112)結(jié)合到螺紋圓柱體(114)， 其特征在于， 使所述螺栓元件(100、100')以前部的所述尖狀部(110)壓緊所述部件(130)，且將所述尖狀部(110)按壓穿過所述部件(130)，直到所述部件(130)的面對(duì)所述螺栓元件(100、100')的所 述頭部部分(104)的側(cè)部開始接觸所述接觸表面，且因此所述尖狀部(110)在所述部件(130)中產(chǎn)生孔；并且使所述部件的直接圍繞所述螺栓元件的所述螺紋圓柱體(114)定位的材料經(jīng)通過形成所述孔而在所述部件的進(jìn)一步向外伸展的材料中所引起的壓縮應(yīng)力和/或經(jīng)可能使用的沖模母模的按壓動(dòng)作向內(nèi)按壓到所述螺紋圓柱體(114)的螺紋中，以在所述孔的壁中形成內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋被定位成與所述螺紋圓柱體(114)的螺紋接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述螺栓元件(100、100')具有徑向地在環(huán)狀接觸表面(102、102')內(nèi)的軸向環(huán)槽(116)，所述軸向環(huán)槽(116)與所述軸部分(106)同心地布置并可選地配備有提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部(118、118');所述部件(130)在面對(duì)所述頭部部分(104)的側(cè)部處具有環(huán)狀凸起部分(132);并且所述螺栓元件(100、100')被旋轉(zhuǎn)或移位，直到所述凸起部分(132)開始與所述軸向環(huán)槽(116)并可選地與設(shè)置在所述軸向環(huán)槽(116)處的所述提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部(118、118')接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述環(huán)槽(116)的徑向內(nèi)側(cè)具有小于所述螺紋圓柱體(114)的外徑的直徑，且所述部件的圍繞所述孔的材料，特別是在所述凸起部分(132)的區(qū)域中的材料被變形為使得該材料至少大體上填滿所述環(huán)槽(116)或者進(jìn)入形成在所述螺紋圓柱體(114)和所述頭部部分(104)之間的底切部(134)中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述尖狀部(110)為了形成所述孔而穿過所述部件(130)的運(yùn)動(dòng)為平移運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述尖狀部(110)為了形成所述孔而穿過所述部件(130)的運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)在所述部件(130)的所述孔中形成所述內(nèi)螺紋之后，力被施加在所述部件(130)的遠(yuǎn)離所述螺栓元件(100、100')的所述頭部部分(104)的側(cè)部上，且所述力被施加在所述頭部部分(104)上，以將所述復(fù)合材料的圍繞所述孔的材料帶到在所述頭部部分(104)處形成的任何環(huán)槽(116)中并開始與所述提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部(118、118')的表面接觸，并且還可選地以在所述部件(130)的遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)的側(cè)部處確保或產(chǎn)生平面的旋接表面(142)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述部件(130)至少在刺穿區(qū)域中被加熱到依賴于基質(zhì)材料的溫度，在該依賴于基質(zhì)材料的溫度下，所述復(fù)合材料的基質(zhì)材料不熔化而是軟化或變成糊狀，例如，當(dāng)所述材料為PA6時(shí)被加熱到260°C的溫度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述部件(130)在借助于尖狀部(110)形成所述孔的期間保持獨(dú)立或者被支撐在支撐件(136)上，所述支撐件(136)具有開口(140)以接納所述尖狀部(110)，和/或所述螺栓元件(100、100')在所述內(nèi)螺紋的形成期間被朝著所述部件(130)推動(dòng)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述螺栓元件(100')具有鄰近于所述頭部部分(104)環(huán)繞所述軸部分(106)的圓柱形鉚接段(122)，其中所述環(huán)槽(116')在所述徑向內(nèi)側(cè)處具有不小于所述螺紋圓柱體(114)的外徑的直徑，而是在該徑向內(nèi)側(cè)處具有邊界(124)，所述邊界(124)與所述鉚接段(122)的外徑對(duì)齊，或與具有與所述鉚接段(122)的外徑相同的直徑且在所述頭部部分(104)和所述鉚接段(122)之間存在的圓柱形段對(duì)齊，其中所·述部件被支撐在支撐件上，所述支撐件具有開口(140)以在借助于所述尖狀部(110)形成所述孔的期間接納所述尖狀部(110)，所述支撐件(136')具有凸起部分(144)，所述凸起部分(144)優(yōu)選地環(huán)繞所述開口(140)并且在被抵著所述鉚接段(122)按壓時(shí)徑向地向外按壓所述鉚接段(122)的一部分。
11.一種螺栓元件(100、100')，其特別地用在根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法中，并特別地用于附接到復(fù)合材料的部件(130)例如纖維增強(qiáng)塑料零件或織物增強(qiáng)塑料零件，其中所述螺栓元件(100、100')具有頭部部分(104)和軸部分(106)，所述頭部部分(104)具有接觸表面(102、102')，所述軸部分(106)遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)突出，其中所述軸部分在其遠(yuǎn)離所述頭部部分(104)的端部處設(shè)有尖狀部(110)，所述尖狀部可選地經(jīng)由圓柱形區(qū)域結(jié)合到螺紋圓柱體(114)， 其特征在于， 所述螺栓元件(100、100')具有徑向地在所述環(huán)形接觸表面(102、102')內(nèi)側(cè)的軸向環(huán)槽(116)，所述環(huán)槽與所述軸部分(106)同心地布置且可選地設(shè)有提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部(118、118')，其中所述環(huán)槽(116)的徑向內(nèi)側(cè)具有小于所述螺紋圓柱體(114)的外徑的直徑；并且所述螺紋圓柱體(114)具有優(yōu)選地在所述接觸表面(102、102')的水平處鄰近于所述頭部部分(104)終止的螺紋終止部(126)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的螺栓元件(100、100')，其特征在于，所述提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部(118、118')由肋狀物或槽形成，其中所述肋狀物或槽沿著徑向方向在所述環(huán)槽(116)的基底處形成并可選地沿著徑向方向在所述環(huán)形接觸表面(102、102')上進(jìn)一步延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求中11或12中一項(xiàng)所述的螺栓元件(100、100')，其特征在于，可選地被所述提供防止旋轉(zhuǎn)能力的特征部(118、118')分成弧形段的所述環(huán)形接觸表面(102、102')在垂直于所述螺栓元件(100、100')的中心縱向軸線(L)的平面中延伸或者位于大體圓錐形表面(120)上，所述大體圓錐形表面(120)的概念性頂點(diǎn)位于所述頭部部分(104)的遠(yuǎn)離所述軸部分(106)的側(cè)部上。
14.根據(jù)權(quán)利要求中11到13中任一項(xiàng)所述的螺栓元件(100)，其特征在于，所述螺栓元件具有鄰近于所述頭部部分(104)環(huán)繞所述軸部分(106)的圓柱形鉚接段(122)，其中與根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)計(jì)相比，所述環(huán)槽(116')在所述徑向內(nèi)側(cè)處具有不小于所述螺紋圓柱體(114)的外徑的直徑，而是在該徑向內(nèi)側(cè)處具有邊界(124)，所述邊界(124)與所述鉚接段(122)的外徑對(duì)齊，或與具有與所述鉚接段(122)的外徑相同的直徑且在所述頭部部分 (104)和所述鉚接段(122)之間存在的圓柱形段對(duì)齊；并且所述螺紋圓柱體(114)具有優(yōu)選地在所述鉚接段(122)的自由端的水平處鄰近于所述鉚接段終止的螺紋終止部(126)。
全文摘要
本發(fā)明涉及螺栓元件以及將螺栓元件附接到復(fù)合材料的部件的方法。描述了一種用于將螺栓元件附接到部件的方法。螺栓元件具有頭部部分和軸部分，頭部部分具有接觸表面，軸部分延伸遠(yuǎn)離頭部部分，軸部分具有設(shè)置在其遠(yuǎn)離頭部部分的端部處的尖狀部，尖狀部可選地經(jīng)由圓柱形區(qū)域結(jié)合到螺紋圓柱體。螺栓元件以前部的尖狀部壓緊部件，且尖狀部被按壓穿過該部件，直到部件的鄰近于螺栓元件的頭部部分的側(cè)部開始接觸螺紋圓柱體，且因此尖狀部在部件中產(chǎn)生孔。螺栓元件隨后轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺紋圓柱體的螺紋在孔的壁中形成內(nèi)螺紋。螺栓元件也是被要求保護(hù)的。
文檔編號(hào)F16B25/04GK103233964SQ201310020518
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者奧利弗·迪爾, 理查德·漢弗伯特, 安德烈亞斯·倫巴赫, 克里斯蒂安·索瓦 申請(qǐng)人:形狀連接技術(shù)有限公司及兩合公司