自穿孔元件制造技术

本发明专利技术公开了一种自穿孔元件１，其可通过穿孔和卷边被紧固到结构部件５上。另外，本发明专利技术公开了一种用于安装自穿孔元件１的装置和相应的方法。自穿孔元件１包括功能头１０，安装几何结构３０和切割几何结构２０，同时切割几何结构２０具有径向向外设置的、定心的外侧斜面２２，径向向内设置的内侧斜面２４和设置在它们之间的切削刃２６。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种自穿孔元件，其在机动车制造过程中可通过穿孔 和巻边被连接到结构部件上，优选地连接到由塑料组成的结构部件上。 另外，本专利技术涉及一种其中紧固有这种自穿孔元件的结构部件，用于 插入这种自穿孔元件的装置，以及紧固方法，通过这种紧固方法可以 将这种自穿孔元件紧固在结构部件中。
技术介绍
在机动车制造过程中，要附连大面积结构部件，例如作为车身底 板区域和车辆前端区域中的挡泥板。这些结构部件，其还被用在机动 车的其他区域中，由具有或不具有纤维增强的不同塑料组成。这些材料例如为SCT、 GMT、 CFRP、 PP长纤维或类似物。这些结构部件 一方面被镶在机动车的框架结构上。另一方面，它们用作用于进一步 将部件安装在机动车上的连接点。仅举几个例子，这种连接点可以由螺紋元件或钻孔增强元件形成。 这样选择连接点是必要的，因为塑料结构部件仅具有低的强度，而且 在受到机械载荷期间易于松驰。在结构部件被制造出来之后，这些螺 紋元件或钻孔增强元件随后通过各种方法被插入并且可能被敲弯。另一替换方式是预先穿孔的安装几何结构中的紧固元件，其提供 所述连接点。通常，通过打孔操作来形成用于紧固这些连接点的孔和 切除部分。在这一点上，必须可靠地移除所有被沖压的毛坯。 一方面， 这保证例如能够无困难地将螺紋插入件插入连接点中。另一方面，被 沖压的毛坯的移除使得能够使用用于精修塑料部件、例如修整边缘的 工具。对安装几何结构进行钻孔或铣削是另外的替换方式。然而，通 过这些仅能够在有限程度上实现非圆形几何结构。另外，这些方法要求合适的用于移除在处理过程中出现的削屑的能力。通常由多边形的安装几何结构、即元件和塑料结构部件中的具有 多边形截面的安装几何结构来保证连接点和螺紋元件的必要扭转强 度。结构部件的非圓形预穿孔要求相对于结构部件对元件进行旋转定 位。然而，在元件的成形以及将元件附连到结构部件上的过程中，这种扭转检验(torque-proof)定位需要额外的费用。同时，这种额外的 费用相比于更简单的方法与制造过程中增加的故障敏感性有关。例如从DE 37 44 450 C2和JP 2002093489 A中可以了解到自穿孔 元件的使用。这种自穿孔元件省去了形成孔之后的第二工作步骤的额 外费用，从而用于合适地定位待紧固的部件以便在第二工作步骤中插 入圆形或者非圆形的金属插入件。然而，为此目的，必须在自穿孔元 件上提供切割几何机构。因此，该自穿孔元件具有它自己的工具。另外，必须能够可靠地移除打孔产生的废块或削屑，以便保证自穿孔元 件与结构部件之间的可靠连接。在DE 20 2005 015 713 Ul中描述了自穿孔紧固件的另 一种构造。 这些自穿孔紧固件或元件通过打孔和巻边被连接到薄壁塑料部件上。 该自穿孔元件的切削刃在放置塑料部件的过程中穿透或刺穿塑料部 件，并且随后产生变形以便将该元件紧固在塑料部件中。为了保证自 穿孔元件(例如螺紋元件)必要的扭转检验固定，配备有非圆形-通 常为多边形-的安装几何结构。考虑到成本，元件以及相应模具上的 切割几何结构通常提供为圆形，因此，尤其是在批量生产运行中，孔 废块与塑料部件之间的未完全切断的材料连接导致故障敏感度增加。由于塑料、尤其纤维增强塑料具有较低的韧性变形能力，因此不 可能将塑料凸入由穿孔螺母形成的底切(undercut)中。这就排除了 使用已知的将元件放入金属部件中的方法和构造。因此，只能通过打 弯切割几何结构来获得自穿孔元件的牢靠安装，而切割几何结构必须 足够大以便不会超出允许的拧紧在部件上的表面压力。因此，与本领域的现有技术相比，本专利技术的目标是提供一种自穿 孔元件，其能够通过穿孔和巻边可靠并且容易地紧固在结构部件中，该结构部件优选是由塑料制成的。关于这一点，本专利技术的另一目标是 提供用于紧固该自穿孔元件的合适的装置和相应方法。
技术实现思路
通过根据独立权利要求1的自穿孔元件、根据独立权利要求17 的具有该自穿孔元件的结构部件、根据独立权利要求18的用于安装自 穿孔元件的装置以及根据独立权利要求22的用于将自穿孔元件安装 在结构部件中的方法来解决上述目的。本专利技术的有利实施例在从属权利要求、以下描述和附图中给出。可通过穿孔和巻边连接到优选由塑料构成的结构部件上的自穿孔 元件具有以下特征功能头，其设置在元件的一端并且与元件的纵轴 线，同轴；切割几何结构，其被设置成与元件的纵轴线同轴；以及安装 几何结构，其被设置在功能头与切割几何结构之间，同时切割几何结 构包括径向向外设置的定心的外侧斜面，径向向内设置的内侧斜面 以及设在它们之间的切削刃。根据本专利技术的自穿孔元件允许沿轴向和旋转方向插入和锚固元 件。该自穿孔元件优选地插入大面积的塑料结构部件中而不必预先形 成孔，其中所述塑料结构部件由硬质塑料或热塑性塑料材料组成，其 具有或者不具有玻璃或碳纤维的纤维增强，并且可以为单层或多层构 造。关于该自穿孔元件的普遍应用，其具有例如内螺紋、外部的功能 性轮廓或者通孔，以便例如在机动车上提供不同的紧固替换方式或各 种连接点。根据优选实施例，切削刃的宽度为0.15士0.1mm。另外，外侧斜面 可以从切削刃延伸0.1至0.2mm的长度，并且被设置成与自穿孔元件 的纵轴线成10度的角度。为了能够使该自穿孔元件适于在元件和结构 部件之间形成环状接触和/或与结构部件允许的表面压力相配，切割几 何结构的长度是可限定的。关于这点，优选使自穿孔元件的切削刃沿 假想圆柱体的外表面延伸，其中所述圆柱体的纵轴线被设置成与自穿 孔元件的纵轴线垂直，以使得切削刃的一部分沿自穿孔元件的纵轴线方向相对于剩余的切削刃偏移。切割几何结构的这种设计保证由自穿 孔元件产生的自定心、拉伸穿孔或切割处理。在自穿孔元件的另一实施例中，其内侧斜面被设置成与自穿孔元件的纵轴线成￡45°的角度。另外，优选地在30。至40。的角度范围内提 供内侧斜面。在自穿孔元件的另一实施例中，内侧斜面被设置成与自 穿孔元件的纵轴线成^60。的角度，优选在70。至85。的角度范围内。与 已知的替换方式相比，这种自穿孔元件设计的生产更具有成本效益。 此外，这种设计支持将自穿孔元件安装在例如CFRP的硬质材料中， 并且自穿孔元件凸出部分较少，从而不必对凸出部分进行例如巻边处 理。根据另一设计，自穿孔元件包括第二外侧斜面，其被设置成从设 置在外侧的定心的外侧斜面沿径向向外。为了帮助保持自穿孔元件，根据一种替换方式，其安装几何结构些保持结构用作例如纵轴线方向和/或绕自穿孔元件的纵轴线的旋转 方向上的底切，这取决于保持结构的布置。根据自穿孔元件的另一优选实施例，其安装几何结构被分成第一 和第二安装区域，其中第二安装区域可成圆锥形地放大以紧固自穿孔 元件。另外，第一和第二安装区域在尺寸上被调节成与结构部件相适 应，以使得第一安装区域的延伸长度为结构部件在自穿孔元件的连接 位置上的厚度的30%,第二安装区域的延伸长度为该厚度的70%。为了进一步改善自穿孔元件在塑料、优选在可韧性变形的塑料中 的保持，功能头在其面向切割几何结构的一側上包括位于功能头下方 的突起轮廓，该轮廓有助于自穿孔元件在结构部件上限定的接触。可 选地，这可通过位于功能头下方的凹槽得以补充，在自穿孔元件的安 装过程中，材料堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自穿孔元件（１），其可通过穿孔和卷边被连接到结构部件（５）上，所述结构部件（５）优选由塑料制成，并且所述自穿孔元件（１）具有以下特征：　功能头（１０），其被设置在元件（１）的一端上并且与元件（１）的纵轴线（Ｌ）同轴；　切割几何结构（２０），其被设置成与元件（１）的纵轴线（Ｌ）同轴；以及安装几何结构（３０），其被设置在功能头（１０）与切割几何结构（２０）之间；其中　切割几何结构（２０）包括径向向外设置的定心的外侧斜面（２２）、径向向内设置的内侧斜面（２４）和设在它们之间的切削刃（２６）。

【技术特征摘要】
DE 2007-9-19 102007044635.91. 一种自穿孔元件(1)，其可通过穿孔和卷边被连接到结构部件(5)上，所述结构部件(5)优选由塑料制成，并且所述自穿孔元件(1)具有以下特征功能头(10)，其被设置在元件(1)的一端上并且与元件(1)的纵轴线(L)同轴；切割几何结构(20)，其被设置成与元件(1)的纵轴线(L)同轴；以及安装几何结构(30)，其被设置在功能头(10)与切割几何结构(20)之间；其中切割几何结构(20)包括径向向外设置的定心的外侧斜面(22)、径向向内设置的内侧斜面(24)和设在它们之间的切削刃(26)。2. 如权利要求l所述的自穿孔元件(1)，其切割几何结构(20) 被设置成圓形或多边形。3. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1)，其切削刃(26) 的宽度为0.15士0.1mm。4. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1 )，其外侧斜面(22 ) 从切削刃(26)延伸0.1至0.2mm的长度，并且被设置成与自穿孔元 件(1)的纵轴线(L)成10度的角度。5. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1 )，其内侧斜面被设 置成与自穿孔元件(1)的纵轴线(L)成a《45。、优选在30。至40 °之间的第一角度，或者与自穿孔元件(1)的纵轴线(L)成P >60 ° 、优选在70°至85°之间的第二角度。6. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(l)，其具有第二外侧 斜面(23)，所述第二外侧斜面(23)被设置成从设置在外侧的定心的 外侧斜面(22)沿径向向外。7. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1 )，其安装几何结构 (30)在其径向外侧上具有支撑保持结构(36)和/或径向向内偏移的 安装区域(38)。8. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(l)，其切割几何结构 (20 )在长度上适合于在元件(1 )与结构部件(5 )之间形成环状接触， 和/或与结构部分(5)允许的表面压力相适合。9. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1 )，其切削刃(26 ) 沿假想圆柱体(W)的外表面延伸，其中所述圆柱体的纵轴线(LW) 被设置成与自穿孔元件(1)的纵轴线(L)垂直，以使得切削刃的一 部分(26a)沿自穿孔元件(1 )的纵轴线(L)的方向相对于剩余的 切削刃(26b)偏移。10. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1)，其具有支撑边 缘(28),通过该边缘(28)可捕获被切出的废块(3),并且能够防止 废块(3)卡在自穿孔元件(1)中。11. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1)，其安装几何结 构(30)具有第一安装区域(32)和第二安装区域(34)，同时第二安 装区域(34)能够成锥形地扩宽以紧固自穿孔元件(1)。12. 如权利要求ll所述的自穿孔元件(l)，其第一安装区域(32) 柱形或锥形地构造，优选地相对于纵轴线(L)具有5±0.5。的锥角。13. 如权利要求11或12所述的自穿孔元件(1 )，其第一安装区 域(32)的延伸长度为结构部件(5)的厚度的30%，第二安装区域 (34)的延伸长度为该厚度的70%。14. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1)，其切割几何结 构(20)在俯视图中具有圆形、卵形、椭圆形或多边形的形状。15. 如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1 )，其功能头(10) 在面向切割几何结构(20)的一侧上具有位于功能头下方的凸起轮廓...

【专利技术属性】
技术研发人员：M施通普夫，A马克思科尔斯，S巴赫迈尔，C佩卡尔，J西蒙，M朗格尔，
申请(专利权)人：伯尔霍夫连接技术有限公司，孚利模菲尔森有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]