[发明专利]自穿孔元件

说明书

技术领域

本发明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卷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，本发明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。

背景技术

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纹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，这些螺纹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冲压的毛坯。一方面，这保证例如能够无困难地将螺纹插入件插入连接点中。另一方面，被冲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纹元件的必要扭转强度。结构部件的非圆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 U1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卷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(例如螺纹元件)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，本发明的目标是提供一种自穿孔元件，其能够通过穿孔和卷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，本发明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。

发明内容

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。本发明的有利实施例在从属权利要求、以下描述和附图中给出。

可通过穿孔和卷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。