[发明专利]紧固元件、用于制造紧固元件的方法和用于钻孔的方法

说明书

本发明涉及一种自钻孔的紧固元件，其具有空心体，所述空心体包括可扩展的部段和穿刺端，其中所述穿刺端包括用于钻孔的齿，这些齿围绕所述穿刺端的中心基本上圆形地设立，其中，所述齿具有上部的前侧部段和下部的前侧部段，其中所述上部的和下部的前侧部段至少部分地笔直延伸，其中所述上部的前侧部段关于所述紧固元件的纵轴线的相对角度与在所述下部的前侧部段和所述紧固元件的纵轴线之间的相对角度不同，和/或所述齿偏移，使得(i)所述齿关于距这些齿所围绕的中心的距离具有偏移，和/或(ii)所述齿沿不同的方向延伸。

技术领域

本发明涉及一种自钻孔的紧固元件，一种用于制造紧固元件的方法，和一种用于在纤维增强的复合材料中钻孔的方法。

背景技术

在用于将部件紧固在至少另一部件上的设备的领域中可能期望的是，在两个部件的至少一个中设立孔。所述孔能够利用钻孔设备和钻头来设立，或者如果紧固元件在其端部处具有适宜的穿刺元件，则甚至可以通过在插入期间转动紧固元件本身来设立孔。无论如何，钻孔过程能够影响孔周围区域的完好性。例如，钻孔过程可以引起在孔边处的脆性或负荷集中，当穿过所述孔插入的紧固元件将载荷施加到受损区域(kompromittierterBereich)上时，这将损害部件的功能完好性。该问题尤其是存在于非金属材料如复合材料的情况中。因此，用于设立孔的穿刺元件必须适合于相应的材料。在现有技术中，特别是在涉及复合材料的现有技术中显示出下述趋势：在不改变要设立的孔的周围的材料的完好性的情况下设立孔，例如由于燃烧，熔化或材料的分层(Delaminierung)。此外，现有技术显示出下述趋势：实现在深度方面不均匀的孔直径。此外，现有技术还显示出下述趋势：用于钻孔的钻孔力和/或所施加的钻孔扭矩过高，和/或显示出锯齿的全面的齿部磨损，和/或用于钻孔的时间过长。

在此不应忽略：将紧固元件设计成，通过布置至少两个组件使孔刺透或钻透，并且紧固元件在刺穿或钻穿这些层之后保持在原位，以将这些组件保持在一起。因此，自钻孔的紧固元件被设计成，仅一次刺穿孔或钻出孔。钻孔的部件被设计为一次性使用的。用于刺穿或钻孔的自钻孔的紧固元件的元件或部件的材料被认为是成本合算的，因为紧固元件的用于刺穿孔或钻孔的部件甚至保持在原位，并且不是在钻孔后恢复的部分。因此，用于钻孔的材料通常具有低的硬度。

发明内容

本发明的目的是，提供一种紧固元件，所述紧固元件关于上述优点中的至少一个和/或关于待紧固的部件中的至少一个部件本身的能力进行改进，所述部件尤其是纤维增强的复合材料的。此外，本发明的一个目的是，改进用于在纤维增强的复合材料中钻孔的方法。

本发明的要点是使用穿刺端，所述穿刺端具有齿，这些齿围绕旋转轴线设立，其中所述齿具有关于钻孔的最佳几何形状。本发明认识到，切割材料的齿的几何形状是非常重要的。本发明认识到，结合克服以上所述的缺点和尤其是在纤维增强的复合材料中施加光滑的孔，可以就两个特征来设计齿部的几何形状：(a)切割材料的齿的前侧在至少两个部段中包括不同的设计，这些部段分别具有至少一个基本上笔直的部段，和/或(b)切割材料的齿偏移地定向。

齿的前侧的两种不同的设计所涉及的，被认为是上部的和下部的前侧部段，并且上部的前侧部段关于旋转轴线的纵轴线具有相对角度，该相对角度与在下部的前侧和旋转轴线的纵轴线之间的相对角度不同。当开始钻孔时，使用上部的前侧部段。齿转动，并且由于磨损，上部的前侧部段可能会磨损，而下部的前侧部段可以是在切割厚度的约50％之后所使用的部分，并且尤其是在钻孔结束时离开材料时所使用的部分。尤其当使用玻璃纤维增强的塑料时，优选使所述(上部的)前侧部段的关于纵轴线的角度为负或等于0°，因为正的切割角可能将纤维从材料中撕出，这会造成增加分层。尤其是当钻孔玻璃纤维增强的塑料时，(下部的)前侧部段的关于纵轴线的正的角度是优选的，因为有利于将纤维拉向锯。

齿的偏移所涉及的是，所述齿可以关于距这些齿所围绕的中心的距离具有偏移。所述偏移优选是关于齿的上部部分的偏移。可以使用所述偏移来防止在用作为锯的齿和要穿刺出孔或钻孔的材料之间的摩擦。可以与所述偏移进行匹配，以在整个穿刺或钻孔期间获得至少基本上恒定的孔直径。