[發明專利]螺栓元件以及將螺栓元件附接到復合材料的部件的方法

有效

• 申請號: 201310020518.7
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103233964A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 形狀連接技術有限公司及兩合公司
• 主分類號: F16B25/04
• 分類號: F16B25/04;F16B37/04
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張華卿;鄭霞

本發明涉及一種用于將螺栓元件附接到由復合材料構成的部件例如纖維增強塑料零件或織物增強塑料零件的方法，其中螺栓元件具有頭部部分和延伸遠離頭部部分的軸部分，其中軸部分在其遠離頭部部分的端部處設有尖狀部并可選地經由圓柱形區域結合到螺紋圓柱體。

復合材料經常用在最多樣化的區域中并且主要由具有嵌入式纖維增強件的塑料構成。纖維增強件可以例如采取帶、織物、氈制品和墊子的形式。例如，使用玻璃纖維和塑料增強的聚酯樹脂例如使用碳素纖維增強的環氧樹脂的汽車車身部件，經常用在電動車構造中，且許多另外的部件例如控制臺和包層同樣地由這樣的復合材料制造。當將碳素纖維用作增強件時，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而經常被使用。

然而，復合材料的領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纖維。此外，最多樣化的塑料也可以用作基質材料。全部這樣的材料在本文中被屬類地描述為復合材料或纖維增強塑料。其也可以通過通用術語“有機金屬片”來描述。該術語在某些圈子中被理解為專用術語。本發明主要使用那些復合材料，該復合材料使用熱塑性材料即熱塑性塑料作為在低于熔點的升高的溫度下軟化或變成糊狀的基質材料。然而，不能排除的是，如果硬質塑料在升高的溫度下即在低于基質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，則硬質塑料也可以用作基質材料。本發明也可以用于具有下述基質材料的復合材料，即該基質材料的確不是熱塑性塑料而是還未達到其最終狀態，更確切地，是以其使用加熱或不使用加熱來軟化的狀態存在，但是經過一段時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的聚合作用或交叉聯結，該狀態可以被轉換成更硬的狀態。

例如，為了將相應的部件固定到其他零件或將其他零件附接到纖維增強塑料部件，經常需要使用具有緊固元件的復合材料的部件。

螺栓元件附接到復合材料的部件使得例如將相應的部件固定到其他零件或將其他零件固定到纖維增強塑料零件成為可能。在另外的部件處的螺母元件可以作為相應的螺栓元件的相對件(counterpiece)使用。

通常需要在復合材料的部件中設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在部件的制造期間融入到塑料部件中，然而這是非常費時且復雜的，并導致另外的費用且有時使得塑料零件的局部增厚成為必需?？椎闹圃熘饕ㄟ^鉆孔過程來實現，由此出現材料剩余物例如鉆屑，且復合材料在鉆孔的區域中被弱化。可想象的是，沖壓該部件以根據需要產生孔，由此出現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。

復合材料由任何需要的增強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材料構成。根據本發明，如在本文中使用的術語“復合材料”因此不但包括具有纖維增強的塑料，而且包括例如具有增強材料的金屬例如鋁的基質材料，該增強材料例如碳素纖維或陶瓷顆粒。

本發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。

該目的通過具有權利要求1的特征的方法得到滿足。

根據本發明的方法提供了，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部開始接觸螺紋圓柱體，且因此尖狀部在該部件中產生孔，并且螺栓元件隨后轉動，使得螺紋圓柱體的螺紋在孔的壁中形成內螺紋，并且接觸表面與部件的所述側部產生接合。

因為螺栓元件的尖狀部被驅動穿過部件，所以產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，本發明特別是利用了下述認識：許多復合材料——可選地在相應的加熱之后——具有充分地柔軟或糊狀的稠度(soft?or?pasty?consistency)。在部件的復合材料涉及增強纖維的情況下，長形纖維在尖狀部按壓到部件期間被推動到一側而不是被分裂開，使得與鉆孔或沖孔過程相比，只產生少的材料弱化。本發明的特定優勢還在于下面的事實：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螺紋均在一定程度上自動地產生，使得可以省去另外的操作步驟。

原則上，可以實現預穿孔也不是不可能的。例如，可以在制造纖維增強部件期間在壓制或鉆孔過程中進行這樣的預穿孔，例如當纖維增強部件相對于另一個部件的預定位或預對中的類型或反之亦然通過預穿孔將被保證時。