CN101392782A - 自穿孔元件 - Google Patents

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A·马克思科尔斯
S·巴赫迈尔
C·佩卡尔
J·西蒙
M·朗格尔
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Fu Lee Die Filson Co Ltd
Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
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Abstract

本发明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。

Description

自穿孔元件
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。
根据本发明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，其具有例如内螺纹、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±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卷边处理。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，其安装几何结构在其径向外侧上包括支持保持结构和/或径向向内偏移的安装区域。这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侧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，材料堆积可被接收在该凹槽内，以便帮助将功能头安装在结构部件上。
根据本发明的用于将自穿孔元件安放在结构部件中的装置具有以下特征：设置成彼此相对并且可沿着连接方向与其纵轴线平行地移动的打孔工具和弯头工具，由至少两个活动部分构成的模具，其限定用于带有自穿孔元件的打孔工具的开口，同时模具部分的位置可被调节以便能够根据结构部件的材料和/或安装过程的条件改变位于开口内侧与自穿孔元件外侧之间的间隙的宽度，以便最佳地紧固该自穿孔元件。
在该装置的进一步实施例中，弯头工具包括与自穿孔元件的切割几何结构相配的弯头轮廓，通过该轮廓可使切割几何结构沿径向向外变形。另外，优选地在该装置的模具的朝向打孔工具的一侧、靠近开口的位置上对模具配备有沿径向延伸并且突出的轮廓，通过该轮廓能够在结构部件上形成凹陷。
根据本发明的利用上述装置将自穿孔元件安装/安放在结构部件中的方法具有以下步骤：将具有切割几何结构的自穿孔元件定位在打孔工具上，将结构部件定位在模具上并且通过将打孔工具推入结构部件和使模具部分从侧向移动离开自穿孔元件来切割中心的废块离开结构部件，然后通过将弯头工具推入结构部件来使自穿孔元件的切割几何结构变形。
对于安装/安放方法的另一设计，优选地将模具部分定位成可根据结构部件的材料和/或安装/安放过程的条件改变位于开口内侧与自穿孔元件外侧之间的间隙的宽度，以便最佳地紧固自穿孔元件。
另外，优选地至少在自穿孔元件的安装位置区域上加热由塑料制成的结构部件，或者优选地在完全冷却之前将结构部件送入所述装置，以便有利于自穿孔元件的安装/安放。
附图说明
参见附图更详细地解释本发明。
图1A-C示出了自穿孔元件的不同实施例；
图2A-C和3示出了紧固在结构部件中的自穿孔元件的不同实施例；
图4示出了自穿孔元件的另一实施例；
图5示出了紧固在结构部件中的来自图4的自穿孔元件；
图6示出了自穿孔元件的另一实施例；
图7示出了紧固在结构部件中的来自图6的自穿孔元件；
图8示出了自穿孔元件的实施例的特定特征的图示；
图9示出了来自图8的自穿孔元件的剖视图；
图10示出了来自图9的自穿孔元件的剖视放大图；
图11示出了在安装到结构部件的过程中的自穿孔元件的实施例的详细视图；
图12-15在安装方法的不同状态下示出了用于安装自穿孔元件的装置的优选实施例；
图16示出了自穿孔元件的安装方法的示意图；
图17示出了模具部分的实施例的剖视图；
图18示出了关于自穿孔元件的安装方法的实施例的流程图；
图19示出了自穿孔元件的另一实施例的剖视图；
图20示出了图19中用X标记的区域的细节放大图；
图21、22示出了自穿孔元件的另一实施例的剖视图；以及
图23示出了处于已安装状态的来自图22的自穿孔元件。
具体实施方式
图1A-C示出了自穿孔元件1的不同实施例。相对于其纵轴线L，自穿孔元件1在与其纵轴线L同轴的一端上包括功能头10。功能头10根据要在结构部件5上实现的功能而不同地形成。根据一种替换方式，功能头10由根据图1A的球形头组成。这起到例如卡扣连接中的附接的作用。根据另一替换方式，功能头10形成支撑凸缘，如图1C所示那样。图1C中的自穿孔元件用作孔增强件，以便例如借助螺钉将结构部件5紧固到框架结构上。根据图1B示出的构造，功能头10被支撑在结构部件5上。图1C示出了另一替换方式，其中功能头10包括螺纹元件。从图2C和3中可以看到，功能头10也可以形成为埋头孔结构。在将自穿孔元件1紧固到结构部件5上的过程中，功能头10被埋入结构部件5的表面以使得端部与该表面平齐。
此外，自穿孔元件1包括与元件纵轴线L同轴设置的切割几何结构20，和设置在功能头10与切割几何结构20之间的安装几何结构30。切割几何结构20包括径向向内设置的内侧斜面24。支撑边缘28也被设置成径向向内，通过该边缘可以捕获切下的废块3(参见下文)，并且能够防止废块3卡在自穿孔元件1中。
在图2、3、5和7中示出了紧固在结构部件5中的自穿孔元件1。大表面的结构部件5用作例如机动车的车身底板上或前端区域中的挡泥板。优选地，结构部件5由易碎、无韧性和/或纤维增强的塑料制成，所述塑料例如为硬质塑料或热塑性塑料材料。这些材料可配备或没有配备由玻璃或碳纤维制成的纤维增强物。关于这一点，SCT、GMT、CFRP、PP长纤维或类似物作为实例材料被提及。另外，结构部件5优选地形成为单层或多层结构。采用根据本发明的自穿孔元件1，现在能够为许多能想象到的结构部件5配备这种自穿孔元件1，而无需预先形成穿孔。
从图2和3中可以看到，功能头10被支撑在结构部件5的一侧上。优选地，功能头10用其整个表面接触结构部件5的表面。根据另一替换方式，它也可以仅用支撑轮廓12接触结构部件5(对照图4、5)。
切割几何结构20和安装几何结构30将自穿孔元件1锚固在结构部件5中。这种锚固阻碍自穿孔元件1在自穿孔元件1的纵轴线L的方向上的移动。另外，这种锚固阻碍自穿孔元件1围绕其纵轴线L的旋转。为了支持自穿孔元件1的这种锚固，在俯视图中，切割几何结构20具有圆形、卵形、椭圆形或多边形的形状。应理解：目前为止以及在下文中解释的自穿孔元件1的不同结构特征能够以任意方式组合在一起，虽然在说明性实施例中仅示出了选定的组合。
在图9和10中详细描绘了自穿孔元件1的切割几何结构20，并且在图19和20中示出了根据另一实施例的切割几何结构20。通常，切割几何结构20的横截面形成为圆形或多边形。它包括在上文中提及的内侧斜面24，该斜面被设置成相对于纵向轴线L沿径向向内。在自穿孔元件1的安装过程中，内侧斜面24与结构部件5形成环形接触。内侧斜面24的面积必须被调节成相对于结构部件5的材料的最大允许表面压力不被超出。这可借助于内侧斜面24的轴向延伸及其周长来进行调节。
另外，切割几何结构20包括外侧斜面22，其被设置成沿径向向外。外侧斜面22用作位于安装几何结构30前面的定心部分，以防止自穿孔元件1在安装过程中发生倾斜。优选地，外侧斜面22与纵轴线L平行地延伸0.1mm至0.2mm，并且延伸方向与纵轴线L成10度的角度。
切削刃26布置在内侧斜面24与外侧斜面22之间。切削刃26保证能够在无预先穿孔的情况下将自穿孔元件1安装到结构部件5中。根据优选实施例，切削刃26的宽度为0.15±0.1mm。
根据另一优选设计，切削刃26形成为退出切削刃26a、b(参见图8-10)。退出切削刃26a、b形成为沿假想圆柱体W的外表面延伸(参见图8)。圆柱体W的纵轴线Lw被设置成与自穿孔元件1的纵轴线L垂直。由此可理解：切削刃26的一部分26a被设置成沿纵轴线L的方向偏离切削刃26的其余部分26b。具体地，切削刃26a沿安装几何结构30的方向后退。基于这种构造，自穿孔元件1在安装期间进行定心的自牵引(self-pulling)的冲孔或穿孔。另外，通过合适地选择圆柱体W的直径，可使切削刃26的长度适应结构部件5的材料，以便在自穿孔元件1的安装过程中获得最佳结果。
在图19-23中描绘了切割几何结构的另一设计。在图19中，描绘了自穿孔元件1的优选实施例，而图20描绘了图19中的圆环区域的放大图。可以看到，该切割几何结构也包括外侧斜面22、切削刃26和内侧斜面24。在图1-11的实施例中，内侧斜面24被设置成与自穿孔元件1的纵轴线成α≤45°的角度(参见图6)。在这一点上，优选30°至40°的角度范围，因为随着α角变小，自穿孔元件1在安装过程中的膨胀或卷边变得更加容易。
在图19-22的实施例中，内侧斜面24被设置成与自穿孔元件1的纵轴线L成α≥60°的角度，优选在70°≤α≤85°的角度范围内。外侧斜面22与自穿孔元件1的纵轴线L成0°至30°的角度β。切削刃26布置在内侧斜面24与外侧斜面22之间。切割几何结构的这种构造尤其适于将自穿孔元件1安装到诸如CFRP这样的硬塑料中。可选地，外侧斜面22附加有另一外侧斜面23，该斜面23被设置成从外侧斜面22沿径向向外。该斜面也有助于安装自穿孔元件1。另外，它用于在安装到结构部件5中之后露有小突起的自穿孔元件1。这是例如用于厚度变化小的结构部件5的情形，因此自穿孔元件1的长度能够更好地适合结构部件5的厚度。与此相比，图1-11的自穿孔元件1的构造特别适于软塑料、或者将自穿孔元件1插入到原始成形之后仍然柔软的结构部件5的时候。优选的材料为聚丙烯(PP)或在≥50℃的温度下处于热压状态的玻璃毡增强热塑性材料(GMT)。
另外，图1-11的自穿孔元件1适于补偿结构部件5中的厚度变化。该自穿孔元件1用于这样的厚度变化，其在结构部件5上具有大小不等的纵向突起。然而在安装过程中，这些纵向突起可以合适地形成卷边，从而使得它们有助于自穿孔元件1的紧固和保持，同时对具有自穿孔元件1的结构部件5的质量没有负面影响。
如图4和5所示，安装几何结构30分为第一安装区域32和第二安装区域34。优选地，安装几何结构30形成为圆形(如图6所示)或者多边形(如图4所示)。另外，其横截面也为圆形、卵形、椭圆形或者多边形。关于这点，第一安装区域32在一个实施例中沿轴向方向锥形地形成。第一安装区域32相对于自穿孔元件1的纵轴线L成5±0.5°的角度延伸。以同样的方式，自然也可以将安装区域32柱形地构造形。第二安装区域34紧接在第一安装区域32之后并且柱形地形成。
在自穿孔元件1的安装/安放过程中，第二安装区域34成锥形地膨胀以便锚固自穿孔元件1(参见图5和7)。与现有技术相比，通过在自穿孔元件1的安装过程中的这种膨膨，自穿孔元件1在结构部件5中的轴向固定明显得到改善。另外，第二安装区域24的这种膨膨导致自穿孔元件1的径向夹紧力变大。这样就形成了旋转限制，这种限制例如被俯视图中的切割几何结构20的多边形或者非圆形构造支持。与此相关地，根据优选实施例，第一安装区域32的延伸长度为塑料部件或结构部件5在自穿孔元件1的连接位置上的材料厚度的30％，第二安装区域34的延伸长度为该厚度的70％。基于自穿孔元件1的这种尺寸，在结构部件5的相应侧上能够实现卷边的切割几何结构20的齐平结尾。另外，在尺寸不够精确的情况下，保证切割几何结构20在安装/安放处理之后在结构部件的相应侧上仅伸出可忽略的量(约0.5mm)。
根据另一种设计，根据塑料结构部件5的材料，功能头10在其面对结构部件5的一侧上配有位于功能头下方的径向圆周凹槽14(参见图5)。尤其是在将自穿孔元件1安装到相对柔软的塑料结构部件5中的过程中，位于功能头下方的凹槽14接收自穿孔元件1的安装过程中的材料堆积16。使用这种构造，有助于功能头10在结构部件5上的最佳放置。用图16示意性地举例说明位于功能头下方的凹槽14的功能。图16示出了在将自穿孔元件1安装到塑料结构部件5中的过程中连续发生的不同状态。在沿连接方向F将自穿孔元件1压入结构部件5中的同时，在与连接方向F相反的方向上出现材料的流动。这种材料流动形成材料堆积16，其接近自穿孔元件1的安装几何结构30。为使材料堆积16不阻碍将功能头10放置在结构部件5上，功能头下方的凹槽14的大小被设计成能够接收材料堆积16。通过这种方式，保证功能头10最佳地被支撑在结构部件5上。
根据另一实施例，优选在面对切割几何结构20的一侧上对功能头10配备位于其下方的突起轮廓12。位于功能头下方的这种轮廓12保证自穿孔元件1在结构部件5上限定的接触，并且通过这种方式帮助实现牢靠的紧固。
在图19-23中给出了用于帮助将自穿孔元件1保持在结构部件5中的附加构造。保持结构36布置在安装几何结构30的径向外侧面上。在自穿孔元件1的安装过程中，这种保持结构36将其自身锚固在结构部件5的材料中，并且帮助将自穿孔元件1保持在结构部件5中。这种保持结构36由多个连接板组成，所述连接板相对于纵轴线L平行和/或垂直地延伸，然而也可以想到相对于纵轴线L的其他取向。通过这种方式，保持结构36形成阻碍例如自穿孔元件1在结构部件5中轴向移动的底切。为此，保持结构36包括根据结构部件5的材料形成的轮廓角。优选地，这些轮廓角的大小为60°±10°或50°±10°，并且具有70％至100％的完全发展的峰。
在另一设计中，安装几何结构30在其径向外部上包括径向向内偏移的安装区域38，其在安装区域30中形成用于结构部件5的材料的凹窝。在安装过程中或之后，向内偏移的安装区域38允许结构部件5的材料松散地流入形成的凹窝中。通过这种方式，材料上的机械应力被消除，并且自穿孔元件1的保持得到支持。
在将自穿孔元件1放置在纤维增强塑料中时，自穿孔元件1的上述构造尤其有效。在这些构造的帮助下，可以克服由于纤维增强引起的各向异性以及由例如部件温度决定的结构部件5上存在的刚度差异。另外，就自穿孔元件1的上述几何结构而言，显然，与金属板材的连接相比，上述特征尤其必要。
合适的冷成形材料被用作自穿孔元件1的优选材料。它们在自穿孔元件1的安装过程中是稳定的，并且防止自穿孔元件1在经历强烈变形的卷边区域或第二安装区域34和切割几何结构20上开裂。基于这种材料选择，在敲弯切割几何结构20和第二安装区域34的过程中，由于切削刃26同时具有高的刚度而获得无裂缝的环状接触。与结构部件5的这种无裂缝的环状接触允许例如传递大的螺纹作用力，并且阻碍结构部件5的塑料变松的趋势。
通过在图12-15中描绘的装置来安装/安放自穿孔元件1。图12-15示出了根据本发明的优选实施例的安装方法的不同阶段，该方法由图17中的流程图给出。如图12-15所示，以安装根据图1B的自穿孔元件1为实例解释所述装置和安装方法。
用于安装自穿孔元件1的装置被构造成完整的工具。这允许用作机器中的固定组件，其用于对塑料结构部件5实施额外的处理。另一替换方式是将该装置用作用于装配在机动车操作装置上的附连物，例如多轴机械手。在这一点上，还可以想到将该装置用作用于装配在手动操作装置上的附连物，例如具有导缆器的框架。
起初，根据步骤I(参见图18)将自穿孔元件1放置在打孔工具40上(参见图12)。优选地，借助普通的分离器来放置自穿孔元件1。然而，这也可以手动完成。
打孔工具40包括接收轮廓42，其带有用于自穿孔元件1的保持器。一方面，接收轮廓42将轴向连接力传递到自穿孔元件1上。另一方面，接收轮廓42用作对置的支撑件，用于自穿孔元件1的切割几何结构20在弯头工具50(参见下文)的作用下发生的打弯或卷边。另外，打孔工具40具有与弯头工具50合作的弹簧偏置的引导区域44。
在安装/安放之前，将结构部件5放置在模具60上(参见步骤VI)。模具60由至少两个可移动模具部分62构成。在模具部分62之间设有开口64，在安装过程中，自穿孔元件1接合到该开口中。在开始安装过程之前，根据步骤II可选地对模具部分62进行定位。通过对模具部分62的定位，根据结构部件5的材料对开口64的内侧与自穿孔元件1的外侧之间的间隙66的宽度进行调节。对于间隙宽度的调节，还能想到考虑安装过程的条件以便最佳地紧固自穿孔元件1.
对于诸如室温下的GMT这样的塑料，其具有比较坚固的结构(例如20℃的GMT GF40)，间隙宽度应在0.25-0.40mm的范围内。对于诸如更高温度下的PP长纤维这样的塑料，其具有粘性结构(例如60℃的PP GF30)，间隙宽度应在0.0625-0.1155mm的范围内。
通过用圆柱体或强制引导件68移动模具部分62来实现间隙66的宽度和开口64的大小。
根据本方法的另一可选步骤，优选至少在自穿孔元件1的连接位置区域加热由塑料制成的结构部件5。在结构部件5生产出来之后而完全冷却之前将其带入所述装置中以开始安装过程将得到相同的结果。结构部件5的被加热的塑料有利于自穿孔元件1的切入，并因此整个安装过程变得容易。
在已将结构部件5相应地放置在模具60上之后(参见步骤IV)，通过沿连接方向F推动打孔工具40(步骤V)将废块3切割离开结构部件5。图12和13描绘了自穿孔元件1通过推动打孔工具40如何将废块3切割离开结构部件5。在图13中，废块3已经被切掉，自穿孔元件1位于开口64内，并且在相邻的模具部分62与自穿孔元件1之间形成间隙66。在打孔或穿孔过程完成之后，使模具部分62沿径向向外滑动。如果例如使用具有2至4个模具部分62的模具60，那么模具部分62优选在强制引导件68上移动。这些强制引导件68与弯头工具50的轴向推进运动联接，以便在弯头工具50的推进过程中使模具部分62远离自穿孔元件1移动。因此，利用强制引导件68与弯头工具50之间的联接，能够实现安装过程的主动过程调节，但这不是必要的。
弯头工具50包括弯头轮廓52，其与自穿孔元件1的切割几何结构20相配，其中切割几何结构20通过所述弯头轮廓沿径向向外变形。在废块3已被自穿孔元件1切出之后，废块3由支撑边缘54和封闭的模具60保持。现在，可根据步骤VII移动模具部分远离自穿孔元件1，并且可根据步骤VIII通过将弯头工具50推向结构部件5使自穿孔元件1的切割几何结构20发生变形。为使在这个过程中废块3不会导致破裂，通过模具60中的合适通道69将废块移除(参见步骤IX)。通过机械传递脉冲或借助例如空气这样的介质来移除废块3。
为使切割几何结构20和第二安装区域34变形，与之相配的弯头轮廓52使相应的区域沿径向向外弯曲。通过这种方式，在结构部件5中形成切割几何结构20和第二安装区域34的圆形形式沿径向向外延伸的形状，这可在图2、3、5和7中识别。在用弯头轮廓52形成这种变形的过程中，特别优选的是获得与表面齐平的自穿孔元件1的弯头或卷边。这保证例如能够将结构部件5紧固到机动车的框架结构上而无高度偏差。自然也可能将自穿孔元件1紧固到结构部件5中而具有较小的高度偏差。
为了帮助形成上述的自穿孔元件1与表面齐平的弯头，模具60优选地配备有轮廓67，其位于开口64附近并且沿打孔工具40的方向突出(参见图17)。在用打孔工具40安装自穿孔元件1的过程中，该突出轮廓67被压入结构部件5中，并且通过这种方式在结构部件5中形成凹陷。自穿孔元件1的弯曲或卷边端则可以“消失”在该凹陷(未示出)中，而不管结构部件表面上的突起，从而通过这种方式获得相对于结构部件5的底侧表面齐平的弯头或卷边。
通过强制引导件68来形成模具60的径向开口，这已在上文中提到，其中所述引导件被设置在模具部分62与弯头工具50之间。因为在弯头工具50前进的过程中模具部分52沿侧向移动，因此形成足够大的区域，其允许相配的弯头轮廓52到达切割几何结构20并且使弯头或卷边变得容易。
根据所提出的安装方法的另一替换方式，能够想到至少在自穿孔元件1的安装位置区域上对塑料结构部件5进行加热(参见步骤III)。同样地，可以在结构部件5生产出来之后但在其完全冷却之前将其送入装置中以方便自穿孔元件1的安装。
自穿孔元件1的安装过程的特征是：在整个安装过程中，相对彼此沿径向固定定位自穿孔元件1、装置和结构部件5。由此产生的优点是单个方法步骤的一体化，而不必在处理步骤之间分别重新定位自穿孔元件1和结构部件5。这减少了方法中断的敏感性，并且有助于该安装方法的优化。

Claims (26)

1.一种自穿孔元件(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1所述的自穿孔元件(1)，其切割几何结构(20)被设置成圆形或多边形。
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±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α≤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β≥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(1)，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(1)，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11所述的自穿孔元件(1)，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(12)，所述轮廓(12)有助于自穿孔元件(1)在结构部件(5)上限定的接触。
16.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凹槽(14)，在自穿孔元件(1)的安装过程中，材料堆积可被接收在凹槽(14)内，以便有助于功能头(10)在结构部件(5)上的接触。
17.一种结构部件(5)，其优选为塑料部件，所述结构部件(5)配备有至少一个如前述权利要求之一所述的自穿孔元件(1)。
18.一种装置，其用于将自穿孔元件(1)安放到结构部件(5)中，所述装置具有以下特征：
打孔工具(40)和弯头工具(50)，其被设置成彼此相对并且可沿着连接方向(F)与其纵轴线平行地移动；
由至少两个可移动部分(62)构成的模具(60)，其限定用于带有自穿孔元件(1)的打孔工具(40)的开口(64)；其中
部分(62)的位置可被调节以便能够根据结构部件(5)的材料和/或安放过程的条件改变位于开口(64)的内侧与自穿孔元件(1)的外侧之间的间隙(66)的宽度，以便最佳地紧固自穿孔元件(1)。
19.如权利要求18所述的装置，其弯头工具(50)具有与自穿孔元件(1)的切割几何结构(20)相配合的弯头轮廓(52)，通过该弯头轮廓(52)可使切割几何结构(20)沿径向向外变形。
20.如权利要求18或19所述的装置，其模具(60)在模具的朝向打孔工具(40)的一侧、靠近开口(64)的位置上配有沿径向延伸并且突出的轮廓(67)，通过该突出轮廓(67)能够在结构部件(5)上形成凹陷。
21.如权利要求18-20之一所述的装置，其模具(60)具有至少一个通道(69)，废料(3)可通过该通道(69)导出。
22.一种安装方法，其用于利用如权利要求18-21之一所述的装置将自穿孔元件(1)安装到结构部件(5)中，所述结构部件(5)优选为塑料部件，所述安装方法具有以下步骤：
(I)将具有切割几何结构(20)的自穿孔元件(1)定位在打孔工具(40)上；
(IV)将结构部件(5)定位在模具(60)上，并且(V)通过将打孔工具(40)推入结构部件(5)中切割废块(3)离开结构部件；以及
(VII)移动模具(60)的部分(62)远离自穿孔元件(1)，并且(VIII)通过将弯头工具(50，52)推入结构部件(5)中使自穿孔元件(1)的切割几何结构(20)变形。
23.如权利要求22所述的安装方法，其还具有以下步骤：
(II)将模具(60)的部分(62)定位成可根据结构部件(5)的材料和/或安装过程的条件改变位于开口(64)的内侧与自穿孔元件(1)的外侧之间的间隙(66)的宽度，以便最佳地紧固自穿孔元件(1)。
24.如权利要求22或23所述的安装方法，其还具有以下步骤：
(III)至少在自穿孔元件(1)的安装位置区域上加热塑料结构部件(5)，或者在塑料结构部件(5)生产出来之后并且完全冷却之前将其送入所述装置，以便有利于自穿孔元件(1)的安装。
25.如前述权利要求22-24之一所述的安装方法，其还具有以下步骤：
在切割废块(3)离开结构部件(5)的过程中，(VI)在自穿孔元件(1)的切割几何结构(20)附近将凹陷引入结构部件中。
26.如前述权利要求19-22之一所述的安装方法，其还具有以下步骤：
在切割废块(3)离开结构部件(5)之后，通过模具(60)中的至少一个通道将废块(3)导出。
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