CN103233962B - 功能元件和压板的组合体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能元件和压板的组合体，功能元件具有凸缘部分和尤其是铆接元件的连接部分，压板尤其是具有开口的压板，该组合体用于附接到构件，尤其是附接到复合材料或金属板的面板，其中功能元件和压板被形成为布置在构件的孔的相对侧并通过延伸穿过孔的连接部分连接在一起，尤其是通过铆接连接在一起，以便夹住构件的在凸缘部分和压板之间围绕孔的区域，且其中压板的在附接状态下面对构件的受压侧设置有提供防止旋转的装置。

Description

功能元件和压板的组合体

本发明涉及用于附接到构件尤其是附接到复合材料或金属板的面板的功能元件和压板的组合体，该功能元件具有凸缘部分和尤其是铆接元件的连接部分，该压板尤其是具有开口的压板。

本发明还涉及至少包括本文所描述种类的组合体和构件尤其是复合材料或金属板的面板的构件组件。

本发明进一步涉及用于本文所描述种类的组合体和/或构件组件的功能元件以及压板。

此外，本发明涉及用于将功能元件附接到构件尤其是附接到复合材料或金属板的面板的方法。

本文所描述的构件可大体由根据本发明的任意材料来制造。优选的应用通过利用包括由复合材料制成的构件的根据本发明的包括功能元件和压板的组合体提供。

复合材料通常用于大多数的不同领域中，并主要由具有嵌入式纤维增强物的塑料组成。纤维增强物可以例如呈现胶带、织物、毡圈和垫子的形式。例如，用玻璃纤维和塑料增强的聚酯树脂(诸如用碳纤维增强的环氧树脂)的汽车车身部件经常被用于汽车结构中。在实践中，许多另外的构件(诸如控制台和覆层)也同样地由这种复合材料制造。当利用碳纤维作为增强物时，通常使用碳纤维的织物，因为之后可在构件的所有方向上获得增强。

然而，复合材料的领域决不限制于玻璃纤维和碳纤维。在实践中，还可考虑许多其它增强纤维。此外，大多数不同的塑料也可被用作基质材料。

复合材料由任意的增强材料或纤维和任意的塑性可变形或可熔化的基质材料构成。术语“复合材料”在本文根据本发明来使用，并且因为这一原因，不仅包括具有纤维增强物的塑料，而且例如还包括金属的基质材料，例如具有增强材料(诸如，例如，碳纤维或陶瓷颗粒)的铝。

所有这样的材料(可选地，所有以上描述的材料)一般地描述为复合材料或纤维增强的塑料。这些材料也可由通用术语“有机金属板”来描述。在一些方面，这一术语被理解为专业术语。

优选地，本发明主要利用如下的那些复合材料：所述复合材料利用热塑性材料(即，热塑性塑料)作为基质材料。这样的材料或复合材料的特征在于：其在位于熔点以下的高温下是柔软的或者变成糊状的。

然而，不排除硬质塑料也可用作基质材料，条件是这些硬质塑料在高温下并且实际上在位于相关基质材料被永久地损坏的温度之下的温度下是足够柔软的或变成柔软的或糊状的。

本发明还可组合包括如下基质材料的复合材料使用：实际上所述基质材料不是热塑性塑料，而是还未达到其最终状态，而在加热或未加热的情况下以其柔软或糊状的状态存在，但是经过一定的时间或因外部影响例如，通过紫外线或湿度的作用或另外通过渐进的聚合或交联，所述基质材料可转化成较硬的状态。

通常必要的是，还要使用具有紧固元件的复合材料的构件，例如以便将相应的构件固定到其它部件或将其它部件附接到纤维增强的塑料构件。

铆接元件和螺栓或螺母元件这两者可被认为是紧固元件或连接器元件，其可全部被包含在术语“功能元件”之下。术语“功能元件”还可应用于本发明的体系中的夹子和轴承，所述夹子和轴承同样可被固定到复合材料。

为了确保由复合材料制成的构件足够柔软或呈糊状，为了功能元件的附接，构件可至少在为附接提供的孔的区域中被加热至取决于各自的材料的温度，在该温度下复合材料的材料不熔化，而是软化或糊化至期望的程度。

如果材料是例如PA6，那么可加热至例如260℃的温度。

以上说明不应被理解为示例发明背景的陈述，而是还形成与本发明相关的公开内容的一部分。

在将功能元件附接到由复合材料或不同材料构成的构件的方面，力求不将负载集中在构件的在孔周围的区域的小面积上。此外，对于纤维增强材料应注意，如果可能，纤维不应被损坏或破坏。而且，人们通常力求尽可能防止旋转地在构件处附接功能部件。

构成本发明的基础的目的是提供将功能元件附接到构件(尤其是由尽可能好地满足以上指定要求的复合材料或相对柔软的金属板制成的构件)的可能。

这一目的的解决方案通过具有凸缘部分和连接部分的功能元件和具有下文限定的另外的特征的压板的组合体来实现。

下文详细限定了本发明的有利的实施方案。

该目的还通过具有下文限定的特征的构件组件而得到满足。

该目的的解决方案还通过具有下文限定的特征的功能元件以及还通过具有下文限定的特征的压板来实现。

而且，该目的通过下文限定的用于将功能元件附接到具有特征的构件的方法而得到满足。

本发明是基于以下概念：不是将功能元件单独地附接到构件，而是另外使用压板，由此功能元件和压板从构件的相对侧附接到构件。附接状态的特征在于：一方面，功能元件的连接部分和压板彼此连接，并且实际上是在压板所定位的构件的侧面彼此连接。而且，本发明的特征在于：压板设置有提供防止旋转的装置，该装置与构件配合。

总体上，这导致如下特殊情况：其中一方面，在功能元件和压板之间存在连接，且功能元件的防止旋转不是通过功能元件和构件之间的某些种类的合作而发生或至少不是唯一地通过功能元件和构件之间的某些种类的合作而发生，而是间接地通过以提供防止旋转的方式连接到构件的压板。

这种可根据本发明制造的状态具有一些优势。因此，理想的负载分布可通过在构件的围绕孔的区域之上面对构件的压板或其受压侧来实现。以这种方式避免了孔的区域中的局部负载峰值。除了功能元件以外设置的压板的使用进一步实现了将构件的围绕孔的区域特别地牢固固定且稳定地夹在功能元件的凸缘部分和压板之间，且因此使功能元件或者功能元件和压板的组合体在构件上保持固定。特别的优势是，压板有助于防止旋转或者可至少主要地独自用于防止旋转。为了这一目的，利用相对大尺寸的压板的受压侧。

在压板和功能元件的连接部分之间的连接可以具体地是在轴向方向上基本上作用的形状配合的连接，例如，铆接连接。然而，铆接连接不是必要的。因此，例如，可以想象，在附接到构件时，压板同样地或唯一地变形并压入连接部分的相应的底切中。

此外，功能元件的连接部分和压板之间的连接可包括防止连接部分相对于压板旋转。因此，功能元件和/或压板可设置有提供防止旋转的装置，该装置在附接状态下在功能元件和压板之间是有效的。在这种设计中，该情况导致功能元件以防止旋转的方式与压板连接，而压板以防止旋转的方式进一步与构件连接。因此，直接通过压板导致功能元件以防止旋转的方式固定到构件。

为了将功能元件和压板附接到构件，特别地使用了一个或多个适当成形的冲模。

压板和构件之间的防止旋转可部分地或唯一地产生，因为压板的面对构件的受压侧设置有提供防止旋转的装置，尤其是以例如离散分布的凸起部分或凸出形式的装置，当附接到构件时，该装置可被压入构件的一侧中。凸起部分可以是长形的或点样凸起部分。可选地或者另外，在压板上还可设置凹口，在附接过程中构件的材料进入该凹口中。

在本发明的具体的设计中，作为这样的凸起部分的可选方案或者作为这样的凸起部分的附加，可允许受压侧具有偏离圆形形状的轮廓。这一设计实现了制造防止压板和构件之间的旋转的独特的或特别简单的方式，在其中包括利用这样的环境，即当压板在构件上附接时，压板至少略微地压入构件中。由于具有偏离圆形形状的轮廓的受压侧，通过该受压侧自动地导致防止旋转。

具体地，复合材料或相对柔软的金属板的构件具有如下所谓的缺点，它们是相对“易弯曲的”并且可利用相对小的力压入。一方面，人们尽可能地尽力避免这样的“冲制(coining)”。另一方面，实践已表明，可以接受小程度的这种压入而没有问题。关于本文所描述的设计，在实践中不可避免的压入或“冲制”被利用以使压板和构件产生防止旋转。这在本文所描述的如下设计中实现，压板的受压侧设置有与圆形形状不同的轮廓。

可以这样设置，通过锐边至少区域性地界定压板，即，通过锐边至少区域性地形成压板的轮廓。

在优选的实施方案中，压板的在附接状态下远离构件的侧面设置有围绕开口的轴环。这种轴环具体地被用于与由功能元件的连接部分形成的铆接部分配合。以这种方式，压板通过轴环被功能元件的铆接部分作用，由此，实现了将负载有利地引入到接触构件的压板的部分中。

本发明的另外的实施方案也陈述于权利要求书、说明书和附图中。

将参照附图通过以下实施例的方式来描述本发明。显示如下：

图1a和图1b是本发明的第一实施方案的功能元件的视图；

图2a至图2c是图1a和图1b的功能元件的另外的视图；

图3a至图3c是本发明的第一实施方案的压板的视图；

图4a至图4c是图3a至图3c的压板的另外的视图；

图5a至图5d是详细说明根据本发明的第一构件组件的组装的图示；

图6a和图6b是图5a至5d的组装的构件组件的视图；

图7a和图7b是本发明的第二实施方案的功能元件的视图；

图8a至图8c是图7a和图7b的功能元件的另外的视图；

图9a和图9b是本发明的第二实施方案的压板的视图；

图10a至图10c是图9a和图9b的压板的另外的视图；

图11a至图11d是详细说明根据本发明的第二构件组件的组装的图示；及

图12a和图12b是图11a至11d的组装的构件组件的视图。

参考数字列表

11 功能元件

13 凸缘部分

15 连接部分

17 压板

19 构件

21 孔

23 缺失部分

25 凸起部分

27 轴环

29 铆接部分

31 提供防止旋转的装置、肋状物

33 过渡表面

35 过渡表面

37 凸缘部分的末端部分

39 具有缩减直径的部分

41 倾斜过渡表面

43 径向过渡表面

45 具有最大内径的部分

51 中心轴线

53 凸起部分的末端侧面

55 轴环的末端侧面

57 过渡表面

59 内螺纹

61 倒角

63 锐边

图1和图2显示了根据第一实施方案的根据本发明的功能元件11的不同的视图。功能元件11被形成为铆接螺母，其具有限定中心轴线51(参见图2b)并带有在轴向长度的一部分上延伸的内螺纹59(参见图2b)的通道。

功能元件11包括凸缘部分13和圆柱体连接部分15。连接部分15至少部分地在围绕连接部分15的自由端的无螺纹区域中被形成为铆接部分29(参见图2b)。在这一点上，应注意，内螺纹59从功能元件11的包括凸缘部分的末端延伸到连接部分15中并且延伸直至被设计为铆接部分29的连接部分15的自由端。

连接部分15在其外侧设置有肋状物31，所述肋状物31在轴向方向上延伸并且在圆周方向上分布式地布置，并且所述肋状物31用作提供防止旋转的装置并且在安装状态下可与压板17(参见图3至图5)配合。肋状物31在处于连接部分15的自由端处的凸弯曲的过渡表面35和处于连接部分15和凸缘部分13之间的凹弯曲的过渡表面33之间延伸。

图2a的功能元件的俯视图显示了六个这样的肋状物31，然而，应注意，同样可设置凹口(未显示)代替肋状物。而且，肋状物(凹口)的数目可任意地选择，例如，可根据功能元件的大小和/或功能元件的预期的应用来设置1至12个这样的肋状物31。

凸缘部分13包括圆柱体末端部分37，在该圆柱体末端部分37处邻接具有缩减直径的部分39。具有缩减直径的部分39通过弯曲的过渡表面33合并到具有进一步缩减的外部直径的连接部分15中。在这一点上应注意，在图1a至图3c中所示的变形中，圆柱体末端部分37包括大体平的端面。然而，端面的设计还可根据与功能元件相关的应用的类型来选择。

在示例的实施方案中，在末端部分37和具有缩减直径的邻接部分39之间存在阶梯，该阶梯包括径向延伸的过渡表面43(参见，例如，图1b)。

图3和图4显示了根据本发明的压板17的实施方案。压板17具有圆盘部分，其中圆盘部分具有与圆形形状不同的圆形基本形状，并且圆盘部分的横截面在轴向高度上大体恒定。

与圆形形状的偏差导致以下事实：缺失部分23从圆形形状中取走。缺失部分23以圆弓形的形式提供。而且，设置了壁凹(bay)形式的另外的缺失部分23，其在圆周方向上分布。在附接状态下，在形成压板17的受压侧的侧面，圆盘部分设置有锐边63。在这一点上，圆盘部分可设计有围绕的锐边，还可以可选地仅仅区域性地在压板17的圆盘部分的受压侧和外侧之间设置锐边过渡。

还可完全省去锐边设计，因为在示例的实施方案中，受压侧设置有长形的肋状物或腹板状凸起的部分25，其在提到的壁凹23的区域中沿着压板的轮廓。

如根据图3c中的详细说明所显示，使凸起部分23的端面53变平，即，长形的凸起部分25不是切削刃。以这种方式，实现了如下情况，其中，在附接状态下，构件被简单地压入凸起部分25的区域中。因此避免了存在于材料中的形成构件材料的纤维的切割。

偏离圆形形状的压板17的轮廓(如所说明的，所述轮廓还可由至少区域性地设置的锐边63形成)和所说明的凸起部分25形成提供防止压板17旋转的装置。如以下还将参照图7至图12的实施方案所说明的，这样的凸起部分25可被省去，即，可以使压板17的在附接状态下与构件邻近的受压侧完全变平。甚至在缺失凸起部分的情况下，受压侧的锐边设计也不是必要的，即，防止旋转可唯一地通过与圆形形状不同的压板17的圆盘部分的轮廓或者受压侧的边缘轮廓来实现。

如图3a具体地显示，压板17设置有轴环27，其围绕示例的实施方案中的压板17中形成的其开口延伸，轴环27存在于压板17的远离附接状态下的构件的侧面。凹弯曲的过渡表面57存在于轴环27和圆盘部分的大体平的表面之间。使轴环27的端面55变平。

图5a至图5d中示例了将根据本发明的功能元件11和压板17的组合体附接到构件19。未显示此处所用的冲模母模或柱塞。

构件19具体地是复合材料的面板状元件，尤其是最初提到的种类的复合材料，即，所谓的有机片材。作为可选方案，构件19还可以是相对柔软的金属板。

构件19是预先打孔的，其中这种预先打孔例如通过钻孔或穿孔进行。在示例的实施方案中，孔21具有在整个轴向长度上恒定的内径。根据图5d，在附接状态下，构件19的孔21、功能元件11中的通道以及压板17中形成的开口的中心轴线51重合。

在附接过程中，在构件19的围绕孔21的区域，使压板17以其受压侧接合到构件19的一侧上。功能元件11的连接部分15从构件19的另一侧通过构件19的孔21，被引入通过压板17中形成的开口。其后，使连接部分15的铆接部分29通过未示出的冲模母模向外弯曲。以这种方式，铆接连接存在于功能元件11和压板17之间，且因此存在于功能元件11和构件15之间。

将单独的构件组装之后，功能元件11的再成形的铆接部分29作用于压板17的轴环27的平端侧55。

根据图5d，在附接状态下，构件19的围绕孔21的区域被限制(即，被夹紧)在功能元件11的凸缘部分13和被铆接部分29作用在其上的压板17之间。

在附接过程中，在压板17的受压侧的凸起部分25压入构件19中，且从而确保在构件19处防止压板17的旋转。与圆形形状不同的压板的轮廓以及压板17的邻近构件19的受压侧有助于这种防止旋转，因为不仅凸起部分25被压入构件中，而且压板17的圆盘部分也被压入构件中。

功能元件11的连接部分15的轴向延伸的肋状物31用作连接部分15和限定压板17的开口的内壁之间的形状配合的连接。以这种方式，功能元件11，且因此总体上功能元件11和压板17的组合体被保持防止经由压板17在构件19处旋转。

在示例的实施方案中，构件19的孔21的内径相应于具有缩减直径的部分39的外径，该部分39邻接凸缘部分13的末端部分37，且因此部分39进入孔21中。相反，凸缘部分13的末端部分37具有大于孔21的内径的外径。因此，在根据图5d的附接状态下，凸缘部分13的径向过渡表面43(参见图2b)接触构件19的远离压板17的侧面。因此，在这一实施方案中，功能元件11的末端部分37伸出超过构件19的一侧。

图6a和图6b显示了附接有功能元件11和压板17的组合体的构件19(即，以以上描述的方式形成的构件组件的组合体)的两个侧面的透视图。在图6a中，具体地显示了成形的铆接卷边形式的功能元件11的铆接部分29，尤其是作用于压板17的轴环27上的再成形部分，而在图6b中显示了凸缘部分13的伸出的末端部分37。

本发明的图7至图12的实施方案以如下将说明的方式区别于根据本发明的图1至图6的实施方案。以下，将不会对两个实施方案之间共同的特征进行另外的评论。相同的参考数字指定共同的部件、部分或单独构件的区域。

在根据第二实施方案的功能元件11中，倾斜或成锥形延伸的过渡表面41被设置在末端部分37和具有缩减直径的部分39之间。

在压板17中，与圆形形状不同的轮廓通过缺失的圆弓形形式的单独的缺失部分23来提供。而且，压板17的受压侧的轮廓被形成为围绕的锐边63。连同与圆形形状的偏差以及锐边设计，压板17的受压侧的轮廓形成防止压板17旋转的情况。

此外，压板17的圆盘部分在其在附接状态下远离构件19的侧面设置有形成边缘的倾斜特征61，该倾斜特征61在缺失部分23的区域中被中断。

具体地，如图9b中可见，使压板17的受压侧变平。

根据图11，构件19的孔21设置有阶梯式轴向延伸。孔的在附接状态下邻近功能元件11的凸缘部分13的部分45具有孔21的最大内径，其相应于凸缘部分13的末端部分37的外径。部分37的邻接末端部分37的外径相应于孔21的在附接状态下邻近压板17的部分的内径。而且，凸缘部分13的两个部分37和39之间的倾斜过渡表面41相应于孔21的两个部分之间的过渡。

因此，功能元件11的凸缘部分13接收于构件19的孔21中。如图11d所示，在附接状态下，功能元件11的凸缘部分13凹入构件19中。可选地，设计可以按这样的方式进行使得凸缘部分13被制成与构件19齐平。

在这一点上，应注意，图11a和图11d中所示的具有阶梯式轴向延伸的构件19也可与图1至图6中所示的功能元件11结合使用。同样，图1至图12中详细示例的任何构件可以彼此结合以形成根据本发明的有利的组合体和/或构件组件。

图12a和图12b依次显示了如此形成的构件19、功能元件11和压板17的构件组件的两个侧面的透视图。

Claims (15)

1.一种功能元件(11)和压板(17)的组合体，所述功能元件(11)具有凸缘部分(13)和连接部分(15)，所述组合体用于附接到构件(19)，所述构件(19)具有在其中的孔(21)和围绕所述孔的区域，所述压板具有开口，

其中所述功能元件(11)和所述压板(17)被形成为布置在所述构件(19)的所述孔(21)的相对地设置的相应的第一侧和第二侧，并被形成为在附接状态下通过延伸穿过所述孔(21)的所述连接部分(15)连接在一起，以便将所述构件(19)的围绕所述孔(21)的所述区域夹在所述凸缘部分(13)和所述压板(17)之间，且

其中所述压板具有与圆形形状不同的轮廓和面对所述构件的相邻的第二侧的基本上平的受压侧，其中所述压板(17)面对所述构件(19)的所述受压侧的非圆形轮廓在所述附接状态下提供防止旋转，其中所述构件是由复合材料和金属板材料中的至少一种组成的材料面板。

2.根据权利要求1所述的组合体，其中所述受压侧的轮廓具有圆形基本形状，至少一个缺失部分(23)被从所述圆形基本形状中除去。

3.根据权利要求2所述的组合体，其中所述缺失部分(23)选自包括扇形、弓形、切口和壁凹的组。

4.根据权利要求1所述的组合体，其中所述受压侧至少区域性地用锐边限制。

5.根据权利要求1所述的组合体，其中所述压板(17)的在所述附接状态下远离所述构件(19)的侧面设置有围绕所述开口的轴环(27)。

6.根据权利要求5所述的组合体，其中所述轴环(27)适合于在所述附接状态下与形成所述连接部分(15)的铆接部分(29)配合。

7.根据权利要求1所述的组合体，其中所述压板(17)的外径大于所述功能元件(11)的所述凸缘部分(13)的最大直径。

8.根据权利要求1所述的组合体，其中所述功能元件是铆接元件并且所述连接部分适合于形成铆接卷边以便将所述构件(19)的围绕所述孔(21)的所述区域夹在所述凸缘部分(13)和所述压板(17)之间。

9.根据权利要求1所述的组合体，其中所述功能元件(11)和所述压板(17)中的至少一个设置有提供防止旋转的装置，在所述附接状态下，所述提供防止旋转的装置在所述功能元件(11)和所述压板(17)之间起作用。

10.根据权利要求9所述的组合体，其中所述提供防止旋转的装置在所述连接部分(15)处形成。

11.根据权利要求10所述的组合体，其中所述提供防止旋转的装置由在轴向方向上在所述连接部分处延伸的肋状物(31)提供并且围绕所述连接部分在外围分布式地布置。

12.根据权利要求11所述的组合体，其中所述肋状物(31)至少近似从在所述凸缘部分(13)和所述连接部分(15)之间的过渡表面(33)延伸至在所述连接部分(15)的自由端处的过渡表面(35)。

13.根据权利要求1所述的组合体，其中所述凸缘部分在末端部分和与所述末端部分相比具有缩减直径的部分之间具有过渡，该过渡被制成阶梯状形状。

14.根据权利要求1所述的组合体，其中所述压板(17)的所述开口的内径大体上相应于所述功能元件(11)的所述连接部分(15)的外径。

15.根据权利要求1所述的组合体，其中在所述附接状态下，所述压板(17)面对所述构件(19)的所述受压侧上的凸起部分(25)压入所述构件以提供防止旋转。