CN104632804A - 用于附接至零件的紧固元件及零件总成和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于附接至零件的紧固元件及零件总成和制造方法，其中，紧固元件具有在安装状态中接触所述零件的接触面。而且，紧固元件具有在所述安装状态中面向所述零件的安装凹座。所述安装凹座由至少一个侧壁及由底部定界，所述侧壁至少区域上设置有在所述紧固元件的轴向上起作用的底切部。所述底部形成为没有任何开口。

Description

用于附接至零件的紧固元件及零件总成和制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于附接至零件的紧固元件。

背景技术

大多数常规设计的紧固元件在安装期间被引入零件中预先制造的孔，并随后通过例如铆接工艺进行固定零件。另一组紧固元件设计为，在附接至零件期间，紧固元件本身在零件中冲压出孔。随后，紧固元件部分变形以在紧固元件和零件之间提供可靠连接。

这些紧固元件及对应零件之间的连接一般来说确实非常可靠。然而，所述紧固元件必须设有能够穿过零件和/或铆接紧固元件的功能部。这种功能部不利于紧固元件的重量。而且，在制造对应的紧固元件期间需要增加操作步骤。此外，零件必须事先穿孔或在附接过程中进行穿孔，这增加了操作步骤，至少前者需要增加步骤。而产生的孔代表可能存在泄漏，气体介质和/或液体介质可以通过该孔。在一些应用中，必须采用额外的措施对紧固元件和零件之间的连接进行封孔。

需要新创意，其中，紧固元件可以以不同的方式使用，并且可以简单可靠地固定于零件，而不需要由于零件的附接而不得不进行的封孔。

发明内容

这个目的通过独立权利要求的相应主题来实现。

根据本发明，紧固元件具有在安装状态中接触零件的接触面。而且，紧固元件具有在所述安装状态中面向零件的安装凹座。安装凹座由至少一个侧壁及由底部定界。侧壁至少区域上设置有在紧固元件的轴向上起作用的底切部。底部形成为没有任何开口。

换言之，紧固元件没有用于形成穿孔边缘的部件和/或没有必须插入零件的预先制造的孔的部件。相反地，紧固元件设置有从接触面延伸到元件内部的凹部。所述凹部用于容纳零件的被按压入零件以附接至紧固元件的材料。通过设置在至少一个侧壁上的底切部来防止紧固元件被压出。例如，底切部具有在远离接触面方向上分散并进入安装凹座内部的表面区域，从而零件的按压入安装凹座中的材料以及就此被按压到底切部后面的材料通过形状配合连接的方式将紧固元件沿轴向方向固定于零件。底切部可以例如通过从侧壁伸入凹部内部的突出部而形成，特别地，沿相对于紧固元件的纵轴的径向方向形成。

正如已经提到的，底部形成为无任何开口，即，不具有使凹部内部与外界相通的开口。以此方式防止了在紧固元件的附接期间出现零件过度变形，导致相同的穿孔。底部从而形成了有效限制零件的变形。

根据一种实施方式，底部基本上是平的。从技术制造的角度来看，这种类型的实施方式可以简单地实现。

或者，所述底部具有伸入到所述安装凹座的凸起部分，所述凸起部分相对于由所述接触面限定的平面向后设置，即突出部没有突出超过安装凹座。。这促成了零件的材料在所述紧固元件的附接期间以受控的方式变形。例如，凸起部分的形状可以选择为使得零件的被按压入凹部的至少一部分材料转向底切部的后面。为满足上述目的，所述凸起部分不需要特别高。所述凸起部分的高度优选地小于所述安装凹座的深度的50%，特别地为小于40%。

所述凸起部分与所述紧固元件的纵轴同轴设置和/或居中地设置在所述底座部内。特别地，所述凸起部分至少区域上为锥形，以满足将零件的材料以均匀方式转向的目的。

所述安装凹座的基本形状可以基本上为浅筒形。特别地，该基本形状为浅平的圆形圆柱体，使得安装凹座在垂直于紧固元件的纵轴的横截面上基本为圆形。但是，安装凹座的横截面基本上还可以是椭圆形、三角形、四角或多角（多边形）。横截面也可以是不规则形状。不同于圆形的横截面形状天生具有防止旋转的能力。

术语“基本形状”并不排除侧壁/凹部的侧壁以及设置有凸起部分和凹部的底部。

所述接触面可以为环形，尤其是圆形。所述接触面形成为无凹陷，以便限定单一的平面。以此方式，这不同于已知的紧固元件的接触面，已知的紧固元件在制造以形成底切部的期间至少区域上被压下，从而出现局部凹陷。

整个侧壁或所有侧壁设有（沿圆周方向延伸的）底切部，这基本上是可能的。但是，根据一种实施方式，侧壁具有多个尤其规律地分布的底切部区域。此外，侧壁包括形成为无底切的部分。底切部区域以及无底切部的区域可以交替地排列。应当理解的是，对于无底切部的区域，侧壁区域平行于紧固元件的纵轴延伸，或者作为从底部到安装凹座的开口的不同形状。

所述紧固元件可以形成为关于所述紧固元件的纵轴对称。例如，紧固元件可以旋转对称，或者具有回转体形状。可替代地或附加地，紧固元件可以形成为关于平面对称，所述平面垂直于所述紧固元件的纵轴。例如，紧固元件可以在两个轴向端面上具有安装凹座。紧固元件的对称性设计为其装卸提供方便，特别是将元件供给于机器以附接至固定的零件。虽然优选采用对称设计，但是，紧固元件也可以在轴向端面上设有不同设计的安装凹座和/或形成为关于外部几何形状不对称。

正如上面已经解释的，通过特殊形状的横截面的安装凹座可以在紧固元件固定到零件时实现防止旋转的安全性。附加地或可替代地，也可以存在提供防止旋转的特征部，其设置于侧壁和/或底部。提供防止旋转的特征部可以是例如沿关于紧固元件的纵轴的径向和/或轴向延伸的肋部和/或凹部。

本发明还涉及一种零件总成，其包括根据至少一个上述实施方式的紧固元件和尤其为板状形状的零件。所述零件的材料被无开孔地按压入所述安装凹座，从而——可选地结合可选的凸起部分——材料接合于所述底切部的后面以形成形状匹配的连接。零件以无开孔方式变形的结果反过来可以被认为是紧固元件的底部的相应设计所为，这种设计不破坏密封性。换句话说，在紧固元件附接至零件期间，零件中不产生允许气体介质和/或液体介质通过的开孔。

此外，提出了一种用于制造上述零件总成的方法，其中，将根据至少一个上述的实施方式的紧固元件与零件接触，特别地所述零件为板状形状。根据本发明，所述零件的材料通过模扣按压入所述安装凹座，从而一部分所述材料接合于所述底切部的后面。

根据本发明的方法实施方式，模扣基本上为圆柱形，并具有稍微收敛的横截面。应当理解的是，所述模扣的形状与所述安装凹座的横截面的几何形状和/或深度相匹配。

所述紧固元件优选固定于平板状的零件。然而，可以想到其它应用。例如，也可以是另外的相同或类似结构的紧固元件。为此目的，根据本发明提出一种用于制造零件总成的中间件，零件总成具有根据上述至少一个实施方式的第一紧固元件和根据上述至少一个实施方式的第二紧固元件。所述中间件具有可以容纳于所述第一紧固元件的安装凹座中的第一耦合部。此外，所述中间件具有可以容纳于所述第二紧固元件的安装凹座中的第二耦合部。所述第一耦合部和第二耦合部的每一者具有至少一个底切部，所述底切部适于配合相应的安装凹座的各个底切部。

换句话说，中间件用作为一种类型的适配器，用于连接两个相同或不同的紧固元件。关键在于，对于各个给出的安装凹座，中间件具有合适的耦合部。特别有利的是，当紧固元件或者至少其安装凹槽相同时，此后中间件可以然后最终确实形成为对称的——至少关于耦合部对称。

特别地，所述中间件与中心平面对称，所述中心平面垂直于所述零件总成的纵轴或垂直于所述紧固元件的联接轴线。

根据中间件的一种实施方式，所述第一耦合部和所述第二耦合部彼此直接连接，即不存在将两个耦合部在空间上彼此分开的中间部件。因此相应的中间件非常紧凑。然而，基本上可以设有空间上分离的中间部件，由此中间部件可以例如用作间隔物。

所述中间件可以具有颈缩部，其在垂直于所述零件总成的纵轴或所述紧固元件的联接轴线的平面中。例如两个耦合部为锥形元件，其收敛端连接在一起，从而中间件在横截面中可以形象地表示为空竹。中间件的材料、或者耦合部的底切部的几何形状设计被设计成，使得可以通过耦合部和/或紧固元件的底切部的变形，将耦合部引入相应的凹部。

本发明还涉及一种零件总成，其包括如上所述至少一个实施方式的第一紧固元件和如上所述至少一个实施方式的第二紧固元件，所述第一紧固元件和所述第二紧固元件通过如上所述至少一个实施方式的中间件彼此连接。特别地，所述第一紧固元件的接触面和所述第二紧固元件的接触面彼此直接接触。

权利要求书、说明书和附图中提出了本发明的其它实施方式。

附图说明

下面将结合优选实施方式和附图通过举例的方式完全地解释本发明。附图为：

图1为本发明一种实施方式的紧固元件的透视图；

图2A为紧固元件的面对零件的端面的轴向视图； 

图2B为穿过图1的紧固元件的剖视图；

图2C为图2B的局部放大图；

图3A示出了根据图1的紧固元件和用于将紧固元件附接至钣金件的辅助性模扣；

图3B示出了在安装状态中的根据图1的紧固元件；

图4A示出了两个紧固元件及用于连接它们的中间件；

图4B示出了处于连接状态中的图4A的两个紧固元件；和

图5示出了彼此连接并连接到平面零件的多个紧固元件的组合。

具体实施方式

图1示出了具有面向零件比如钣金件的安装凹座12的紧固元件10，紧固元件10待固定于零件。安装凹座12通过周边延伸的侧壁16和底部18定界。环形的接触面14形成元件10的侧端面。在安装期间以及安装结束后，紧固元件10平放在零件上并与其接触。

可以自由选择紧固元件10的外部几何形状以及自由设计接触面14，从而匹配对应的需求。

突出部20a、20b、20c从侧壁16沿径向方向并朝向紧固元件10的纵轴L伸出到安装凹座12的内部。突出部20a、20b、20c的横截面基本为楔形形状，这些突出部形成底切部，将在下面对该设计进行详细说明。在突出部20a、20b、20c之间分别设有无底切区22a、22b、22c。侧壁16具有相对于纵轴L基本平行的在区域22a、22b、22c附近的范围。

凸起部分24从底部18同轴于纵轴L延伸，并且大致为圆锥形的形状。应当指出的是，凸起部分24没有突出超过由接触面14限定的平面，而是相对于后者向后设置。换言之，它没有超过该设定的平面伸入外部空间。

图2A示出了紧固元件10的垂直于接触面14的轴向视图，从而清楚示出了紧固元件10相对于纵轴L的旋转对称设计。旋转对称（三重对称）这一特征通过交替排列的突出部20a、20b、20c和无底切区22a、22b、22c体现。凸起部分24相比之下基本上是旋转对称。由于在紧固元件10附接至零件期间，除其他事项外，凸起部分用于推动突出部20a、20b、20c后面的材料，因此，也可以规定凸起部分不为旋转对称，而不必须为旋转对称。基本上还可以规定凸起部分24为规则或不规则形状。

图2B示出了沿图2A所示剖面E穿过紧固元件10的侧视图。

图2C示出了图2B中由虚线圆圈标记的区域的放大视图。它在结合图2A一起观察时，再次清楚地指出了，接触面14不具有凹部或凸起部分，从而限定了单一的平面A。但是，基本上接触面14可以设置有实现例如防止旋转的安全性（security against rotation）的凸起部分和/或凹部。然而，优选地，可以通过其他措施实现防止旋转的安全性。通过交替排列的突出部20a、20b、20c和无底切区22a、22b、22c可以实现关于紧固元件的防止旋转的安全性。然而，径向和/或轴向肋部和/或凹部基本上也可以设置在底部18上和/或在侧壁16上，以防止在安装状态中的紧固元件10转动。

图2C进一步明确指出，突出部20a、20b形成为底切部26a、26b。在所示的侧视图中不能看到由突出部20c形成的底切部。

此外，应当认识到，凸起部分24的高度H，即其最高点和底部18之间的间隔，比安装凹座12的深度T小得多，该深度由接触平面A和底部18之间的间隔限定。

图3A清楚示出了一种将根据图1的紧固元件附接至钣金件28的方法。为此目的提供大致为圆柱体形的模扣30。使紧固元件10和模扣30朝向彼此运动，钣金件28的区域通过模扣30的动作被按压入安装凹座12。凸起部分24从而使得钣金件的一部分材料顺次按压到底切部26a、26b的后面，以这种方式在紧固元件10和钣金件28之间产生可靠的形状匹配连接。钣金件的发生于附接过程中的形变因此为大规模的正向流动按压操作。

图3B示出了通过上述方法制造的包括元件10和钣金件28的零件总成40。

图4A示出了两个紧固元件10和中间件32，两个元件10可以通过中间件彼此相连。中间件32包括两个锥形耦合部32a、32b，分别具有剖面图（左侧）所示的大致为梯形的横截面。耦合部32a、32b在对称平面S中彼此直接接触，从而形成颈缩部34。中间件32的圆周几何形状适合于安装凹座12的圆周几何形状，以便可能将各耦合部32a、32b插入各元件10的相应的安装凹座。在这方面，突出部20a、20b、20c和/或耦合部32a、32b的外缘36a、36b基本上只有弹性形变。在插入过程结束后，耦合部32a、32b以形状匹配方式配合两个元件10的底切部26a、26b，以便可靠地将它们彼此相连。为方便引入中间件32，耦合部32a、32b分别设有插入斜面38a、38b。此外，包围安装凹座12的边缘为圆形。

图4B示出了由图4A所示零件构成的零件总成40'。紧固元件10的凸起部分24导致了中间件32变形，中间件的一部分材料已被另外按压到底切部26a、26b的后面，以使元件10之间的连接更加牢固。然而，在一些应用中，可能可以省却凸起部分24。

中间件32和耦合部32a、32b的成形以及中间件32的材料选择要匹配突出部20a、20b、20c的成形以及紧固元件10的材料硬度，以使中间件能够“卡入到位”，无需突出部20a、20b、20c和/或切掉外缘36a、36b。

图5表示根据本发明的紧固元件的通用性。一种实施方式的紧固元件10'——类似图3B的方式——连接到钣金件28。相对于平面对称地组成紧固元件10'，该平面垂直于纵轴L延伸。换言之，紧固元件10'的两个端面具有相同构造的安装凹座12。这种设计允许与钣金件28相连的紧固元件10'连接到另外的紧固元件10'，该另外的紧固元件可以依次地连接到第三紧固元件10'。以这种方式，可以使用如上图4A和图4B描述的中间件32。显然，可以制造任意期望长度的一连串连接的紧固元件10'。基本上，还可能将不同形状的紧固元件彼此相连，这应该是有必要的。然而，出于成本和处理的原因，优选使用类似的、尤其是对称的紧固元件。

紧固元件10'的未图示的中间部分可以是任意期望的形状，并且可以，如果需要，具有不同的部分满足特定的功能。

不同于上述实施方式，侧壁16也可以具有沿圆周延伸的突出部，即可以省去无底切区22a、22b、22c。正如已经介绍中提到的，为实现防止旋转的安全性，也可以提供横截面为非圆形的基本形状的安装凹槽12。

参考标号列表

10, 10'                 紧固元件

12                        安装凹座

14                        接触面

16                        侧壁

18                        底部

20a, 20b, 20c       突出部

22a, 22b, 22c       无底切区

24                        凸起部分

26a, 26b                     底切部

28                        钣金件

30                        模扣

32                        中间件

32a, 32b                     耦合部

34                        颈缩部

36a, 36b                     外缘

38a, 38b             插入斜面

40, 40'                零件总成

L                          纵轴

E                          剖面

A                         接触平面

H                         高度

T                          深度

S                          对称平面

Claims (21)

1.一种用于附接至零件（28）的紧固元件，其特征在于，所述紧固元件具有在安装状态中接触所述零件（28）的接触面（14），并且具有在所述安装状态中面向所述零件（28）的安装凹座（12）；其中，所述安装凹座（12）由至少一个侧壁（16）及由底部（18）定界，所述侧壁至少区域上设置有在所述紧固元件的轴向上起作用的底切部（26a，26b，26c）；其中，所述底部（18）形成为没有任何开口。

2.根据权利要求1所述的紧固元件，其特征在于，所述底部是平的，或者所述底部具有伸入所述安装凹座（12）的凸起部分（24），所述凸起部分相对于由所述接触面（14）限定的平面（A）向后设置。

3.根据权利要求2所述的紧固元件，其特征在于，所述凸起部分（24）的高度（H）小于所述安装凹座（12）的深度（T）的50%，特别地为小于40%。

4.根据权利要求2或3所述的紧固元件，其特征在于，所述凸起部分（24）与所述紧固元件的纵轴（L）同轴设置和/或居中地设置在所述底部（18）内。

5.根据权利要求2-4中的至少一项所述的紧固元件，其特征在于，所述凸起部分（24）至少区域上为锥形。

6.根据前述至少一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述安装凹座（12）基本上为浅筒形。

7.根据前述至少一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述接触面（14）为环形，特别地为圆形。

8.根据前述至少一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述接触面（14）形成为无凹陷，以便限定单一的平面（A）。

9.根据前述至少一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述侧壁（16）具有多个尤其规律地分布的底切部区域（26a，26b，26c）和多个无底切区（22a，22b，22c）。

10.根据前述至少一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述紧固元件形成为关于所述紧固元件的纵轴（L）对称。

11.根据前述任一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述紧固元件形成为关于平面对称，所述平面垂直于所述紧固元件的纵轴（L）。

12.根据前述至少一项权利要求所述的紧固元件，其特征在于，所述侧壁（16）和/或所述底部（18）具有提供防止旋转的特征部，特别地为沿径向和/或轴向延伸的肋部和/或凹部。

13.一种零件总成，包括如权利要求1-12至少一项所述的紧固元件和尤其为板状形状的零件（26），其中，所述零件（28）的材料被无开孔地按压入所述安装凹座（12），并且一部分所述材料接合于所述底切部（26a，26b，26c）的后面。

14.一种制造如权利要求13所述的零件总成的方法，其特征在于，将权利要求1-12至少一项所述的紧固元件与零件（28）接触，特别地所述零件为板状形状，其中，所述零件（28）的材料通过模扣（30）按压入所述安装凹座（12），从而一部分所述材料接合于所述底切部（26a，26b，26c）的后面。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述模扣（30）至少基本上为圆柱形。

16.一种用于制造零件总成的中间件，所述零件总成包括如权利要求1-12至少一项所述的第一紧固元件和如权利要求1-12至少一项所述的第二紧固元件，其中，所述中间件具有可以容纳于所述第一紧固元件的安装凹座（12）中的第一耦合部（32a）以及可以容纳于所述第二紧固元件的安装凹座（12）中的第二耦合部（32b），其中，所述第一耦合部和第二耦合部（32a，32b）的每一者具有至少一个底切部，所述底切部适于配合相应的安装凹座（12）的各个底切部（26a，26b，26c）。

17.根据权利要求16所述的中间件，其特征在于，所述中间件与中心平面对称，所述中心平面垂直于所述零件总成的纵轴（L）或垂直于所述紧固元件的联接轴线。

18.根据权利要求16或17所述的中间件，其特征在于，所述第一耦合部（32a）和所述第二耦合部（32b）彼此直接连接。

19.根据权利要求16-18至少一项所述的中间件，其特征在于，所述中间件具有颈缩部（34），其位于在垂直于所述零件总成的纵轴（L）或所述紧固元件的联接轴线的平面中。

20.一种包括如权利要求1-12至少一项所述的第一紧固元件和如权利要求1-12至少一项所述的第二紧固元件的零件总成，其中，所述第一紧固元件和所述第二紧固元件通过如权利要求16-19至少一项所述的中间件彼此连接。

21.根据权利要求20所述的零件总成，其特征在于，所述第一紧固元件的接触面（14）和所述第二紧固元件的接触面（14）彼此直接接触地放置。