CN107076195B - 用于热塑性材料制成的部件的螺钉连接件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺钉连接件，包括支撑部件(2)、附加部件以及螺钉(3)，该螺钉用于将支撑部件(2)固定至附加部件，其中，所述支撑部件(2)具有由塑料制成的待被刻螺纹的管(4)，该待被刻螺纹的管以摩擦嵌合和正嵌合来容纳螺钉(3)，其中，待被刻螺纹的管(4)由热塑性泡沫构成，并且螺钉(3)具有钝边螺纹(5)，并且其中，泡沫随着螺钉被拧入待被刻螺纹的管(4)而被压缩。本发明还涉及一种对应的螺钉以及利用螺钉(3)将支撑部件(2)连接至附加部件的方法。

Description

用于热塑性材料制成的部件的螺钉连接件
技术领域
本发明涉及一种螺钉连接件，包括支撑部件、附加部件和用于将支撑部件固定至附加部件的螺钉，其中，支撑部件具有塑料制成的待被刻螺纹的管(tube to bethreaded)，该待被刻螺纹的管用于通过摩擦嵌合和正嵌合来容纳螺钉。本发明还涉及一种借助螺钉将支撑部件连接至另一部件的方法。
背景技术
塑料主要由于其高强度和低重量而在多个领域中使用，诸如汽车工业。对于用于获得塑料部件的可拆卸连接的螺钉连接具有特殊要求，传统的钣金螺钉或木螺钉或者不充分地满足或者完全不满足这些要求。
在现有技术中特别地已知螺纹成型螺钉或螺纹滚压螺钉，它们被归入“木螺钉”术语下。它们主要由头部和螺杆芯构成，螺杆芯为在螺钉的尖端处或多或少地逐渐变细成点的细长锥或销的形状。螺杆芯由从螺纹根部径向地凸出的螺旋外周切削缘包围，该螺旋外周切削缘过渡到切削螺纹的两个牙侧(flank)中，且具有或多或少的急弯部。反过来，牙侧设置有从螺纹根部到牙顶的恒定的螺距，结果，在两个牙侧线之间获得均匀的螺纹角。这种类型的螺钉还用于将塑料螺固在一起。
另外，在汽车工业中，集中于轻量化结构的竞争导致了塑料的应用范围不断扩大，包括了物理或化学泡沫的使用的增加，该物理或化学泡沫利用空气(氮气，CO2)代替塑料材料。在使用
Figure BDA0001259131950000011
或类似工艺生产的物理泡沫的情况下，将诸如氮气、二氧化碳或化学发泡剂这样的物质在超临界状态下在压力下注入熔融塑料中并均匀分布。在注入非加压模具中之后，气体与熔体分离并形成了细孔泡沫结构。保持压力的省略和降低的粘度、最小化或消除的凹痕和应力是支持这种趋势的主要方面。
当在包括泡沫塑料的塑料中使用时，所有已知的螺钉都具有例如通过使螺入口破裂或者应力破裂而损坏其所进入的塑料的缺点。同时，所述螺钉还需要相对高的旋入扭矩。在螺钉连接件中，当使用MuCell注塑成型件时，压缩层被损坏，导致传统的螺钉完全失去其在泡沫层的剩余部分中的保持作用。
发明内容
因此，本发明的目的是创造一种螺钉，其中，以相对高的旋入扭矩确保螺钉与泡沫塑料之间的直接的、高负荷的连接，特别是在具有不同稠度的塑料的情况下。
通过独立权利要求1和10的特征实现该目的。
根据本发明，提供一种螺钉连接件，其包括支撑部件、附加部件和螺钉，该螺钉用于将支撑部件固定至附加部件，其中，支撑部件具有由塑料制成的待被刻螺纹的管或者螺纹凸台，用以通过摩擦嵌合和正嵌合(positive fit)来容纳螺钉。此处，待被刻螺纹的管由热塑性泡沫制成，并且螺钉具有钝边螺纹，其中，螺钉随着其被拧入而压缩待被刻螺纹的管的泡沫。
根据本发明的轮廓形式，使得热塑性泡沫通过螺钉被拧入时的塑性变形和摩擦而能够使其形状紧密地适合于钝的螺纹牙顶和根部，而不被切割。换言之，虽然螺钉被拧入材料中，材料移位并且被压缩，但是不被侵入式地切割。因此避免了待被刻螺纹的管或者螺入口的破裂或者开裂，这是因为被螺钉压印的螺纹对于螺钉的过度拧紧，即对于切割螺钉螺纹的剪切力具有更强的抵抗性。
在从属权利要求中得到有利的实施例。
螺钉优选地具有多个螺纹，螺纹具有至少部分地比待被刻螺纹的管的内径大的外径。这确保了螺钉的至少一些部分刺入管内而不切割其外压缩层。
螺钉优选地具有带有30°至90°的，优选地>60°的牙侧角的钝螺纹。钝螺纹，也即牙侧与螺纹根部之间的圆形过渡，使得得到了无切口的螺钉轮廓，从而进一步降低了作用在塑料和/或泡沫上的应力。牙侧与螺纹根部之间的过渡可以逐段地发生，第一区段的螺纹范围具有30°至90°，优选地>60°的牙侧角。牙侧与螺纹根部之间的过渡中的第二区段呈现出具有145°至170°的角度的切向过渡。第三区段包含两牙侧之间的螺纹根部，并且呈现了具有170°至180°的角度的圆形区段。
螺钉优选地具有带有圆边的螺纹。
依据螺钉长度和直径，螺钉优选地具有大于2mm的螺纹间距。
本发明的另一有利实施例提出：部件的待被刻螺纹的管的热塑性泡沫是在化学或者物理发泡工艺，特别是MuCell工艺中制造的。这产生了给出的螺钉的几何形状非常适合的内管和外管结构，以确保螺钉与泡沫塑料之间的高负荷连接，特别是在具有不同稠度的塑料的情况下。
至少待被刻螺纹的管优选地由带有压缩外层的微孔泡沫或者一体泡沫构成。为提高热绝缘性能，塑料层可以包括气体沉积物。例如可以使用MuCell工艺生产这些气体沉积物。在该方法中，在注射过程中，将少的精确的量的氮和二氧化碳引入塑料熔体中。借此，能够获得无应力的细胞结构，因此尺寸非常均匀。然而，除了使用氮气和二氧化碳之外，还可以使用其它化学或物理发泡剂。
塑料层优选地具有允许细胞孔隙浓度在塑料层体积的107至1010个细胞/cm3范围内的气体沉积物。
待被刻螺纹的管优选地具有0.1至3mm厚的侧壁和0.1至3mm厚的底部。
支撑部件和/或附加部件由塑料，通常是热塑性泡沫，通过使用化学或物理发泡工艺，尤其是MuCell工艺制成。
本发明还涉及一种借助螺钉将支撑部件连接至另一部件的方法。该方法包括以下步骤：
使用化学或者物理发泡工艺，特别是MuCell工艺从由热塑性泡沫形成带有待被刻螺纹的管的支撑部件；
提供螺钉，该螺钉具有多个钝边螺纹，该钝边螺纹的外径至少部分地比待被刻螺纹的管的内径大；
将附加部件放置在待被刻螺纹的管上；以及
以非螺纹滚压的方式将螺钉通过附加部件而旋入待被刻螺纹的管中，其中，螺钉随着其被拧入而压缩待被刻螺纹的管的泡沫。
附图说明
下面参考附图更加详细地说明本发明的各个实施例。
在附图中：
图1示出通过具有螺纹滚压螺钉(背景技术)的传统的紧密注塑成型材料的塑料管的截面；
图2示出通过使用MuCell工艺生产的、具有根据本发明的螺钉的塑料管的截面；以及
图3示出另一实施例中的使用MuCell工艺生产的、具有根据本发明的螺钉的塑料管的截面。
具体实施方式
图1示出通过带有传统的螺纹滚压螺钉的紧密注塑成型材料的现有技术塑料管4的截面的侧视图。当在塑料中使用时，已知的尖锐边缘的螺钉具有通过使螺入开口破裂或通过应力破裂而损坏被旋入的塑料的缺点。同时，需要相对高的扭矩以驱动螺钉。
在使用MuCell注塑成型件的螺钉连接件中，压缩层被这种螺钉损坏，结果，传统的螺钉完全失去其在泡沫层的残留物中的保持作用。
图2示出利用根据本发明的螺钉3的使用MuCell或其他类似工艺制造的塑料管4的截面的侧视图。螺钉3的外形可以是圆锥形的。螺钉的直径通常在1mm与8mm之间。螺钉的尖端可以是钝的或者是尖锐的。此处，螺钉的端部可以具有短的、尖的切削部，其然后过渡到钝的形状。所述过渡可以是连续的或者是突变的。
待被刻螺纹的管4由带有压缩的外层的微孔泡沫或者一体泡沫构成。关于螺钉，带有钝形的螺纹牙顶5和圆形螺纹根部的轮廓使得热塑性泡沫的压缩外层能够在螺钉旋入时通过塑性变形和摩擦而使其形状紧密地适应螺钉，而不被切割。附图中直接示出了材料移位或者压缩。避免了待被刻螺纹的管4的破裂或断裂。
例如，此处牙侧与螺纹根部之间的过渡是逐段进行的。作为第一区段，图2中的外螺纹区域具有钝螺纹，该钝螺纹的螺纹角为30°至90°，优选为>60°。到第二段或区段的过渡可以是清晰的突变。牙侧与螺纹根部之间的过渡中的第二区段呈现出具有145°至170°的角度的切向过渡。第三区段包含两牙侧之间的螺纹根部，并且呈现了具有170°至180°的角度的圆形区段。
在另一实施例中，图3示出了通过使用MuCell或类似工艺生产的塑料管4的截面图，且具有在拧入操作之前和之后的根据本发明的螺钉3。示出的待被刻螺纹的管4呈现为应力消除管，其基本上比压缩管小。当被旋入时，螺钉3挤入待被刻螺纹的管4的外层，或者一直贯通管的底部。

Claims (14)

1.一种螺钉连接件，该螺钉连接件包括支撑部件(2)、附加部件以及螺钉(3)，该螺钉用于将所述支撑部件(2)固定至所述附加部件，其中所述支撑部件(2)具有塑料制成的待被刻螺纹的管(4)，该待被刻螺纹的管(4)用于以摩擦嵌合和正嵌合来容纳所述螺钉(3)，
其中，所述支撑部件(2)由热塑性的泡沫构成，并且所述螺钉(3)具有钝边的螺纹(5)，并且其中，所述泡沫随着所述螺钉被拧入所述待被刻螺纹的管(4)而被压缩，
其中，所述螺钉具有若干螺纹(5)，该螺纹(5)的外径至少部分地比所述待被刻螺纹的管(4)的内径大。
2.根据权利要求1所述的螺钉连接件，其中，所述螺钉(3)具有钝的螺纹(5)，该螺纹(5)的牙侧角为30°至90°。
3.根据权利要求1所述螺钉连接件，其中，所述螺钉(3)具有带有圆边的螺纹(5)。
4.根据权利要求1所述螺钉连接件，其中，所述螺钉(3)具有大于2mm的螺纹间距。
5.根据权利要求1所述螺钉连接件，其中，使用化学或者物理发泡工艺制造支撑部件(2)的所述待被刻螺纹的管(4)的热塑性泡沫。
6.根据权利要求5所述螺钉连接件，其中，所述的化学或者物理发泡工艺是MuCell工艺。
7.根据权利要求1所述螺钉连接件，其中，至少所述待被刻螺纹的管(4)由带有压缩外层的微孔泡沫或者一体泡沫构成。
8.根据权利要求1所述螺钉连接件，其中，所述待被刻螺纹的管(4)具有外层，该外层具有0.1至3mm的侧壁厚度以及0.1至3mm的底部厚度。
9.根据权利要求1所述的螺钉连接件，其中，所述支撑部件(2)和/或所述附加部件由使用化学或物理发泡工艺制造的塑料泡沫而制成。
10.根据权利要求9所述的螺钉连接件，其中，所述化学或物理发泡工艺是MuCell工艺。
11.根据权利要求9所述的螺钉连接件，其中，所述塑料泡沫是热塑性泡沫。
12.根据权利要求2所述的螺钉连接件，其中，所述牙侧角大于60°。
13.一种借助螺钉(3)将支撑部件(2)连接至附加部件的方法，所述方法包括以下步骤：
使用化学或者物理发泡工艺形成具有由热塑性泡沫制成的待被刻螺纹的管(4)的支撑部件(2)；
提供螺钉(3)，该螺钉(3)具有多个钝边的螺纹(5)，该钝边的螺纹的外径至少部分地比所述待被刻螺纹的管(4)的内径大；
将附加部件放置在所述待被刻螺纹的管(4)上；以及
以非螺纹滚压的方式使所述螺钉(3)穿过所述附加部件而旋入所述待被刻螺纹的管(4)中，其中，所述待被刻螺纹的管(4)的泡沫随着所述螺钉(3)被拧入而被压缩。
14.根据权利要求13所述的借助螺钉(3)将支撑部件(2)连接至附加部件的方法，其中，所述化学或者物理发泡工艺是MuCell工艺。
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