CN107110193B - 用于将扭矩导入塑料外壳的金属固定件 - Google Patents

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Abstract

在此介绍一种用于接受扭矩或将扭矩导入一塑料外壳(2)中的金属固定件(1)，其中，在固定区域(111)内，固定件具有带3个、4个或5个主角(11)的横截面，这些主角彼此之间通过直线或凹入边缘(12)相连。优选边缘(12)分别通过一个或多个钝角形式中间角(14)整体凸起成拱形。

Description

用于将扭矩导入塑料外壳的金属固定件
技术领域
本专利发明涉及一种根据权利要求1的总括概念所述金属固定件以及相应的塑料外壳。
背景技术
塑料外壳中的金属固定件用于接收或传递作用力，包括例如将塑料外壳固定在一个支架或将盖板固定在该塑料外壳上时产生的扭矩。一般情况下，这类固定件应能充分固定在四周围的塑料外壳中，同时在置放固定件或作用力作用于固定件上时，不会造成四周围塑料外壳强度减弱，甚至被破坏的危险。另一方面，固定件的设计方法应做到，使用的金属材料要尽可能少，由此使重量尽可能轻，此外还要能以经济合理的成本生产制造金属件。
例如，从DE10 2012215587 A1中可知一种类似于权利要求1总括概念所述的负荷导入件，其中外罩表面设有一个带沟槽的轮廓。
从EP 1468199 B1中可知一种支承套或从EP2368051 B1中可知一种紧固件，它们同样具有类似形状。此外，US 2005/0095078还有一个在其基本形状下具有咬边的盲铆钉，这些咬边通过两侧力的作用会进一步变形。
从DE 10 2009039817 A1中可知一种用于挤压进一金属板部件的自攻自挤螺母件，在这类金属板部件中，螺母件在金属板上自攻自挤出一个冲孔，此时，金属板中被挤出的材料在自攻自挤螺母件四周形成一规定的沟槽，并由此形成一个咬边。
带这类沟槽的固定件在制造技术工艺上非常复杂，因此成本较高，而且，比在类似槽口中挤压开塑料材料所必须的变形程度更为剧烈。这在自攻自挤塑料开孔，尤其是自攻自挤壁厚有相应限制的塑料圆顶罩时是无法实现的，或存在壁面可能被撕裂的危险。
尽管从DE 297 18 724 U1中已知一种由一个金属件和至少一个纤维增强塑料制成的平面元件组成的元器件连接。在这种平面元件中，固定区域无凹口、沟槽甚或咬边，并在横截面经倒圆处理的角通过直线形边缘相连。但在那里固定件始终有一连接段。在该连接段上，元件与额外需要的其他金属件通过电焊或塞焊连接，即不是在最初通过压入塑料固定。另外，没有规定这类元器件连接，以便在其上面能进行待固定的螺栓连接。此外，从DE103 19 978 A1中已知一种不应接受扭矩，而是通过一个长孔形式实现多个相应排列成行的孔之间公差补偿的金属嵌件。在塑料上孔的横截面根据嵌件横截面进行调整匹配。
另外，应尽可能使用无铅材料，以减少环境污染，但几种前面已知的模塑成型要求切削加工，因此在固定件材料中需要含有铅成分。
此外，如果固定件不必作为插入式部件用塑料外壳材料注塑包封，而是例如象已知带圆柱形固定区域的固定件那样，可事后简单地将固定件压入一开孔中，则可简化塑料外壳的加工制造。
但之后必须将这类有较高裕量的固定件挤压入塑料外壳的一个相应开孔中，这又加高了开孔四周所需的塑料外壳边缘。
尤其是在构成从塑料外壳凸起、用于安置固定件的塑料圆顶罩时，又特别不希望如此实施，因为与塑料外壳内设置的电路板相比，这类塑料圆顶罩的宽度增大了塑料外壳的尺寸。如果电路板要与塑料圆顶罩夹紧，那么同样会减少电子元器件可用的电路板面积。
也就是说，所有这些要求是相互矛盾的，需要相应权衡。本发明的任务是介绍一种特别适用的固定件。
发明内容
这一任务通过独立权利要求的特征加以解决。由从属权利要求中得出本发明有益的其它构成方式，其中也可考虑将单独的特征进行组合以及构成其他方式。
本发明的主要想法是，固定件在固定区域内有3个、4个或5个主角，这些角之间通过直线或凸起的边缘相互连接，并在那里正好没有凹入的凹口、沟槽甚或咬边。
为了避免进一步混淆，再次明确，凹入和凸出的概念涉及固定件固定区域横截面的边缘。其中，凹口、沟槽或咬边伸入材料，从两个角点直线连接向内拱起，因此后面根据常规定义称其为凹入。由于开始已阐述的缺点，本发明取消了这种形式，并且边缘呈直线或向外拱起，即凸起成形。
这类模塑成型可优选使用无铅的金属材料通过冷挤压锻造成型的方式制成。此时，主角在后面分别抓住固定件四周边缘区域内的一部分塑料材料，使得在压入这类固定件，特别是将一分部塑料材料从主角挤入该边缘区域内时，相对于理论圆直径复原的边缘范围具有相应的塑料边缘。
为了能够实现螺栓紧固，根据本发明固定件有三种选择：
a)一个具有规定尺寸公差范围下限的圆柱形孔(13)用于安装一个自攻螺钉(3)或
b)一个内螺纹，或
c)一个通过外螺纹与固定件连接的轴颈(17)。
如果要进一步增加主角数量，例如选择6个甚至更多主角，只有通过固定件和塑料材料四周边缘之间的附着摩擦来增加固定。
在一种特别优选的实施方式中，固定件有3个主角，其中，边缘分别通过一个或多个钝角中间角凸起成拱形。
中间角的角度更大，即比三个主角呈钝角形式的120度更大，并与主角隔开布局。由此，即使在规定的固定件内部孔径以及规定具有较小对角宽的最小壁厚条件下，也可实现固定件的设计制造。
原则上也可考虑成凸起曲线形状的边缘，但这在制造技术工艺上更加复杂。
这类固定件尤其可设置一个具有规定尺寸公差范围下限的圆柱形孔，用于安装自攻螺钉，并由此，尤其在旋入此螺钉以及在固定件中开孔周围的相应边缘区域内形成沟槽时，形成关键的扭矩负荷。
作为替代选择，可给孔设置一个成品内螺纹，并用传统螺钉进行固定。另一种替代选择方案是，将固定件与轴颈通过一个外螺纹相连，例如可将一台电机固定在其上面。
优选对主角进行倒圆处理，其中，优选主角的圆形区域最大为主角之间边缘长度的10％。
在一种作为可压入一个塑料外壳开孔中的固定件的特别优选的另一方式中，固定件沿中轴方向在插入方向有一个带向内朝中轴呈锥形外周的插入区域，由此，这类固定件可在插入时自动定心并补偿一定的制造公差。
尤其在相反一面，固定件可在沿中轴方向有一个带从中轴向外走向边缘的边缘区域，该边缘的外周比固定区域中的更大。该边缘扩大了例如电路板或外壳盖的固定表面或支承面，还可作为将固定件挤压入塑料外壳时的限位装置。
除了这类固定件外，作为同样流通的独立单元，塑料外壳还可要求配置根据上述权利要求中任一权利要求所述的固定件。由此得出一种特别优选的其他方式或简化方式，即压入固定件前，塑料外壳具有圆柱形压入孔，由于这类圆柱形压入孔一方面非常易于制作，另一方面还可实现该类固定件的模塑成型，总之，可将固定件压入这类圆柱形压入孔，即表面横截面呈圆形的圧入孔中。
不同于将圆柱形金属螺栓压入一个塑料外壳中，可通过一个根据本发明所提供的的固定件，相对于压入前压入孔表面横截面尺寸以较小裕量完成固定件的表面横截面尺寸，并由此得出，固定区域内的压入孔在压入固定件后具有大于压入前压入孔表面横截面尺寸最多7％的表面横截面尺寸，优选小于3.5％。
由此，固定件周围塑料外壳的机械负荷会被减小，这在挤压进塑料外壳凸起的塑料圆顶罩时，可采用相应的小直径或较小壁厚来实现。
由此可实现压入孔(21)的表面横截面尺寸在挤压入之前，相当于塑料圆顶罩(22)表面横截面尺寸的25％至60％，即可使用与塑料圆顶罩表面横截面相关、根据比例相对较大的固定件，而不存在塑料圆顶罩侧壁被撕裂的危险。
附图说明
下面根据实施例，参照示意图对本发明进行详细说明。其中：
图1 根据第一个实施方式的一个固定件剖面图
图2a置入固定件前的塑料外壳
图2B带有所组装固定件的塑料外壳
图2C固定件被除去的塑料外壳
图3 3个主角时的固定件和塑料外壳
图4 4个主角时的固定件和塑料外壳
图5 5个主角时的固定件和塑料外壳
图6 不同的边缘形状和由此形成的尺寸
图7 带内置固定件的一个塑料外壳安装区域截面
图8 带预制螺栓的固定件
具体实施方式
图1A展示了一个沿中轴X向带有一个纵向截面的固定件第1个实施例。其中，固定件1有一个固定区域111。在该优选实施例中，上侧，在该固定区域111上连接了带四周围绕边缘16的边缘区域116。
一方面，在将固定件压入相应塑料外壳的开孔中时，该四周围绕的边缘116可作为限位装置。另一方面，该边缘可作为加大的支承面，例如为电路板4或在那里同样用于固定外壳部件的、图7中所示的一块底板5提供相应的大面积支承。其中，该边缘16的大小和形状可进一步自由选择，例如也可保持为圆形，不必像下面有待进一步讨论的那样，具有固定区域111的主角11。
在图1A上沿中轴的下侧，固定件1有一个带向内朝中轴(X)以可识别的斜度(15)呈锥形外周的插入区域(115)。在压入侧的该插入区域115用于简化插入塑料外壳的压入孔。不同于下面详细讨论的固定区域111内固定件1的外周形状，插入区域115可呈锥形至一个圆形外周。
图1B展示了图1A中已提到的固定区域111的横截面，在该区域有三个主角(11)，它们彼此之间通过边缘(12)相连。
图1B以草图形式介绍了此边缘12的一种特别优选的实施方式，即分别有2个钝角形式中间角(14)，使边缘的整个形状易于向外凸起成拱型。但须明确指出，原则上可考虑直线边缘或其他凸起的边缘形状或例如仅有一个钝角形式的中间角(14)。然而，由于制造技术工艺方面的缺点，在此固定区域111内没有设置沿中轴X方向凹口或咬边。对专门的边缘模塑成型将结合图6进行更详细的讨论。
下面同样将参考图3、图4和图5对主角11可能的替代选择数量进行详细讨论。
但首先应参考图2A至2C阐述塑料外壳2的一种特别优选的实施方式。其中，图2A是所谓塑料圆顶罩，即例如在图7中所显示截面的、从塑料外壳凸出的、主要为空心圆柱体的俯视图。
该塑料圆顶罩22有一个优选为圆形，并至少在固定件的固定区域111中相应区域内具有一个直径D21的开孔21。在有关图7的塑料圆顶罩22下端，也可构成用于狭窄附加边缘25的开孔，但该边缘沿插入方向位于较深的位置，以便能通过固定区域111完全插入固定件1。
塑料圆顶罩22具有一个外径D22，并得出作为(D22-D21)/2的圆顶罩相应壁厚。此时，圆顶罩内径D 21比图1B中所示主角11和各相对的边缘12之间的对角宽112小一规定的尺寸，以便产生固定件1的挤压配合，其中，开孔21边缘的塑料材料不仅沿压入方向挤压，而且也被挤压进位于主角侧面的开孔21的边壁区域。由此，一方面塑料圆顶罩22的负荷比压入具有与对角宽112相应直径的圆形螺栓时更小，但另一方面由此主角11从后面抓取的塑料材料在扭矩负荷方面具有更好的强度。
在压入固定件后，压入孔21在固定区域具有超过压入前压入孔21表面横截面尺寸最大7％的表面横截面尺寸，优选小于3.5％。这样可实现压入孔21的表面横截面尺寸在压入前相当于塑料圆顶罩2)的表面横截面尺寸的25％至60％，即可使用与塑料圆顶罩表面横截面尺寸相关、根据比例相对较大的固定件，而不存在塑料圆顶罩边壁被撕裂的危险。
图2B以草图形式展示带所压入固定件1的塑料圆顶罩22的截面。为了更直观说明压入时固定件的作用以及孔21的变形，在图2C中以草图形式介绍已重新移除固定件1的开孔21。在此，可明确发现，主角11切入孔21壁中的区域221以及额外构成相应挤出材料的区域222，由此甚至可在那里部分覆盖下边缘25。
图3再次展示了已在图1和图2中描述的实施方式。该方式有3个主角以及特别优选的中间角。
与此相反，图4以草图方式介绍了在此情况下有4个主角的实施方式，这些主角同样进行了倒圆处理，但与直线边缘12相连。
图5以草图形式介绍了另一个有5个主角的优选实施方式。这5个角以规则的五角形式分别相互错位72度排列，并经倒圆处理，其中与主角11各相对边缘12呈直线结构。
在所有情况下，主角11在塑料外壳中的孔21边缘区域内分别提供一个相应的凹口，用于将材料挤入相邻的相应边壁区域内。但如果要进一步将主角11的数量增加到5个以上，形成的外周形状不断变得更加类似圆形，并在可抓取的边壁区域内主角11的形状变得更小，由此，关键的发明作用无法充分发挥，所以5个以上的主角数量看起来是不合适的。
图6A至6C下面以草图形式根据分别带有3个主角的示例说明边缘造型对固定件以及塑料外壳，尤其是塑料圆顶罩各相应临界的最小厚度的影响。
如果我们确定，所有3个示例均有一个统一的内径D13以及主角D33上理论上具有统一的圆直径，那么可得出明显更小的固定件D123最小壁厚。
为了使固定件达到足够的强度，其壁厚不得低于最小壁厚。
如果考虑例如孔13是一个用于安装自攻螺钉3或是一个配备有内螺纹并用于旋入螺钉3的钻孔，那么在此壁厚D123上会有相应机械负荷就不言而喻了。从给出的内径D13和最小壁厚D123得出直径D33。该直径在变异方式A中必须比变异方式B和C中大得多。由此，塑料圆顶罩也必须相应变大。
在图6B中3个主角(11)通过边缘(12)连接，这些边缘分别有2个钝角形式的中间角(14)和直线形中间段124，使边缘12的整个形状分别凸起成拱形。在此中间角14优选分别与主角11相同的距离布局，其中可考虑取代图6中所示的2个中间角14，也可选择仅有一个中间角甚或3个中间角的实施方式，其中，所述中间角14分别比主角11的钝角角度更大。
与此相反，图6C以草图形式展示了连续凸起向外呈拱形的边缘122，该边缘相对于图6A中的直线边缘121，可实现更大的最小壁厚D123c>D123a。
图7以草图形式再度展示了由一个塑料外壳部件2和一个中间压入一个根据本发明所述金属固定件1的塑料圆顶罩22组成的电子组件外壳固定区域截面。所述外壳在相对面通过第2个外壳部件5封闭，其中该外壳部件例如也可采用金属构成。这两个外壳部件2和5通过一个旋入固定件1的螺钉3相互连接。另外，在第2个外壳部件5和第1个外壳部件2或固定件1的边缘16之间设置了一个带有电子组件的电路板，在那里也进行了固定。作为替代选择，这种使用螺钉3的实施方式也可考虑通过铆钉固定。固定件1在固定区域111内无咬边，并沿X轴方向具有比塑料圆顶罩22的孔长度较短的长度。
与此相反，图8以草图形式介绍了另一种实施方式。该实施方式采用一个与固定件1连接的、带外螺纹的轴颈(17)，其中固定件1的固定区域111具有前面已详细阐述的横截面形状。这种实施方式也适用于固定件(1)用无铅金属材料通过冷挤压锻造成型方式生产制造。

Claims (18)

1.用于压入一个塑料外壳(2)的开孔中并接受或导入塑料外壳(2)内扭矩的金属固定件(1)，其中，
固定件在固定区域(111)中
没有凹陷的凹口、沟槽或咬边，并
在其横截面形式中有3个、4个或5个相互间通过直线或凸起边缘(12)相连的主角(11)，其中，
固定件(1)具有：
a)一个具有规定尺寸公差范围下限的圆柱形孔(13)用于安装一个自攻螺钉(3)或
b)一个内螺纹，或
c)一个通过外螺纹与固定件连接的轴颈(17)。
2.根据权利要求1所述的金属固定件，其特征在于，固定件在其横截面形式之中有三个主角(11)，其中，边缘(12)分别通过一个或多个钝角形式的中间角(14)凸起成拱形。
3.根据权利要求1所述的金属固定件，其特征在于，固定件(1)用一无铅的金属材料并通过冷挤压锻造成型方式生产制造。
4.根据权利要求1所述的金属固定件，其特征在于，主角(11)进行了倒圆处理。
5.根据权利要求4所述的金属固定件，其特征在于，所述主角(11)的圆形区域最大为主角之间边缘(12)长度的25％。
6.根据权利要求1所述的金属固定件，其特征在于，在中轴(X)方向，固定件在一面有一个带向内朝中轴(X)呈锥形的外周(15)的插入区域(115)。
7.根据权利要求1所述的金属固定件，其特征在于，在中轴(X)方向固定件在一面有一个从中轴向外延伸的边缘(16)的边缘区域(116)，其外周大于固定区域(111)中的外周。
8.带有一个根据上述权利要求中任一权利要求所述金属固定件的塑料外壳。
9.根据权利要求8所述的塑料外壳，其带有一个压入固定件前的圆柱形压入孔和一个根据权利要求1至7中任一权利要求所述的被压入该压入孔的固定件。
10.根据权利要求8或9所述的塑料外壳，其中固定区域中的压入孔(21)在压入固定件后具有比压入前压入孔(21)表面横截面尺寸最多大7％的表面横截面尺寸。
11.根据权利要求8或9所述的塑料外壳，其中固定区域中的压入孔(21)在压入固定件后具有比压入前压入孔(21)表面横截面尺寸最多大3.5％的表面横截面尺寸。
12.根据权利要求8或9所述的塑料外壳，其中塑料外壳中开孔(21)布置在一个塑料圆顶罩(22)中。
13.根据权利要求10所述的塑料外壳，其中塑料外壳中开孔(21)布置在一个塑料圆顶罩(22)中。
14.根据权利要求11所述的塑料外壳，其中塑料外壳中开孔(21)布置在一个塑料圆顶罩(22)中。
15.根据权利要求12所述的塑料外壳，其中，压入孔(21)在压入前具有一个表面横截面尺寸，该尺寸在塑料圆顶罩(22)表面横截面尺寸的25％到60％之间。
16.根据权利要求13所述的塑料外壳，其中，压入孔(21)在压入前具有一个表面横截面尺寸，该尺寸在塑料圆顶罩(22)表面横截面尺寸的25％到60％之间。
17.根据权利要求14所述的塑料外壳，其中，压入孔(21)在压入前具有一个表面横截面尺寸，该尺寸在塑料圆顶罩(22)表面横截面尺寸的25％到60％之间。
18.根据权利要求8所述的塑料外壳，其特征在于，金属固定件的固定区域(111)在中轴(X)方向具有比塑料外壳中规定孔(21)相应长度更小的长度。
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