CN107438493A - 固定元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于连接至部件(12)的固定元件(10)，其中，固定元件(10)包括带有驱动结构的凸缘，其中，连接区域形成于凸缘，通过连接区域的熔化，能够利用摩擦焊接将固定元件(10)固定至部件(12)。固定元件(10)包括轴，该轴布置在凸缘的与连接区域相反的一侧。固定元件(10)还包括在轴向上位于轴和连接区域之间的引导区域，该引导区域包括引导表面，该引导表面包括外表面的至少一部分，该外表面的至少一部分与向着连接区域的方向而变宽的圆锥形相关联。本发明的特征在于引导区域在其朝向轴的一端具有平坦表面，其中，该平坦表面在径向上的延伸长度大于轴的直径。

Description

固定元件
技术领域
本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的类型的带有轴的固定元件，以及如权利要求1的前序部分所述的类型的用于安装该种固定元件的工具。
背景技术
专利DE 20 2004 014 071 U1涉及一种通用的带有凸缘的固定元件，该凸缘具有用于附接至部件的连接区域。在凸缘的背对连接区域的一侧，固定元件还包括轴。为了将固定元件连接至部件，由驱动工具在凸缘表面施加轴向力，该驱动工具具有在轴区域上滑动的管状压力件。凹部用于沿旋转方向固定该固定元件，以能够通过驱动工具的旋转而将固定元件焊接至部件。
压力件确保螺栓不受冲击地旋转，因此，螺栓将绕着位于轴的轴线上的旋转轴线顺畅地旋转。
该布置的缺陷是，压力件的内径必须非常精确地适配轴径，以确保所期望的功能。在此布置中，圆锥形的插入辅助件便于安装精确配合的工件。因此，对于每个轴径都需要一个匹配的工具。而且，考虑到高配合精度的要求，仅能容忍轻微的材料腐蚀，因而该布置容易磨损。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述缺陷。
该目的由权利要求1的特征部分和前序部分的特征共同实现。
本发明的有利实施方式在从属权利要求中详细描述。
在一个已知的方式中，用于连接至部件的固定元件包括带有驱动结构的凸缘，连接区域一体地形成于所述凸缘，通过连接区域的熔化，能够利用摩擦焊接将固定元件固定至所述部件。固定元件还包括轴，该轴布置在凸缘的与连接区域相反的一侧。固定元件还包括在轴向上位于轴和连接区域之间的引导区域，所述引导区域包括引导表面，其一部分与向着连接区域的方向而变宽的圆锥形相关联。
本发明的特征在于，引导区域在其朝向轴的一端具有轴向压力表面，其中，所述轴向压力表面在径向上的延伸长度大于轴的直径。由于装配所需的轴向压力能够通过端面传递，该端面尤其为平面并垂直于轴的轴线，因而，引导区域仅发挥居中定位功能。这极大地减少了工具的磨损。此外，由此避免了任何不均匀的旋转运动。
更具体地，轴向压力表面为偏离凸缘或轴的环形表面的形式。压力件具有环形表面以及用于传递接触压力并在操作期间提供居中定位引导的圆锥形凹部，能够与过渡到侧向引导表面的该环形表面接合。结果，该环形表面的大部分区域能够自由地设计，而不用考虑任何居中定位功能。
例如，可以提供一种驱动工具以驱动这种固定元件，该驱动工具包括具有环形表面的压力件，该压力件的凹部大于轴径，并且，该压力件的外部尺寸大致对应于端面的延伸尺寸。并且，压力件可以设计成环形表面形成锥台的上表面，该锥台的径向尺寸沿固定方向变宽。这种外表面因而将与引导区域的引导表面形成接触区域，并且，环形表面同时按压在轴向压力表面上。
这允许旋转的固定元件在固定过程期间被可靠地保持居中。固定元件的位于引导区域中的侧向圆锥形的引导表面因而允许在设计轴时不需要考虑任何居中定位的要求。这使得可以仅使用单个驱动工具来处理具有小于凹部的直径的不同轴径的固定元件。可以设置均一的引导区域以满足这种需要。
由此，以特别有利的方式实现引导区域布置于轴和凸缘之间。这也允许在设计带有驱动部的凸缘时无需考虑任何居中定位的要求。在这种布置中，引导区域在驱动部内径向地延伸。这确保了顺畅的引导。而且，该设计尤其适于冷成型的产品。
在上述实施方式中，引导区域能够偏离凸缘。这允许压力区域、引导区域以及驱动区域彼此分离。
在又一个实施方式中，凸缘可以包括引导区域。这意味着引导区域向着连接区域的方向顺畅且无偏移地过渡到带有驱动结构的凸缘。
在一个优选的实施方式中，引导表面为相关联的圆锥形的全部周向外表面。该特定的旋转对称设计因而避免了环绕轴的轴线的不平衡。
优选地，引导区域的圆锥形能够与固定元件的轴线形成35°至65°的角度。该角度范围能够在旋转期间实现特别优异的居中定位效果。
尤其呈环形的压力表面的延伸长度设置成安装固定元件所需的接触压力能够从驱动工具的压力件经由压力表面传递到固定元件。
压力表面的延伸长度本质上取决于部件的材料以及固定元件的材料。
朝向轴的端面的延伸长度比轴的直径至少大10％，才足以传递接触压力。这允许为固定元件提供足够的压力表面。例如，对于6毫米的常规轴径，端面的直径至少为7毫米。
另一个优选的实施方式中，端面的外径为7毫米，轴的外径为6毫米、5毫米、或4毫米。引导区域和凸缘的具体设计使得可以使用单个驱动工具设计以可靠地附接多个不同标准的轴径，且无需改变驱动工具。
更具体地，轴为螺纹型轴，其轴径对应于螺纹的外径。
端面优选的垂直于轴的轴线，因而具有特定的旋转对称设计，该设计在安装过程期间极大地改善了居中定位。
固定元件可以优选地包括具有端的连接区域，该端设计成固定接触区域。
在尤其有利的实施方式中，固定元件可以设计成由连接区域确定的接触区域平行于端面，优选两者均与轴的轴线垂直。接触区域和端面的平行定向能够确保固定元件在旋转期间顺畅地运转。
本发明还涉及包括连接至部件的固定元件的固定系统，其中，所述固定元件包括带有驱动结构的凸缘，连接区域一体地形成于凸缘，通过连接区域的熔化，能够利用摩擦焊接将固定元件固定至部件，其中，固定元件具有轴，该轴布置在凸缘的与连接区域相反的一侧。固定元件还包括在轴向上位于轴和连接区域之间的引导区域，该引导区域包括引导表面，该引导表面包括外表面的至少一部分，该外表面的至少一部分与向着连接区域的方向而变宽的圆锥形相关联。
固定系统还包括用于附接上述类型的固定元件的工具，所述工具具有用于传递旋转运动的驱动凹部，并包括压力件，该压力件部分中空且在其朝向固定元件的一端具有锥台形的凹部，所述凹部构成工具侧的引导表面。
根据本发明，压力件和轴向压力表面彼此适配，以可靠地传递安装过程所需的压力，工具侧的引导表面和固定元件侧的引导区域彼此适配，以使压力件和平坦的压力表面彼此抵接，并且，使引导区域和引导表面能够由于所插入的固定元件的偏心姿势而彼此接触。
更具体地，工具的引导表面和固定元件的引导表面具有相同的角度。当工具的轴向压力表面和居中插入的固定元件的轴向压力表面彼此接触时，引导表面将彼此平行并稍稍分离。所述微小的间隔优选为10微米至1毫米。
固定元件可以优选为上述的设计。
附图说明
从结合附图所示的实施方式的后续说明中可以收集到本发明的额外的优点、特征以及可能的应用。
在说明书、权利要求书以及附图中，这些术语和相关的附图标记在使用时始终如以下的附图标记列表所示。在附图中：
图1是能够通过旋转运动和轴向力的施加而连接至部件的摩擦元件的视图；
图2是根据本发明的摩擦元件的另一个实施方式的视图；
图3a是图1中的固定元件的截面图；
图3b是完全容纳于驱动工具中的固定元件的视图；
图4是设置驱动工具的实施方式的视图，该驱动工具包括设于驱动部的径向外侧的压力件；
图5a是固定元件完全容纳于驱动工具之前的固定系统的截面图；以及
图5b是固定元件完全容纳于驱动工具之后的固定系统的截面图。
具体实施方式
图1是根据本发明的固定元件10的视图，该固定元件10能够通过旋转运动和轴向力F的施加而连接至部件12。固定元件10包括带有驱动部的凸缘14，凸缘14用于将旋转运动从工具传递到固定元件10。驱动部为外六角传动的形式。在轴16的方向上，引导区域18设于凸缘14之后。引导区域18为锥台形并偏离凸缘14。在引导区域18的朝向轴的一端，锥台具有构成环形表面的平坦表面20。摩擦焊接所需的接触压力从平坦表面20传递至固定元件10。因此，通过连接区域22的熔化能够在固定元件10和部件12之间形成摩擦连接。在固定过程中，圆锥形的引导表面24用于将固定元件10居中定位在驱动工具(图中未显示)的相关引导表面。这确保固定元件10绕着其轴线匀速旋转，并确保在摩擦焊接过程中固定元件10不受冲击地运转。
现在将参考后续的附图描述固定元件10与工具协作的方式。
图2是根据本发明的固定元件30的另一个实施方式的视图。在本实施方式中，连接区域32齐平地过渡至凸缘34。在凸缘34的一侧，固定元件30具有连接区域36，在与连接区域36相反的另一侧，具有轴38。驱动部为锯齿35的形式。现在，将参考图3a与图3b更详细地描述固定元件30的本实施方式的截面图。所需的接触压力经由平坦的环形轴向压力表面37传递。
图3a是图2中的固定元件30的截面图。固定元件30具有作为凹部而形成于凸缘34的驱动部35。用于传递旋转运动的各个相关联的驱动部52一体地形成于驱动工具50。驱动工具50还具有压力件54。
压力件54用于将接触压力传递至固定元件30。为此目的，固定元件30具有过渡到圆锥形引导表面58的环形轴向压力表面56。在进给操作中，固定元件30首先被扣住驱动部35，然后其引导区域32插入压力件54内的匹配凹部中。由此，环形轴向压力表面56沿固定方向下压到轴向压力表面37，其中轴向压力表面37作为环绕轴的环形表面。在旋转期间，通过引导表面34及驱动工具50的相应的圆锥形引导表面58，固定元件30得以居中定位。由于没有接触压力施加在驱动工具50的圆锥形引导表面58上，这确保了固定元件30顺畅地运转，且不会由于高接触压力而导致磨损。
固定元件30因而首先被驱动工具50的驱动部引导，然后，其轴向压力表面37接触压力件54的环形轴向压力表面56。
图3b是完全容纳于驱动工具50内的固定元件的视图。一旦固定元件的轴向压力表面37抵接于压力件54的轴向压力表面56，驱动部52将与固定元件的驱动部35分离。当固定元件30被压力件54保持平衡和/或居中定位时，这将防止固定元件30与驱动部52卡住。相应的引导表面34、58具有如此大的作用，使得如果固定元件30处于理想的居中笔直姿势，则不会存在作用于固定元件30的引导表面34上的轴向力。
固定元件30的相应的轴向压力表面37和驱动工具50的轴向压力表面56可靠地传递摩擦焊接过程所需的轴向力F，并且，驱动工具50的引导表面58与相应的引导表面34共同在插入期间确保稳定的姿势。
图4是轴向压力表面90设于驱动部84的径向外侧的实施方式的视图。固定元件80具有引导区域82，该引导区域82布置在带有驱动部84的凸缘86和连接区域88之间。
这种设计允许位于居中定位要素82的环形轴向压力表面90的径向内侧的整个区域被自由地设计，而不必确保元件的稳定。因而，特别是在此设计中，预先安装的元件，例如本情况中的固定元件80，能够通过螺母92安装于部件，这依然允许确保顺畅运转的稳定附接。
图5a是固定系统100的视图，该固定系统100包括固定元件102以及用于附接固定元件102的工具104。如前文所述，固定元件包括具有驱动结构108的凸缘106。连接区域110一体地形成于凸缘106，通过连接区域110的熔化，固定元件102能够连接至其表面。在固定元件102的轴112和连接区域110之间，固定元件102具有引导区域，该引导区域带有引导表面114。固定元件102还包括轴向压力表面116。该轴向压力表面116与工具104的轴向压力表面118协作，以将接触压力从工具传递到固定元件102。固定元件102的引导表面114被布置成与工具104的引导表面120平行。工具104的引导表面120设计成圆锥形凹部，因而适配成对应于固定元件102的圆锥形引导表面114。
图5b是完全插入的固定元件102的截面图，如图5b所示，通过彼此抵接的轴向压力表面116和118传递压力，并且，引导表面120与114之间保留小间距，此间距不影响轴向压力的传递，却将固定元件102偏离其旋转轴线的任何倾斜限定在狭小的范围内。因此，尤其实现了可靠和高质量的固定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于连接至部件(12)的固定元件(10、30、80、102)，所述固定元件(10、30、80、102)包括带有驱动结构的凸缘(14、24、34、86、106)，其中，连接区域(22)一体地形成于所述凸缘(14、24、34、86、106)，通过所述连接区域(22)的熔化，能够利用摩擦焊接将所述固定元件(10、30、80、102)固定至所述部件(12)，其中，所述固定元件(10、30、80、102)包括轴(16、38)，该轴布置在所述凸缘(14、24、34、86、106)的与所述连接区域(22、36、88、110)相反的一侧；所述固定元件(10、30、80、102)还包括在轴向上位于所述轴(16、38)和所述连接区域(22、36、88、110)之间的引导区域(18、32、82)，所述引导区域包括引导表面(24、34、58、114、120)，所述引导表面包括外表面的至少一部分，所述外表面的至少一部分与向着所述连接区域(22、36、88、110)的方向而变宽的圆锥形相关联，其特征在于，
所述引导区域(18、32、82)在朝向所述轴(16、38)的一端具有轴向压力表面(37、56、90、116、118)，其中，所述轴向压力表面(37、56、90、116、118)在径向上的延伸长度大于所述轴(16、38)的直径。
2.根据权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述引导区域(18、32、82)布置于所述轴(16、38)和所述凸缘(14、24、34、86、106)之间。
3.根据权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凸缘(14、24、34、86、106)包括所述引导区域(18、32、82)。
4.根据权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述引导区域(18、32、82)布置于所述连接区域(22、36、88、110)和所述凸缘(14、24、34、86、106)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述引导表面(24、34、58、114、120)包括所述相关联的圆锥形的全部周向外表面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述圆锥形与所述固定元件的轴线形成大于35°的角度，尤其是35°至65°的角度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述平坦的压力表面(20)垂直于所述轴的轴线。
8.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述连接区域(22、36、88、110)设计成使得其限定接触表面。
9.根据权利要求8所述的固定元件，其特征在于，所述接触表面平行于所述轴向压力表面(37、56、90、116、118)。
10.一种工具，用于固定根据前述权利要求中任一项所述的类型的固定元件，其中，所述工具包括驱动凹部和压力件，所述驱动凹部用于传递旋转运动，所述压力件为部分中空并在朝向所述固定元件的一端具有锥台形的凹部，所述凹部形成所述工具侧的引导表面。
11.根据权利要求10所述的工具，其特征在于，所述压力件在所述锥台形的凹部的内部区域具有环形轴向压力表面(37、56、90、116、118)。
12.一种固定系统，包括如权利要求1的前序部分所述的类型的固定元件以及如权利要求10和11中任一项所述的类型的工具，其特征在于，
所述压力件和所述轴向压力表面(37、56、90、116、118)彼此适配，以传递安装过程所需的压力，所述轴向压力表面为平坦的压力表面(20)的形式，所述工具侧的引导表面(24、34、58、114、120)和所述固定元件侧的引导区域(18、32、82)彼此适配，以使所述压力件和所述平坦的压力表面(20)能够彼此抵接，并且，所述引导区域(18、32、82)和所述引导表面(24、34、58、114、129)能够由于所述插入的固定元件的偏心姿势而彼此接触。
13.根据权利要求12所述的固定系统，其特征在于，所述固定元件为如权利要求1～9中任一项所述的设计。

Claims (13)

1.一种用于连接至部件(12)的固定元件(10、30、80、102)，所述固定元件(10、30、80、102)包括带有驱动结构的凸缘(14、24、34、86、106)，其中，连接区域(22)一体地形成于所述凸缘(14、24、34、86、106)，通过所述连接区域(22)的熔化，能够利用摩擦焊接将所述固定元件(10、30、80、102)固定至所述部件(12)，其中，所述固定元件(10、30、80、102)包括轴(16、38)，该轴布置在所述凸缘(14、24、34、86、106)的与所述连接区域(22、36、88、110)相反的一侧；所述固定元件(10、30、80、102)还包括在轴向上位于所述轴(16、38)和所述连接区域(22、36、88、110)之间的引导区域(18、32、82)，所述引导区域包括引导表面(24、34、58、114、120)，所述引导表面包括外表面的至少一部分，所述外表面的至少一部分与向着所述连接区域(22、36、88、110)的方向而变宽的圆锥形相关联，其特征在于，
所述引导区域(18、32、82)在朝向所述轴(16、38)的一端具有轴向压力表面(37、56、90、116、118)，其中，所述轴向压力表面(37、56、90、116、118)在径向上的延伸长度大于所述轴(16、38)的直径。
2.根据权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述引导区域(18、32、82)布置于所述轴(16、38)和所述凸缘(14、24、34、86、106)之间。
3.根据权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述凸缘(14、24、34、86、106)包括所述引导区域(18、32、82)。
4.根据权利要求1所述的固定元件，其特征在于，所述引导区域(18、32、82)布置于所述连接区域(22、36、88、110)和所述凸缘(14、24、34、86、106)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述引导表面(24、34、58、114、120)包括所述相关联的圆锥形的全部周向外表面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述圆锥形与所述固定元件的轴线形成大于35°的角度，尤其是35°至65°的角度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述平坦的压力表面(20)垂直于所述轴的轴线。
8.根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其特征在于，所述连接区域(22、36、88、110)设计成使得其限定接触表面。
9.根据权利要求8所述的固定元件，其特征在于，所述接触表面平行于所述轴向压力表面(37、56、90、116、118)。
10.一种工具，用于固定根据前述权利要求中任一项所述的固定元件，其中，所述工具包括驱动凹部和压力件，所述驱动凹部用于传递旋转运动，所述压力件为部分中空并在朝向所述固定元件的一端具有锥台形的凹部，所述凹部形成所述工具侧的引导表面。
11.根据权利要求10所述的工具，其特征在于，所述压力件在所述锥台形的凹部的内部区域具有环形轴向压力表面(37、56、90、116、118)。
12.一种固定系统，包括如权利要求1的前序部分所述的类型的固定元件以及如权利要求10和11中任一项所述的类型的工具，其特征在于，
所述压力件和所述轴向压力表面(37、56、90、116、118)彼此适配，以传递安装过程所需的压力，所述工具侧的引导表面(24、34、58、114、120)和所述固定元件侧的引导区域(18、32、82)彼此适配，以使所述压力件和所述平坦的压力表面(20)能够彼此抵接，并且，所述引导区域(18、32、82)和所述引导表面(24、34、58、114、129)能够由于所述插入的固定元件的偏心姿势而彼此接触。
13.根据权利要求12所述的固定系统，其特征在于，所述固定元件为如权利要求1的特征部分和/或权利要求2～9中任一项所述的设计。
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