CN107949467A - 紧固元件、包括所述紧固元件的组件、包括所述紧固元件的前端模块和用于固定所述紧固元件的方法 - Google Patents

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Abstract

紧固元件(10、20、30、40)设有第一端(16、26、36、46)和空腔(11)，该空腔用于在其中接收互补的元件，其中该空腔(11)从紧固元件(10、20、30、40)的第一端(16、26)沿着相对于该紧固元件(10、20、30、40)的轴向方向朝向第二端(17、27、37、47)延伸，所述紧固元件(10、20、30、40)具有在第一端(16、26、36、46)和第二端(17、27、37、47)之间延伸的外壁，所述外壁包括波纹状表面。本发明还涉及包括制品和这种紧固元件的组件，并且还涉及用于机动车辆的前端模块以及包括这种紧固元件的紧固方法。

Description

紧固元件、包括所述紧固元件的组件、包括所述紧固元件的前 端模块和用于固定所述紧固元件的方法
技术领域
本发明涉及设计成被紧固到由塑料材料制成的物品中的紧固元件。本发明还涉及包括所述物品和所述紧固元件的组件，并且涉及用于将所述紧固元件、诸如螺母紧固到由塑料材料制成的所述物品中的方法。
背景技术
目前，在汽车领域，已知的惯常做法是由设有诸如螺母的紧固元件的塑料材料生产物品。这种紧固元件例如包括丝扣，螺钉能够被紧固在所述丝扣中。在现有技术中，存在允许诸如螺母的紧固元件被紧固到由塑料材料制成的物品中的多种已知方法。这些方法中的一种方法包括从塑料材料生产物品，其中紧固元件被紧固到由塑料材料制成的物品的外表面上，这在随后步骤中完成。所述紧固元件可以被加热，并且一旦达到合适温度，则所述紧固元件被推入到由塑料材料制成的物品中。在紧固元件的温度的影响下，所述塑料材料熔融，由此可以接收所述紧固元件。一旦所述塑料材料已经恢复其起始温度，则所述紧固元件被永久性地紧固到由塑料材料制成的物品中。
用于将诸如螺母的紧固元件紧固在由塑料材料制成的物品中的替代方法包括使用超声波。所述紧固材料被设置在由塑料材料制成的物品上，并且通过用超声波获得的振动，所述紧固元件被嵌入在由塑料材料制成的物品中。
用于将紧固元件紧固到由塑料材料制成的物品的表面上的方法具有缺陷，因为形成由塑料材料制成的物品的材料随着紧固元件被引入到所述表面上而经历转换。这一转换是由于使用热或超声波来将所述紧固元件紧固到所述表面而引起的。
另外，将紧固元件紧固到由塑料材料制成的物品的表面上构成获得最终产品的独立步骤，从而延长了处理时间，并且因此不带来显著的成本。
在现有技术中已知解决方案，并且在这些方案中，诸如螺母的紧固元件被设置在模具中，在所述模具中使用成型过程获得由塑料材料制成的物品。另外，使用二次成型过程将紧固元件紧固到由塑料材料制成的物品中。
使用二次成型过程紧固的紧固元件通常是常规的螺母，常规的螺母并不特别适于所述二次成型过程。
图1示意性地示出模具1，模具1包括紧固元件2，紧固元件2包括平坦表面5，所述平坦表面5形成紧固元件2的一个外部面并设计成与诸如扳钳的工具配合，这一元件设置在所述模具1内。紧固元件2可以是在中央部设有螺纹的螺母。在二次成型过程中，紧固元件2的中央用封锁的圆筒3封闭，以阻止塑料进入到紧固元件2的内侧。图1示意性地且根据现有技术示出了如何将包含纤维的塑料材料引入到模具1中。使用箭头4指示纤维的存在。如图1所示，在包含纤维4的塑料材料在二次成型过程中被引入时，所述纤维4在经过时与平坦表面5形成接触，并且在与所述平坦表面5的冲击力的作用下断裂。由此，在二次成型之前，存在于最终产品中的纤维4比它们的初始长度短。因此，通过二次成型过程形成的产品包含不再具有它们的初始特性的纤维，这对于用户来说是缺陷。
图2示意性地且根据现有技术示出了与图1的构造类似的构造，其中紧固元件2被设置在模具1中，以此方式使得纤维4在被引入到所述模具1中时的直接冲击最小化。由此，紧固元件2包括平坦表面6，平坦表面6的尺寸与图1中平坦表面5的尺寸相比较小。在实践中，平坦表面6在纤维4的路径中的存在仍导致与紧固元件2的所述平坦外表面形成接触的所述纤维4破裂。
图1和2示出了用于紧固元件2的二次成型的过程，所述紧固元件2未被优化或特别适于旨在用于将所述紧固元件2最优地紧固在由塑料材料制成的物品中的这种二次成型过程。
图1示出了常规型的紧固元件2，诸如螺母。紧固在由塑料材料制成的物品的表面内侧的、根据现有技术的紧固元件2不特别适于经历和减弱力。紧固元件2另外不特别非常适于将所述力传递到在其中设有紧固元件2的由塑料材料制成的物品。这是因为相对于制成所述紧固元件的材料，物品的塑料材料提供的物理强度是受限的。因而，力传递到物品会损伤所述物品。
举例来说，如图1和2所示的紧固元件2包括关联于平坦表面5且关联于平坦表面6的多个锐角。如果相对于中央7在径向方向上对紧固元件2施力，则表面5、6之间的锐角受到更大强度的力。如果相对于中央7在轴线方向上对紧固元件2施加力，则所述紧固元件2最优地将所述力传递到在其中设有紧固元件2的、由塑料材料制成的物品。这意味着当对紧固元件施加力时，存在所述物品的塑料材料被破坏的风险。
因此，为优化允许将紧固元件紧固在由塑料材料制成的物品中的所述二次成型过程，证明必要的是修改紧固元件和用于紧固所述紧固元件的方法，以提高包括有以紧固元件且以由塑料材料制成的物品组成的组件的最终产品的特性。
发明内容
适于紧固在所述由塑料材料制成的物品中的紧固元件和用于将所述紧固元件、诸如螺母紧固在由塑料材料制成的物品中的方法寻求通过提出紧固元件的改进的设计，从而克服如在现有技术中公开的紧固元件的缺陷。
本发明的第一主题涉及一种紧固元件，该紧固元件设有第一端和空腔，所述空腔用以在所述空腔中接收互补的元件，其中所述空腔从所述紧固元件的第一端关于所述紧固元件沿着轴线方向朝向第二端延伸，所述紧固元件具有在所述第一端和所述第二端之间延伸的外壁，所述外壁包括波纹状表面。
更特别地，所述紧固元件适于被紧固在由塑料材料制成的物品中，其中所述紧固元件设有第一端和空腔，所述第一端设计成在所述紧固元件被紧固在物品中时可达到，所述空腔诸如是丝扣，用以在所述空腔中接收互补的元件(诸如，螺钉)，其中所述空腔从紧固元件的第一端相对于所述紧固元件在轴线方向上朝向第二端延伸，所述紧固元件具有在第一和第二端之间延伸的外壁，所述外壁包括波纹状表面。
有利地，所述外壁包括在紧固元件的径向方向上延伸的波纹部。
有利地，所述外壁包括在与所述紧固元件的轴线方向形成锐角的方向上延伸的波纹部。
有利地，所述波纹部在所述外壁的第一部分上沿着与紧固元件的轴线方向形成锐角的第一方向延伸，并且在所述外壁的第二部分上沿着与紧固元件的轴线方向形成锐角的的第二方向延伸。
有利地，所述外壁还设有凹槽。
有利地，所述紧固元件设有凸缘。
有利地，所述紧固元件至少部分地由金属制成。
本发明的第二主题涉及由物品且由这种紧固元件形成的组件。更特别地，所述物品由塑料材料制成。
本发明的第三主题涉及包括这样的组件的、用于机动车辆的前端模块。所述组件的物品特别地对应于设计用于机动车辆的前端模块支承结构。
本发明的第四主题涉及用于将紧固元件紧固在物品、例如由塑料材料制成的物品中的方法，所述方法包括：
-将所述紧固元件设置在设计成接收塑料材料的模具中，
-用闭合元件闭合所述空腔，以避免塑料材料进入所述空腔，
-用塑料材料填充所述模具，以由此获得由塑料材料制成的物品，并将所述紧固元件紧固在塑料材料中。
有利地，所述方法还包括步骤：
-将所述紧固元件设置在所述模具中，其中所述紧固元件的第一端抵靠或接近所述模具的内壁，以将所述空腔的入口设置成与由塑料材料制成的物品的外表面共面或接近所述外表面。
附图说明
通过阅读以下关于设计用于根据本发明的二次成型方法的紧固元件的优选实施例的描述，本发明的目的、主题和特征及其优点将变得更清楚明显，该描述参考附图给出，在图中：
-图1示意性地示出根据依据现有技术第一示例的二次成型方法，将包含纤维的塑料材料引入到模具中，
-图2示意性地示出根据依据现有技术第二示例的二次成型方法，将包含纤维的塑料材料引入到模具中，
-图3示意性地示出根据本发明的紧固元件的第一实施例，
-图4示意性地示出使用图3的紧固元件根据二次成型方法引入包含纤维的塑料材料，
-图5示意性地示出图3的紧固元件的透视图，
-图6示意性地示出根据本发明的包括凸缘的紧固元件的第二实施例，
-图7示意性地示出根据图6的紧固元件，其具有所述紧固元件的第一替代形式，和
-图8示意性地示出根据图6的紧固元件，其具有所述紧固元件的第二替代形式。
具体实施方式
下文中的详细说明目的在于以足够清楚和完整的方式、特别是使用示例来解释本发明，但不必认为是将保护范围局限于下文中提出的特定实施例和示例。
图3以正视图示出了根据本发明的紧固元件10的第一实施例。根据图3的紧固元件10具有为将所述紧固元件10紧固在由塑料材料制成的物体(未示出)内而设计和优化的形状。根据图3的紧固元件10的优化紧固使用二次成型方法实现。紧固元件10具有波纹状外表面，该波纹状外表面沿着径向方向以凹形部分13和凸形部分14示出。紧固元件10包括在其中央处的空腔11，该空腔11更特别地是攻丝或螺纹(呈丝扣的形式)，并且允许紧固互补的元件(诸如螺钉)。空腔11和凹形部分13以确定的最小厚度12分开。空腔11和凸形部分14以最大厚度15分开。最小厚度12的确定要考虑到使用紧固元件10所需的机械强度。
根据图3的紧固元件10的实施例的一个第一优点参考图4来描述。图4示意性地示出在二次成型方法中将包含纤维400的塑料材料引入到模具100中。根据本发明的紧固元件10被紧固在所述模具100的内侧。圆筒300设置在紧固元件10的内侧，以避免将塑料材料引入到所述紧固元件10中。因为紧固元件10没有平坦表面，则发生包含纤维400的塑料材料的流动，而不发生所述纤维400冲击平坦表面。由此，确保了纤维400在塑料材料被引入到模具100中期间的完整性。在二次成型过程结束时形成的最终产品因此包括设置在由塑料材料制成的物品中的紧固元件10，并且紧固元件10设有在塑料材料被引入到模具100时未以任何方式受损的纤维400。
此外，由紧固元件10施加的力朝向与所述紧固元件10紧固的物体的塑料材料的传递得到优化。在已经获得以由塑料材料制成的物品和紧固元件10组成的组件之后，所述组件与现有技术中产生的组件相比提供有优点，如图1、2中所示。
根据本发明，如果对紧固元件10沿着径向方向施力，不存在所述力的集中。由此，施加在紧固元件10上的力被均一传递到塑料材料。因此，与根据现有技术的紧固元件2相比，根据本发明的紧固元件10由此提供优化的断裂强度。
图5示出了根据本发明的紧固元件10的透视图。紧固元件10在其轴向端部具有两个平坦表面16、17。紧固元件10的外侧以外壁或者波纹状或条纹表面形成，其在所述平坦表面16、17之间不具有平坦表面并且在紧固元件10的径向方向上延伸。紧固元件10设有凹槽18，其目的在于允许确定量的塑料材料从中通过。由此，当紧固元件10紧固在塑料材料中时，凹槽18的存在提高了抵抗将所述紧固元件10拉出在其中设有紧固元件10的、由塑料材料制成的物品的拉出强度。
图6示出了根据本发明的紧固元件20的第二实施例。紧固元件20包括波纹状外表面，如图3、4、5中所示。紧固元件20设有凹槽28，凹槽28的功能性与如图5中所示的凹槽18相同。为增强紧固元件20在由塑料材料制成的物品中的紧固，所述紧固元件20设有凸缘29。凸缘29使得可以沿着紧固元件20的轴向长度修改直径。由此，改进了当所述紧固元件20已被紧固在由塑料材料制成的物品中时、所述紧固元件20的拉出强度。
根据如图3、4、5中所示的紧固元件10的实施例和如图6中所示的紧固元件20的实施例，形成紧固元件10、20的径向外表面的波纹部在形成端部16、17(在紧固元件10的示例中)和端部26、27(在紧固元件20的示例中)的表面之间沿着直线方向指向。
根据替代实施例30(如图7所示)，凹槽38与紧固元件30的轴线方向形成角度。由于波纹部在形成端部36、37的表面之间以确定的角度倾斜，这改进了紧固元件30在塑料材料中的紧固并且保证了优化的断裂强度和拉出强度。
紧固元件30设有凹槽38，凹槽38的功能性与图5中所示的凹槽18相同。为增强紧固元件30在由塑料材料制成的物品中的紧固，所述紧固元件30设有凸缘39。凸缘39使得可以沿着紧固元件30的轴向长度改变直径。由此，改进了在所述紧固元件30已被紧固在由塑料材料制成的物品中时抵抗所述紧固元件30被拉出的、所述紧固元件30的拉出强度。
根据如图8所示的替代实施例40，凹槽40与紧固元件40的轴线方向形成角度。因为波纹部在形成端部46、47的表面之间以两个角度倾斜，这改进了紧固元件40在塑料材料中的紧固，并保证了优化的断裂强度和拉出强度。
紧固元件40设有凹槽48，凹槽48的功能性与如图6所示的凹槽28相同。为增强紧固元件40在由塑料材料制成的物品中的紧固，所述紧固元件40设有凸缘49。凸缘49使得可以沿着紧固元件40的轴向长度修改直径。由此，改进了在所述紧固元件40已被紧固在由塑料材料制成的物品中之后抵抗所述紧固元件40被拉出的、所述紧固元件40的拉出强度。

Claims (10)

1.紧固元件(10、20、30、40)，所述紧固元件(10、20、30、40)设有第一端(16、26、36、46)和空腔(11)，所述空腔(11)用以在该空腔(11)中接收互补的元件，其中所述空腔(11)从所述紧固元件(10、20、30、40)的第一端(16、26)沿着关于所述紧固元件(10、20、30、40)的轴线方向朝向第二端(17、27、37、47)延伸，所述紧固元件(10、20、30、40)具有在所述第一端(16、26、36、46)和所述第二端(17、27、37、47)之间延伸的外壁，所述外壁包括波纹状表面。
2.根据权利要求1所述的紧固元件(10、20、30、40)，其中所述外壁包括在所述紧固元件(10、20、30、40)的径向方向上延伸的波纹部。
3.根据权利要求1所述的紧固元件(30、40)，其中所述外壁包括在与所述紧固元件(30、40)的轴线方向形成锐角的方向上延伸的波纹部。
4.根据权利要求3所述的紧固元件(40)，其中所述波纹部在所述外壁的第一部分(41)上沿着与所述紧固元件(40)的轴线方向形成锐角的第一方向延伸，并且在所述外壁的第二部分(42)上沿着与所述紧固元件(40)的轴线方向形成锐角的第二方向延伸。
5.根据权利要求1至4中一项所述的紧固元件(10、20、30、40)，其中所述外壁还设有凹槽(18、28、38、48)。
6.根据权利要求1至5中一项所述的紧固元件(20、30、40)，其中所述紧固元件(20、30、40)设有凸缘(29、39、49)。
7.根据权利要求1至6中一项所述的紧固元件(10、20、30、40)，其中所述紧固元件(10、20、30、40)至少部分地由金属制成。
8.包括物品和根据权利要求1至7中一项所述的紧固元件(10、20、30、40)的组件。
9.用于机动车辆的前端模块，所述前端模块包括根据权利要求8所述的组件。
10.用于在物品中固定根据权利要求1至7中一项所述的紧固元件(10、20、30、40)的方法，所述方法包括以下步骤：
-将所述紧固元件(10、20、30、40)布置在设计成接收材料的模具(100)中，
-用闭合元件(300)闭合所述空腔，
-用塑料材料填充所述模具(100)，以将所述塑料材料中的所述紧固元件(10、20、30、40)紧固在所述物品内。
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