本發(fā)明涉及一種螺釘(screw)以及一種支撐部件與附加部件之間的螺釘連接件(screwconnection)，其中，支撐部件具有塑料管，用以以摩擦和正配合的方式容納螺釘，并且至少所述管是由泡沫塑料制成的。本發(fā)明還涉及一種利用螺釘將支撐部件連接到另一部件的方法。

背景技術(shù)：

塑料主要由于其高強(qiáng)度和低重量而被應(yīng)用在諸如汽車(chē)工業(yè)這樣的多個(gè)領(lǐng)域。對(duì)用于獲得塑料部件的可分拆連接的螺釘連接件具有特殊要求，傳統(tǒng)的金屬板材或木螺釘不能滿意地滿足要求，或者完全不能滿足要求。

特別地，在背景技術(shù)中已知螺紋成型螺釘或螺紋滾壓螺釘，并且它們被歸入術(shù)語(yǔ)“木螺釘”。它們主要包括頭部和螺桿芯，頭部和螺桿芯是細(xì)長(zhǎng)椎體的形式或者朝著螺桿的尖端的點(diǎn)大致逐漸變細(xì)的銷(xiāo)的形式。螺桿芯由從螺紋根部徑向突出的螺旋外周切削緣包圍，該螺旋外周切削緣過(guò)渡到切削螺紋的兩個(gè)牙側(cè)(flank)中，具有或多或少的急彎。反過(guò)來(lái)，牙側(cè)設(shè)置有從螺紋根部到牙頂?shù)暮愣ǖ穆菥?，結(jié)果，在兩個(gè)牙側(cè)線之間獲得均勻的螺紋角。這種類型的螺釘還用于將塑料螺固在一起。

另外，在汽車(chē)工業(yè)中集中于輕量化結(jié)構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了塑料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，包括了物理或化學(xué)泡沫的使用的增加，該物理或化學(xué)泡沫利用空氣(氮?dú)?，co2)代替了塑料材料。在使用或類似方法生產(chǎn)的物理泡沫的情況下，將諸如氮?dú)?，二氧化碳或化學(xué)發(fā)泡劑這樣的物質(zhì)在超臨界狀態(tài)下在壓力下注入熔融塑料中并均勻分布。在注入非加壓模具中之后，氣體與熔體分離并形成了細(xì)孔泡沫結(jié)構(gòu)。保持壓力的省略和降低的粘度、最小化或消除的凹痕和應(yīng)力是支持這種趨勢(shì)的主要方面。

當(dāng)在包括泡沫塑料的塑料中使用時(shí)，所有已知的螺釘都具有例如通過(guò)使螺釘入口破裂或者應(yīng)力破裂而損壞其所進(jìn)入的塑料的缺點(diǎn)。同時(shí)，所述螺釘還需要相對(duì)高的旋入扭矩。在使用mucell注塑成型件的螺釘連接件中，壓縮層(compactlayer)，即部件的外層被損壞，導(dǎo)致傳統(tǒng)的螺釘完全失去其在泡沫層的剩余部分中的保持作用。

從de10048975c1、de102009024264a1以及ep2185828b1中已知用于裝接塑料部件的其它方法。例如，de10048975c1公開(kāi)了具有圓柱形內(nèi)孔的泡沫pom的螺母，其擰固在螺紋栓上。該情況下的螺母可以通過(guò)其泡沫材料彈性地壓縮，或者當(dāng)擰固螺母時(shí)，螺栓的螺紋可以壓入螺母中。de102009024264a1呈現(xiàn)了一種方案，其中，螺母設(shè)置有內(nèi)徑不同的部分，以使其備用于具有不同外徑的螺栓。ep2185828b1描述了一種具有截?cái)嗟穆菁y牙頂和銳螺紋底角的螺釘，以在第一次釘入螺釘時(shí)產(chǎn)生螺紋。

在de102014114165中公開(kāi)了一種用于整體泡沫部件的螺釘，其適合于在管中的非螺紋滾壓應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種螺釘，其中，確保了當(dāng)旋入扭矩力相對(duì)高時(shí)在螺釘與泡沫塑料之間的改進(jìn)的直接連接。

通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)該目的。在從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)和附圖中得到發(fā)明的有利的其它發(fā)展。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種螺釘連接件，包括支撐構(gòu)件、附加構(gòu)件以及螺釘，以將支撐構(gòu)件緊固到附加構(gòu)件，其中，支撐構(gòu)件具有塑料的管或者螺釘凸臺(tái)，從而以摩擦以及正配合的方式容納螺釘。此處，管由熱塑性泡沫構(gòu)成。本發(fā)明的螺釘具有鈍邊螺紋，其中，螺釘隨著其被旋入而壓縮管的泡沫。管的內(nèi)徑與螺釘?shù)闹睆降谋嚷嗜Q于管的發(fā)泡度。發(fā)泡度越大，比率越低。在低發(fā)泡度(氣體在組分體積中的比例或通過(guò)添加氣體降低的組分的密度)的情況下。例如，在2-5％的發(fā)泡度的情況下，比率大于0.8，并且特別地在0.85至0.95之間。隨著發(fā)泡度增加，比率降低。在5-10％的發(fā)泡度的情況下，比率在0.7至0.9，特別地在0.75至0.85之間，或者在大于10％的發(fā)泡度的情況下，比率為0.5至0.8，特別地0.6至0.8。

在發(fā)泡度保持不變的同時(shí)添加玻璃纖維或其它穩(wěn)定添加劑，這增加了比率。與傳統(tǒng)螺釘相比，螺釘螺紋不太深入地穿入泡沫材料內(nèi)或者使其移位。該效果防止了對(duì)管的損壞。然而，螺釘形成非常緊密的嵌合。

通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的鈍邊螺紋形成輪廓使得熱塑性泡沫能夠使其形狀隨著螺釘被旋入而通過(guò)塑性變形和摩擦緊密地適合于鈍形的螺紋牙頂和根部，而不被切削。換言之，在螺釘被旋入的同時(shí)，材料移位并且被壓縮，而不是被侵入式切削。因?yàn)樘貏e地，由螺釘施加的螺紋更耐受螺釘?shù)倪^(guò)度緊固，更耐受切削螺紋的剪切，由此避免了管或者旋入開(kāi)口的破裂或開(kāi)裂。從而，能夠重復(fù)地旋入和移除螺釘。

根據(jù)本發(fā)明，螺紋具有從螺釘?shù)难理斚蚋繙y(cè)量的30°至90°，優(yōu)選地大于60°的牙側(cè)角。這導(dǎo)致鈍角的形狀，其中角度可以在牙側(cè)的寬度區(qū)域上變化。

鈍的螺紋，也即牙側(cè)與螺紋根部之間的圓的過(guò)渡導(dǎo)致了無(wú)缺口的螺釘輪廓，從而進(jìn)一步減小了塑料和/或泡沫上的應(yīng)力。

牙側(cè)與螺紋根部之間的過(guò)渡可以逐段地產(chǎn)生，且作為第一區(qū)段的螺紋范圍具有30°至90°并且優(yōu)選地大于60°的牙側(cè)角。牙側(cè)與螺紋根部之間的過(guò)渡中的第二區(qū)段呈現(xiàn)了帶有145°至170°角度的切向過(guò)渡。第三區(qū)段具有在兩牙側(cè)之間的螺紋根部，并且呈現(xiàn)了具有170°至180°的角度的圓的區(qū)段。

螺紋的邊緣優(yōu)選地使圓的，并且特別地與螺釘?shù)募舛烁糸_(kāi)。切入材料總是意味著材料在切削邊緣處被削弱。圓的邊緣防止螺釘切入材料內(nèi)。相反，螺釘通過(guò)移位和壓縮而被旋入材料中。

特別是當(dāng)螺紋高度與寬度的比率小于1，特別地小于2時(shí)，管的材料稍微移位。

在本發(fā)明的其他有利實(shí)施例中，螺釘具有尖端以刺穿管的底部。該處的螺紋不是圓的，而是尖銳成點(diǎn)或者是尖銳的邊緣。此處，螺紋還可以是切削以容易地刺入管的底部?jī)?nèi)的螺紋。作為代替，螺釘能夠以如下方式相對(duì)于管而構(gòu)造：螺釘具有當(dāng)其被旋入時(shí)卡在管的底部的鈍的尖端。這意味著在其最終狀態(tài)下，當(dāng)尖端到達(dá)管的底部時(shí)，螺釘被附加地壓入到已經(jīng)通過(guò)移位而在管中產(chǎn)生的螺紋中，從而增強(qiáng)了管中的螺釘?shù)膴A緊力。

螺距優(yōu)選地是變化的。使螺距變化意味著相鄰的螺紋之間的間隔不是恒定的。改變螺距，使得材料能夠隨著螺釘?shù)男攵粔嚎s或拉伸。螺釘對(duì)材料的這種額外的拉緊增加了連接的強(qiáng)度。當(dāng)較小的螺距的區(qū)域增加時(shí)，增加螺紋與螺釘?shù)募舛说木嚯x導(dǎo)致在旋入操作結(jié)束時(shí)的較大的摩擦和/或較高的扭矩。

在優(yōu)選實(shí)施例中，螺紋邊緣與螺釘?shù)闹行妮S之間的間隔變化。這優(yōu)選地發(fā)生在螺釘頭附近。距離可以更接近螺釘頭地增加。邊緣的較大的距離意味著較大的螺紋區(qū)域在管中施加摩擦，這導(dǎo)致在旋入操作結(jié)束時(shí)較大的摩擦或較大的扭矩。

如果螺紋的輪廓具有變化的幾何形狀，特別是如果螺紋的角度隨著其靠近螺釘?shù)念^部而增加，則同樣是有利的。利用螺釘頭附近的增加的角度，將開(kāi)始移除螺釘時(shí)的扭矩維持在高水平。

取決于螺釘長(zhǎng)度和直徑，螺釘優(yōu)選地具有大于2mm的螺距值，以在兩螺紋之間保持盡可能多的壓縮層的材料免于開(kāi)裂。

螺釘優(yōu)選地具有墊圈，該墊圈具有相比于螺釘頭的增大的直徑。墊圈或者固定在螺釘頭上，或者在螺釘頭上自由旋轉(zhuǎn)。

如果螺釘具有4、4.5、5、5.5或6mm的直徑以及12至20mm的長(zhǎng)度，則能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)工程中的大多數(shù)螺釘連接件。

本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例提供了：在化學(xué)或者物理發(fā)泡工藝，特別是mucell工藝中生產(chǎn)構(gòu)件的管的熱塑性泡沫。這產(chǎn)生了內(nèi)管和外管結(jié)構(gòu)，給定的螺釘幾何形狀非常適合于該結(jié)構(gòu)，以特別是在不同的塑性稠度(consistency)的情況下確保螺釘與發(fā)泡塑料之間的重型連接。

至少管優(yōu)選地由帶有致密外層的一體的泡沫或者微孔泡沫構(gòu)成。為提高熱絕緣性，塑料層能夠包括氣體沉積物。例如可以使用mucell工藝制造這些氣體沉積物。在該方法中，在注射工藝期間，小的、精確定量的氮和二氧化碳被引入到塑料熔體中。利用該方法，能夠獲得無(wú)應(yīng)力并且因此尺寸非常均勻的單元結(jié)構(gòu)(cellstructure)。然而，除了使用氮和二氧化碳，還能夠使用其他化學(xué)或物理起泡劑。

塑料層優(yōu)選地具有允許單元孔隙集中在塑料層體積的107至1010個(gè)單元/cm³的范圍內(nèi)的氣體沉積物。

管優(yōu)選地具有0.1至3mm，優(yōu)選為0.7至1.5mm厚的側(cè)壁，以及0.1至3mm，優(yōu)選為0.7至1.5mm厚的底部。即使側(cè)壁，即壓縮(外)層非常薄，即泡沫的比例小，本發(fā)明的螺釘也能夠在螺釘被旋入時(shí)防止壓縮層的破壞。

傳統(tǒng)的直接旋入塑料中的螺釘需要在管的底部處的空閑空間，以容納從螺紋切削積累的塑料殘余物。相比之下，帶有本發(fā)明的螺釘?shù)墓苣軌蚋?。管的高度小于一個(gè)螺釘?shù)拈L(zhǎng)度。因此，螺釘尖端穿過(guò)管的底部或者在底部卡住。由于移位不留下任何碎屑，所以不需要空閑空間。

為了更容易的旋入操作，與本發(fā)明的螺釘相關(guān)的管可以被修改使得管的開(kāi)口變寬，特別是以比純粹由工具引起的傾斜所獲得的角度大的角度變寬。到垂線的角度為0.5°至5°，特別為3°至5°。

本發(fā)明的另一方面涉及一種利用螺釘將支撐構(gòu)件連接到另一構(gòu)件的方法。方法包括以下步驟：

使用化學(xué)或者物理發(fā)泡工藝，特別是mucell工藝形成具有由熱塑性泡沫制成的管的支撐構(gòu)件；

提供螺釘，該螺釘具多個(gè)鈍邊螺紋，其外徑至少部分地比所述管的內(nèi)徑大，其中，所述管的內(nèi)徑與所述螺釘?shù)耐鈴降谋嚷蚀笥?.8，特別地在0.85與0.95之間；

將附加構(gòu)件放置在所述管上；以及

以非螺紋滾壓方式將所述螺釘通過(guò)所述附加構(gòu)件而旋入并且將所述螺釘旋入所述管中，其中，所述螺釘隨著其被旋入而壓縮所述管的泡沫。該方法使得能夠重復(fù)使用螺釘至十次，而沒(méi)有破壞性影響。

附圖說(shuō)明

下面參考附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。

在附圖中：

圖1示出通過(guò)具有螺紋滾壓螺釘(背景技術(shù))的傳統(tǒng)的緊密注塑成型材料的塑料管的截面；

圖2示出通過(guò)使用mucell工藝生產(chǎn)的、具有根據(jù)本發(fā)明的螺釘?shù)乃芰瞎艿慕孛妫?/p>

圖3示出通過(guò)螺紋的截面，并且提供了螺紋的輪廓的信息；

圖4示出另一實(shí)施例中的使用mucell工藝生產(chǎn)的、具有根據(jù)本發(fā)明的螺釘?shù)乃芰瞎艿慕孛妫?/p>

圖5和6示出根據(jù)本發(fā)明的螺釘?shù)钠渌麑?shí)施例；

圖7至9示出本帶有本發(fā)明的各種螺釘?shù)墓艿南嗷プ饔谩?/p>

參考標(biāo)記列表

螺釘連接件1

載體/支撐構(gòu)件2

螺釘3

管4

螺紋5

附加構(gòu)件6

墊圈7

壓縮/外層8

螺紋牙頂13

螺距14

螺釘?shù)耐鈴?5

牙頂?shù)街行妮S的距離18

螺釘尖端20,21

螺釘頭22

牙側(cè)，第一區(qū)段23

螺紋根部24

第二區(qū)段25

管的內(nèi)徑26

管的高度30

底部厚度31

管開(kāi)口32

管底部33

管側(cè)壁的角度a

螺紋寬度b

螺紋高度h

螺釘?shù)闹行妮Sm

螺紋牙側(cè)角w

螺紋區(qū)段的角度w1,w2,w3

具體實(shí)施方式

圖1示出通過(guò)帶有傳統(tǒng)的螺紋滾壓螺釘?shù)闹旅茏⑺艹尚筒牧系默F(xiàn)有技術(shù)塑料管4的截面的側(cè)視圖。當(dāng)在塑料中使用時(shí)，已知的尖銳邊緣的螺釘具有通過(guò)使螺旋開(kāi)口破裂或通過(guò)應(yīng)力破裂而損壞被旋入的塑料的缺點(diǎn)。同時(shí)，需要相對(duì)高的扭矩以驅(qū)動(dòng)螺釘。

在使用mucell注塑成型部件的螺釘連接件中，壓縮層被這種螺釘損壞，結(jié)果，傳統(tǒng)的螺釘完全失去其在泡沫層的殘留物中的保持作用，并且?guī)缀醪荒茉诘诙沃袛Q緊。

圖2示出通過(guò)帶有根據(jù)本發(fā)明的螺釘3的使用mucell或其他類似工藝制造的塑料管4的截面的側(cè)視圖。螺釘3的外形可以是圓錐形的。通常地，螺釘直徑測(cè)量為4、4.5、5、5.5或6mm，螺釘長(zhǎng)度為12至20mm。

管4由帶有壓縮的外層(壓縮層8)的一體的泡沫或者微孔泡沫構(gòu)成。關(guān)于螺釘3，帶有鈍形的螺紋牙頂5和圓形螺紋根部的輪廓5使得熱塑性泡沫的壓縮外層能夠在螺釘旋入時(shí)通過(guò)塑性變形和摩擦而使其形狀緊密地適應(yīng)螺釘，而不被切削。直接在圖2中圖示出材料移位或壓縮。壓縮層8不斷裂，而是僅僅被壓入管4的較軟的內(nèi)層。這些帶有2％至5％的泡沫比例的層具有一定的彈性度，使得在移除螺釘3之后，“螺紋”恢復(fù)到其原始形式。避免了管4的破裂或斷裂。這也是由于螺紋5的螺紋角w是鈍角的結(jié)果，在該情況下是110°。

例如，牙側(cè)與螺紋根部之間的過(guò)渡在此逐段地進(jìn)行。作為第一區(qū)段(牙側(cè)23)，圖3中的外螺紋區(qū)域具有30°至90°的牙側(cè)角，優(yōu)選地大于60°。到第二部分或區(qū)段25的過(guò)渡可以是清晰的突變。牙側(cè)23與螺紋根部24之間的過(guò)渡中的第二區(qū)段25呈現(xiàn)出具有145°至170°的角度w2的切向過(guò)渡。第三區(qū)段包含兩牙側(cè)23之間的螺紋根部24，并且呈現(xiàn)了具有170°至180°的角度w3的圓形區(qū)段。

圖4示出在旋入操作期間通過(guò)帶有使用mucell工藝或類似工藝生產(chǎn)的塑料管4的支撐構(gòu)件2的截面的另一實(shí)施例。示出的管4代表基本上比壓縮管小的應(yīng)力消除管。對(duì)于本發(fā)明的螺釘3，在所選擇的2-5％的發(fā)泡度下，管4的內(nèi)徑26與螺釘3的外徑15的比率為0.85至0.95，并且從而比具有0.8的比率的傳統(tǒng)螺釘?shù)某叽绱蟮枚唷Ｈ绻l(fā)泡度增加，則比率變小。管4的位于壓縮層8“后方”的材料較軟，并且產(chǎn)生低的反作用力。因此，螺釘3將需要更進(jìn)一步地貫通到管4內(nèi)，以產(chǎn)生相等的扭矩。如果玻璃纖維或其它強(qiáng)化元件以相同的發(fā)泡度注入到管4或支撐構(gòu)件2的塑料中，則聯(lián)結(jié)(linkage)增加，盡管具有較高的發(fā)泡度，管4變得更穩(wěn)定，并且該比率可再次增大。由于對(duì)于相同的螺釘需要較少的材料，所以大的比率(方法1)是有利的。

當(dāng)被旋入時(shí)，螺釘3將自身壓入管4的外層內(nèi)，并且穿入管底33。管4被稍微打開(kāi)。開(kāi)口角度a為3°至5°。與插入引導(dǎo)類似，這使得易于將螺釘3置入管4中。驅(qū)動(dòng)螺釘時(shí)施加的扭矩通過(guò)角度a而增大。

圖5和6是螺釘3的兩種另外的變型的示意圖，兩種螺釘中的每個(gè)螺釘均具有連接到軸的螺釘頭22。根據(jù)圖5的螺釘3再次圖示了螺紋的分段。牙側(cè)在兩階部23、25中從螺紋根部24上升。如圖5所示，螺紋的螺距14可以變化。螺距14朝著螺紋頭22減小，結(jié)果，扭矩隨著旋入操作接近完成而增加。

相比之下，圖6中的螺釘示出了螺釘?shù)难理?3與軸的中心軸m之間的距離18可以變化。距離18隨著螺紋接近螺釘頭22而增加，反過(guò)來(lái)其結(jié)果是扭矩隨著旋入操作接近完成而增加。

圖7示出在旋入操作之前的支撐構(gòu)件2的管4。附加部件6放置在管4上，并且旨在與支撐構(gòu)件2連接，以形成螺釘連接件。管4具有從其開(kāi)口32到其底部33的高度30。開(kāi)口32比管4的(在高度30的大約中間測(cè)得的)內(nèi)徑26大。這是在3°至5°的范圍內(nèi)的開(kāi)口角度a的基礎(chǔ)上，如上所述。

圖8和9示出具有不同長(zhǎng)度31和尖端20、21的兩個(gè)螺釘3。螺釘?shù)捻敹丝梢允氢g角尖或銳角尖。圖8中的螺釘?shù)亩瞬?0能夠具有短的、尖的切削部分，然后其過(guò)渡到鈍形。過(guò)渡可以是平滑的或者急劇的。該帶有螺紋切削部的尖端20適用于刺穿管4的底部33并且將螺紋轉(zhuǎn)入該底部。為此目的，螺釘3(從螺釘頭到尖端20的高度31)比管4的高度長(zhǎng)得多。

圖9的螺釘3稍短，但仍然比管4的高度30略長(zhǎng)。當(dāng)螺釘3被驅(qū)動(dòng)到該管4中時(shí)，其將卡塞在管4的底部33處。這意味著其可以是鈍形的，并且不需要刺穿底部。然而，由于卡塞，扭矩在旋入操作接近結(jié)束時(shí)增加。圖9還示出了在螺釘頭22處增加了自由旋轉(zhuǎn)墊圈7，以在附加構(gòu)件2固定就位時(shí)將力分布在較大的面積上。