[发明专利]螺栓元件以及将螺栓元件附接到复合材料的部件的方法

说明书

本发明涉及一种用于将螺栓元件附接到由复合材料构成的部件例如纤维增强塑料零件或织物增强塑料零件的方法，其中螺栓元件具有头部部分和延伸远离头部部分的轴部分，其中轴部分在其远离头部部分的端部处设有尖状部并可选地经由圆柱形区域结合到螺纹圆柱体。

复合材料经常用在最多样化的区域中并且主要由具有嵌入式纤维增强件的塑料构成。纤维增强件可以例如采取带、织物、毡制品和垫子的形式。例如，使用玻璃纤维和塑料增强的聚酯树脂例如使用碳素纤维增强的环氧树脂的汽车车身部件，经常用在电动车构造中，且许多另外的部件例如控制台和包层同样地由这样的复合材料制造。当将碳素纤维用作增强件时，碳素纤维的织物由于其然后可以获得在部件的全部方向上的增强而经常被使用。

然而，复合材料的领域决不被限制于玻璃纤维和碳素纤维，存在可以被考虑的许多其他增强纤维。此外，最多样化的塑料也可以用作基质材料。全部这样的材料在本文中被属类地描述为复合材料或纤维增强塑料。其也可以通过通用术语“有机金属片”来描述。该术语在某些圈子中被理解为专用术语。本发明主要使用那些复合材料，该复合材料使用热塑性材料即热塑性塑料作为在低于熔点的升高的温度下软化或变成糊状的基质材料。然而，不能排除的是，如果硬质塑料在升高的温度下即在低于基质材料被永久损坏的温度的温度下是充分地柔软的、或者变得柔软或成糊状，则硬质塑料也可以用作基质材料。本发明也可以用于具有下述基质材料的复合材料，即该基质材料的确不是热塑性塑料而是还未达到其最终状态，更确切地，是以其使用加热或不使用加热来软化的状态存在，但是经过一段时间或者通过紫外线或湿度的作用或者在其他方面通过渐进的聚合作用或交叉联结，该状态可以被转换成更硬的状态。

例如，为了将相应的部件固定到其他零件或将其他零件附接到纤维增强塑料部件，经常需要使用具有紧固元件的复合材料的部件。

螺栓元件附接到复合材料的部件使得例如将相应的部件固定到其他零件或将其他零件固定到纤维增强塑料零件成为可能。在另外的部件处的螺母元件可以作为相应的螺栓元件的相对件(counterpiece)使用。

通常需要在复合材料的部件中设置螺栓元件的轴部分可以穿过的孔。螺纹插入件或孔眼可以已经在部件的制造期间融入到塑料部件中，然而这是非常费时且复杂的，并导致另外的费用且有时使得塑料零件的局部增厚成为必需。孔的制造主要通过钻孔过程来实现，由此出现材料剩余物例如钻屑，且复合材料在钻孔的区域中被弱化。可想象的是，冲压该部件以根据需要产生孔，由此出现必须被处置掉的呈冲压毛坯(punching slug)形式的废料以及该部件的局部弱化。

复合材料由任何需要的增强材料或纤维以及任何需要的塑性地可变形的或可熔化的基质材料构成。根据本发明，如在本文中使用的术语“复合材料”因此不但包括具有纤维增强的塑料，而且包括例如具有增强材料的金属例如铝的基质材料，该增强材料例如碳素纤维或陶瓷颗粒。

本发明的目的是使螺栓元件能够至少大体上无损耗地附接到复合材料的部件，而不使该部件明显地弱化。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法得到满足。

根据本发明的方法提供了，螺栓元件以前部的尖状部压紧部件，且尖状部被按压穿过部件，直到部件的邻近于螺栓元件的头部部分的侧部开始接触螺纹圆柱体，且因此尖状部在该部件中产生孔，并且螺栓元件随后转动，使得螺纹圆柱体的螺纹在孔的壁中形成内螺纹，并且接触表面与部件的所述侧部产生接合。

因为螺栓元件的尖状部被驱动穿过部件，所以产生了用于螺栓元件的轴部分的孔。从而可以避免不利的钻孔或冲孔过程。因此，通过内螺纹的形成，螺栓元件被牢牢地固定在部件中。为使尖状部易于被按压到材料中，本发明特别是利用了下述认识：许多复合材料——可选地在相应的加热之后——具有充分地柔软或糊状的稠度(soft or pasty consistency)。在部件的复合材料涉及增强纤维的情况下，长形纤维在尖状部按压到部件期间被推动到一侧而不是被分裂开，使得与钻孔或冲孔过程相比，只产生少的材料弱化。本发明的特定优势还在于下面的事实：在螺栓元件的插入期间，用于使螺栓的轴通过的孔以及用于将螺栓元件保持在部件中的内螺纹均在一定程度上自动地产生，使得可以省去另外的操作步骤。

原则上，可以实现预穿孔也不是不可能的。例如，可以在制造纤维增强部件期间在压制或钻孔过程中进行这样的预穿孔，例如当纤维增强部件相对于另一个部件的预定位或预对中的类型或反之亦然通过预穿孔将被保证时。