用于無預制孔地直接螺接構件的自成孔和自攻絲的螺釘以及以此制造的構件復合結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于直接螺接構件的自成孔和自攻絲的螺釘，所述螺釘具有頭部 和從該頭部出發的桿，其中，所述桿具有自攻螺紋部段和設置在該螺紋部段之前的孔成型 部段，該孔成型部段用于形成旋擠孔（FlieMochformen)。
[0002] 本發明還涉及一種利用至少一個這樣的自成孔和自攻絲的螺釘進行接合的構件 復合結構，該復合結構具有至少兩個構件。
[0003] 所涉及類型的自成孔和自攻絲的螺釘用于通過形成螺紋連接將至少兩個構件機 械地接合或連接。所述構件尤其是涉及用于機動車車身的結構部件、例如金屬板和金屬型 材（其可以作為半成品或作為空間成型的構件存在）、鑄件及類似物。
[0004] 所謂直接螺接被理解為，在要接合的構件之間在沒有預先單獨地將孔洞或鉆孔 (所謂的預制孔）引入到所述構件中的情況下形成螺紋連接。在直接螺接的情況下，既省去 用于引入預制孔的耗費，又省去用于在將要接合構件對準時找孔的耗費。
【背景技術】
[0005] 所涉及類型的自成孔和自攻絲的螺釘由DE39 09 725C1已知。在DE39 09 725 C1中還說明了所謂的旋擠孔成型（旋擠孔工藝）。在形成旋擠孔的旋緊或螺接的過程中，專 門為此構成的自成孔和自攻絲的螺釘以其孔成型部段在連接位置上壓靠到要接合的、彼此 對準且未預制孔的構件上并且置于轉動中。所述連接位置由于所產生的摩擦而局部變熱， 這能實現構件材料的塑化，所述構件材料沿徑向方向和軸向方向隨著所述孔成型部段塑性 變形并最終被穿透。也就是說，所涉及的自成孔和自攻絲的螺釘的孔成型部段對于所述構 件材料具有塑化功能或塑化作用。在借助所述孔成型部段進行穿透的過程中，也可以至少 在要接合的構件之一上成型出所謂的翻孔（也稱為旋擠孔），隨后所述自成孔和自攻絲的 螺釘的自攻螺紋部段接合到該翻孔中并且在所述構件之間形成力鎖合和形鎖合連接。
[0006] 對于現有技術和為了理解本發明補充地也參閱DE10 2010 050 979A1。
[0007] 前文所說明的形成旋擠孔的直接螺接以構件材料的可塑性變形性為前提。因此， 迄今為止僅將金屬構件（主要是鋁制材料）以前文所說明的方式進行接合。在機動車車身 中（其中本發明明確強調不限于此）的現代混合結構中也使用不可塑性變形的材料，例如 纖維增強塑料（FVK)以及尤其是碳纖維增強塑料（CFK)，所述材料在沒有以上述方式進行 預制孔的情況下（也就是利用按現有技術的自成孔和自攻絲的螺釘）在此無法在不受到劇 烈損壞的前提下被穿透。
【發明內容】
[0008] 本發明的任務在于，提出一種開頭所述類型的自成孔和自攻絲的螺釘，利用所述 螺釘原則上也可以無預制孔地直接螺接由不可塑性變形性的材料制成的構件并且可以以 此方式持久地接合。
[0009] 所述任務通過根據本發明的具有權利要求1所述特征的自成孔和自攻絲的螺釘 來解決。以并列的權利要求，所述任務的解決方案還延伸到一種構件復合結構上。對于兩 個發明主題類似的是，優選的進一步擴展方案和構造形式既由從屬權利要求得出，又由下 文的闡述得出。
[0010] 根據本發明的用于直接螺接至少兩個構件的自成孔和自攻絲的螺釘包括頭部 (例如螺釘頭）和成型在該頭部上的桿（例如螺紋桿、栓銷或螺栓），該桿從所述頭部出發 或者從所述頭部延伸開去，其中，所述桿具有自攻螺紋部段和設置或處于該螺紋部段之前 的、用于形成旋擠孔的孔成型部段（具有塑化功能）。根據本發明規定：所述桿還包括至少 一個具有切削功能的切割邊緣，該切割邊緣基本上設置在所述自攻螺紋部段之前，并且該 切割邊緣一方面通過螺釘的轉動能實現將通孔（無翻邊OXirchzug))引入且尤其是切割或 切入到至少一個要螺接的構件中，而另一方面該切割邊緣不妨礙在至少另一個要螺接的構 件中形成旋擠孔（有翻邊）。
[0011] 關于所述桿所使用的位置說明"之前"、"前"、"之后"及類似方向指的是從背離頭 部的螺釘尖端出發朝向頭部的軸向觀察方向。
[0012] 通孔的特征基本上在于，所述通孔不具有如旋擠孔那樣的套筒狀翻邊，并且尤其 是基本上無凹穴地構成。
[0013] 根據本發明的螺釘在桿上構成為具有至少一個切割邊緣，該切割邊緣一方面在螺 釘轉動時將通孔引入且尤其是切割或切入到至少在一個構件中（其與旋擠孔相反基本上 不具有翻邊），而另一方面該切割允許形成旋擠孔（具有翻邊）或者在至少另一個構件中基 本上不會阻止或妨礙這樣的旋擠孔成型。因此，所述至少一個切割邊緣或一個在功能上可 與其相當的元件也適用于形成旋擠孔。"適用于"應理解為，所述切割邊緣這樣構成，使得該 切割邊緣能實現或允許形成旋擠孔或者至少不阻止形成旋擠孔。
[0014] 所設置的切割邊緣這樣構成，使得其具有切削功能，從而利用該切割邊緣在要穿 孔構件的構件材料方面至少部分地也可以實現切削作用。就這點而言，所述切割邊緣也可 以被稱為銑切邊。所述切削功能優選通過切割邊緣的尖棱的構成方式來實現。補充于其切 削功能，所述切割邊緣也可以具有變形功能并且尤其具有塑化功能（或塑化作用），這樣使 得在螺釘轉動時（尤其沿由所述螺釘的結構上的構造形式所預設的方向）在切割邊緣之前 積聚的構件材料由于壓力作用而變形并且因此有利于通孔的引入和/或具有翻邊的旋擠 孔的構成。由此，根據本發明的螺釘的桿上的切割邊緣通過構件材料的切削以及必要時補 充的塑性變形和/或還通過構件材料的撕拉或撕斷能實現將基本上無翻邊的通孔引入和 產生到至少一個所述要接合或要螺接的構件中。
[0015] 由DE10 2006 034 584A1已知一種自成孔和自攻絲的螺釘，該螺釘在其孔成型 部段上構成有肋片。與根據本發明的自成孔和自攻絲的螺釘上的切割邊緣相反的是，已知 的自成孔和自攻絲的螺釘上的肋片完全不具有切削功能。因此，由DE10 2006 034 584A1 已知的自成孔和自攻絲的螺釘完全不適于無損地直接螺接由不可塑性變形的材料制成的 構件。
[0016] 所述至少一個切割邊緣關于所述桿的延伸方向或關于擰入方向基本上設置在自 攻螺紋部段之前并且尤其具有軸向延伸尺寸。因此，所述切割邊緣從（在桿的自由端部上 的）螺釘尖端出發基本上在自攻螺紋部段之前終止。"基本上"在這里的意思是，所述切割 邊緣可能會延伸到所述自攻螺紋部段中。所述至少一個切割邊緣可以構成為不同類型，這 部分地是優選的且下文還將詳細闡述的進一步擴展方案和構造形式的技術方案。還優選地 規定了多種相同地亦或不同地構成的根據本發明的自成孔和自攻絲的螺釘上的切割邊緣。 在以上和以下的闡述中僅部分地且不局限性地基于一種切割邊緣。
[0017] 所提出的切割邊緣一方面能實現在將通孔（或鉆孔）引入（產生或構成）到至少 一個所述要接合的構件。這里，至少一個所述要接合的構件尤其指的是上方或最上方的構 件，所述構件具有擰入側或進入側并且面向所述螺釘的頭部。在包括多于兩個構件的構件 復合結構內也可以將通孔引入到多個、尤其是相鄰的構件中。
[0018] 另一方面，所述切割邊緣不阻止在至少另一個所述要接合部件中形成旋擠孔。這 里，至少另一個所述要接合部件尤其指的是下方或最下方的構件，所述構件具有排出側并 且與所述螺釘的頭部相背離。同樣，至少另一個所述要接合部件還可以指包括多于兩個構 件的構件復合結構內的中間構件。可以規定：包括多于兩個構件的構件復合結構內要引入 或已引入的旋擠孔在多個構件上延伸或包括多個構件。
[0019] 因此，利用根據本發明的螺釘通過圍繞縱軸線的轉動（在同時施加軸向作用的壓 力的情況下）可以首先將通孔引入到一個或多個上方的構件中并且通過隨后的繼續轉動 (在同時施加軸向作用的壓力的情況下）沿相同的方向或者必要時也沿另一個或相反的轉 動方向（如下文還更詳細闡述的那樣）使旋擠孔在一個或多個下方的構件中成型，隨后所 述螺釘的自攻螺紋部段可以力鎖合且形鎖合地如上所闡述那樣地接合到所述旋擠孔中。
[0020] 尤其是涉及上方部件（如上所闡述）的要穿孔的構件尤其是可以由不可塑性變形 的或僅可困難地變形的材料或由脆性材料構成。所述構件優選由非金屬材料形成。特別優 選的是，所述構件由纖維增強塑料（FVK)以及尤其由碳纖維增強塑料（CFK)形成。但所述 構件同樣也可以由可塑性變形的或可延展的材料形成，例如由金屬材料以及尤其是鋁制材 料或鋼材形成。由此，利用根據本發明的螺釘不僅在脆性構件材料中而且在可延展的構件 材料中都可以產生通孔。
[0021] 設置為用于形成旋擠孔的、尤其是涉及下方部件（如上所闡述）的構件可以由可 塑性變形的材料形成，例如由金屬材料以及尤其是鋁制材料或鋼材形成。但所述構件同樣 也可以由非金屬材料、例如塑料形成。原則上，所述構件也可以由不可塑性變形的或僅可困 難地變形的材料形成，例如由纖維增強塑料（FVK)以及尤其是碳纖維增強塑料（CFK)形成。
[0022] 因此，利用根據本發明的自成孔和自攻絲的螺釘可以無預制孔地將由不可塑性 變形的或脆性的材料制成的構件與由可塑性變形的或可延展的材料制成的構件無損傷地 (beschSdigungsfrei)機械接合，如下文還要更詳細闡述的那樣，其中，根據本發明的 螺釘也可以用于其它材料組合。與由現有技術已知的用于接合這種不同構件的可行方案相 比得到時間方面的（縮短了流程時間）和費用方面的顯著優點。此外，還獲得了高的流程 可靠性。另一優勢還在于，利用根據本發明的螺釘形成的螺紋連接非常易于維修。這里非 封閉式地列舉由或利用本發明所得到的優點。
[0023] 特別優選地規定：所述切割邊緣這樣構成，使得其在沿一個轉動方向轉動螺釘時 能實通孔的引入以及尤其是切割，并且在沿另一個或相反的轉動方向轉動螺釘時允許形成 旋擠孔。換句話說，所述切割邊緣優選這樣設置和構成，使得其在沿一個方向或轉動方向 (切割-轉動方向）轉動螺釘時能實現通孔的切割，并且在沿另一個或相反的方向（旋擠 孔-轉動方向）轉動螺釘時也適用于形成旋擠孔，從而在沿一個轉動方向轉動螺釘時能實 現通孔的切割