自攻钻孔螺钉.pdf

本发明涉及一种能被旋入金属板(20)的自攻钻孔螺钉(1)，其包括开槽头(2)、螺纹轴(3)、锥形逐渐渐细的穿孔部分，以及具有锥形件(7，10，13，15，17)的磨孔部分(5，8，12)。磨孔部分具有形成孔并且同轴地环绕锥形件的径向肩部，其以类似环形的方式能与金属板(20)配合，具有比锥形件的直径大得多的直径，并通过倒圆的环形边缘(14)与穿孔部分并接。

1.  一种能被旋入板件(20)的自攻钻孔螺钉(1)，其包括用于容纳工具的开槽头(2)、螺纹轴(3)、锥形逐渐渐细的穿孔部分(4)，以及具有锥形件的磨孔部分(5，8，12)，特征在于：所述磨孔部分(5，8，12)设计为径向肩部(6，9，11)，其形成孔并且同轴地环绕所述锥形件(7，10，13，15，17)，能以类似环形的方式与所述板件(20)配合，具有比所述锥形件(7，10，13，15，17)的直径大的多的直径，并通过倒圆的环形边缘(14)与所述穿孔部分(4)并接。

2.  根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于所述径向肩部(6)本质上与螺钉轴呈90度角而延伸。

3.  根据权利要求1或2所述的螺钉，其特征在于所述径向肩部(9)形成钝的圆锥。

4.  根据权利要求1所述的螺钉，其特征在于所述径向肩部(11)呈拱形凹面状。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的螺钉，其特征在于所述锥形件(7，10，13，15，17)在轴向上突出于所述径向肩部(6，9，11)。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的螺钉，其特征在于所述锥形件(7)终止于钝的倒圆的尾端件(21)。

7.  根据权利要求1至5中任一项所述的螺钉，其特征在于所述锥形件(15)终止于顶点(16)。

8.  根据权利要求1至5中任一项所述的螺钉，其特征在于所述锥形件(17)具有被缘(19)环绕的同轴凹坑(18)，所述缘(19)的外径(d)比所述穿孔部分(4)的最大直径小0.25至0.75倍。

9.  根据权利要求8所述的螺钉，其特征在于所述凹坑(18)的长度小于3毫米。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的螺钉，其特征在于所述环形边缘(14)被设计为轴向上突出于所述径向肩部(11)的倒圆的拱形。

自攻钻孔螺钉
技术领域
本发明涉及一种可被旋入板件的自攻钻孔螺钉，包括用于容纳工具的开槽头，螺纹轴，锥形逐渐渐细的穿孔部分，以及磨孔部分。
背景技术
欧洲专利申请0464071B1公开了这种类型的螺钉。该螺钉采用设计为终止于倒圆的顶点的锥形件的磨孔部分。该顶点与板件配合从而使材件的材料随螺钉的旋入而软化，并且锥形件可以穿入板件，从而在板件中形成孔。锥形件与本质上设计的较窄的锥形穿孔部分平滑地连接，该穿孔部分利用由螺钉的旋转运动产生的摩擦热量，穿入由磨孔部分形成的孔中，并随后将孔扩宽至其最大直径。由此板件的材料形成了在板件的两侧(特别是在螺钉与板件配合的板件的一侧)延伸的通道。然而，形成在该侧的通道往往是所不期望的。
根据德国的实用新型202005017524.2，提供了一种具体为摩擦焊接螺栓的紧固单元的设计，其中螺栓锥形尾端的钝的顶点基于相应的螺栓相对工件的迅速旋转和压力而使工件表面融化，融化的材料可以流到一旁。该钝的顶点被具有能容纳融化的材料的同轴凹沟的肩部环绕。然而，这种设计不适于用作自攻钻孔螺钉，因为在使用螺钉时，应避免穿入与紧固单元配合的构件。
发明内容
本发明的目的在于生产自攻钻孔螺钉，当在板件中形成用于后续旋入螺纹的孔时，本质上只在背向螺钉与板件配合那侧的板件的一侧形成通道。此外，螺钉的设计须使形成孔所需的热量要在螺钉与板件配合后的非常短的时间内产生。
根据本发明实现该目的，通过将磨孔部分设计为同轴地环绕锥形件的径向肩部，其能以类似环形的方式与板件配合，具有比锥形件的直径大的得多的直径，并通过倒圆的环形边缘与穿孔部分并接。
根据本发明的螺钉采用其设计为径向肩部的磨孔部分，当螺钉被抵靠在板件上时施加压力，压力使螺钉旋转时由于摩擦热量而被软化的板件材料趋于在被施加到板件上的压力的方向上屈服于径向肩部，并从而形成具有光滑边缘的通道，其通常不会导致在背向螺钉的板件的一侧的干涉，并且在任何情况下，不会有延伸到板件的配合侧的趋势。在某种程度，这导致对板件的两个阶段的处理，其中首先通过与板件配合并正在旋转的螺钉的穿孔部分在板件中穿孔，磨孔部分的径向肩部与板件配合并抵靠在板件上，从而由板件形成并被摩擦热量软化的所有材料流向在背向螺钉配合侧的板件的一侧形成的通道，之后，穿孔部分经由倒圆的环形边缘滑入所述的孔，并将该孔和通道扩宽至穿孔部分的最大直径。这本质上得到了背向螺钉的板件的一侧的通道，该通道也是可靠地形成的，并且没有任何此类通道中可能出现的锯齿状的边缘。
径向肩部有多种可能的设计。可以设计为使其与螺钉轴呈90度角而延伸。然而，也可以将径向肩部设计为钝的圆锥。这种设计对板件材料的流动作用具有特别好的效果。
也可以为径向肩部设计拱形的凹面。每种拱形的凹面的设计很大程度上依赖于板件的材料。径向肩部的设计也应对将被施加的压力和旋转速度产生正面的效果。
因为锥形件在其与板件配合之后执行确定的对中作用，由于锥形体轴向上突出至径向肩部以外，螺钉在旋入运动中被有效地引导。
作为穿孔部分的组成部分的锥形件有不同的设计方法。锥形件可以与钝的倒圆的尾端件并接，例如EP0464071B1所公开的。锥形件也可以终止于顶点，然而需要对顶点施加很大的压力以形成孔。在其它的特别具有优势的锥形件的设计中，锥形件具有被缘环绕的同轴凹坑，所述缘的外径(d)比所述穿孔部分的最大直径(D)小0.25至0.7倍。在这种设计中，由于具有围绕凹坑的边缘，即使以很低的转速也能使板件较大程度地受热，这样的受热足以在板件中形成孔。凹坑以其长度小于3毫米的方式产生即足够。
优选地，环形边缘在其与穿孔部分拼接的区域具有突出于径向肩部的拱形，该拱形确保材料主要在通道形成的方向上被压出板件。这对通道的形成和设计起到正面作用。
附图说明
附图中示出了本发明的示例性实施例，其中：
图1示出了螺钉的立体图；
图2示出了沿图1中的线II-II所取的横截面视图，包括了在径向上延伸的径向肩部；
图3示出类似的横截面视图，包括了锥形的径向肩部；
图4示出类似的横截面视图，包括了拱形凹入的径向肩部；
图5示出类似的横截面视图，包括了从径向肩部突出的倒圆的拱形；
图6示出磨孔部分，包括了终止于顶点的锥形件；
图7示出磨孔部分，包括了具有同轴凹坑的锥形件；
图8示出了沿图7中的线VIII-VIII所取的横截面视图；
图9a、9b和9c示出了图1所示的螺钉穿入并通过板件的不同阶段。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的自攻钻孔螺钉1的立体图。螺钉包括螺钉头2、螺纹轴3和位于磨孔部分5上方的穿孔部分4。磨孔部分包括径向肩部6和锥形件7。为将螺钉1旋入板件(参见图9a至9c)，锥形件7与板件配合并被旋转。由于产生的摩擦热量，锥形件7穿入板件，直至径向肩部6也触及板件并且迅速加热板件的相关区域(由于其相对较大的直径)。径向肩部6将软化的材料向前推至板件以外，即，朝着背向螺钉1的板件的一侧的方向，因此由软化的板件材料形成的通道本质上形成在背向螺钉的板件的一侧(参见图9a至9c)。从而径向肩部执行双重功能，因为一方面它很好地确保了迅速的导入板件材料，并且另一方面，将受热从而软化的材料向前推，并推至板件以外(背向螺钉的板件的一侧)。
图1中螺钉1中采用的锥形件7具有倒圆的尾端7a，其在与板件配合时，在相应的较高的压力下，确保迅速产生宽阔的接触面积和相应的摩擦热量。如果螺钉1将被旋入由相对较硬的材料制成的板件中(例如由钢制成的板件)，这将非常有优势。
图2示出了沿图1中的线II-II所取的横截面视图，径向肩部6与螺钉1的轴呈90度角而延伸，这使得在径向肩部6触及板件时，由于螺钉1的旋转运动而在宽阔的面积上迅速对板件加热。
随穿孔部分5更深入到板件材料中，所期望的是增加径向肩部6所施加的压力，即，所期望的是开始时是较小的压力，并改变为较大的压力，这可以通过图3所示的设计来实现。本图示出了与图2类似的横截面视图，其示出磨孔部分8的径向肩部9的形状类似于钝的圆锥。由于这种设计，开始时只有中心锥形件10穿入板件材料，直至径向肩部9的内部区域产生配合并抵靠在形成的孔(直径在增大)的边缘，施加的压力逐渐升高，并最终在到达径向肩部9的外边缘后向板件施加最大的压力。
图4示出了一种相似的设计，也是与图2类似的横截面视图。这种情况中，磨孔部分12的径向肩部11具有拱形的凹面，其进一步平衡了从中心锥形件13的区域至径向肩部11的摩擦载荷的传递。
图5示出了磨孔部分的一种特殊的设计。这种情况中，拱形凹面的径向肩部11在其外边缘与突出的环形边缘14并接，环形边缘或多或少地捕获并包容在板件材料软化期间变为可流动的材料，并几乎使所有的这些材料可用于在背向螺钉的板件的一侧形成通道。
图6示出了锥形件的另一种改进示例。此处示出的锥形件15终止于顶点16，特别当螺钉被旋入相对较软的材料(例如铝)时，这将非常有优势。
图7和图8示出了锥形件的一种特殊的设计，图8示出了沿图7中的线VIII-VIII所取的横截面视图。在这种情况下，锥形件17在其尾端具有同轴凹坑18，该凹坑被钝缘19环绕。钝缘19的外径为2毫米，相比之下锥形件17的最大直径是5毫米。由于具有钝缘19，当锥形件17与板件配合时，可以立即产生相对较大的面积，从而在螺钉旋转时产生相应的大量的热量，本质上方便了螺钉穿入板件。凹坑18由短的钻孔形成，约有2毫米深。
基于图1所示的螺钉设计，图9a、9b和9c示出了螺钉被旋入板件20并形成通道22。在图9a中，其尾端21倒圆的锥形件7已经穿入板件20的材料并相应地将其软化。在图9b中，锥形件7已经完全穿过板件20。当螺钉继续穿过板件，假设螺钉1位于图9c所示的位置，其中螺纹轴3已经穿过板件20并形成了通道22，在这种情况下，通道只位于背向螺钉与板件20配合侧的板件的一侧。