DE102017001676A1

DE102017001676A1 - Befestigungselement, Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements und Verfahren zum Bohren eines Lochs

Info

Publication number: DE102017001676A1
Application number: DE102017001676.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Fräulin
Original assignee: A Raymond SARL
Current assignee: A Raymond SARL
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2018-08-23
Also published as: CN208587374U; WO2018153864A1; CN108457953A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstbohrendes Befestigungselement, das einen Hohlkörper hat, der einen aufweitbaren Abschnitt und ein Durchstoßende umfasst, wobei das Durchstoßende Zähne zum Bohren einer Bohrung umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes angeordnet sind, wobei die Zähne einen oberen Vorderseitenabschnitt und einen unteren Vorderseitenabschnitt haben, der sich mindestens teilweise gerade erstreckt, wobei der obere Vorderseitenabschnitt einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse des Befestigungselements bildet, der von dem relativen Winkel zwischen der unteren Vorderseite und der Längsachse des Befestigungselements unterschiedlich ist, und/oder wobei die Zähne derart versetzt sind, dass (i) die Zähne in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Zähne eingerichtet sind, einen Versatz umfassen und/oder (ii) die Zähne sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstbohrendes Befestigungselement, ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements, und ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in einem faserverstärkten Verbundmaterial.
In dem Gebiet von Vorrichtungen zum Befestigen eines Teils an mindestens einem weiteren Teil könnte es wünschenswert sein, ein Loch in mindestens einem der zwei Teile einzurichten. Das Loch kann unter Verwenden eines Bohrgeräts und eines Bohrers eingerichtet werden, oder das Loch kann sogar durch Drehen des Befestigungselements selbst während des Einfügens eingerichtet werden, falls das Befestigungselement an seinem Ende ein geeignetes Durchstoßelement hat. Auf jeden Fall kann der Bohrvorgang die Unversehrtheit des Bereichs um das Loch beeinträchtigen. Der Bohrvorgang kann zum Beispiel Brüchigkeit oder Belastungskonzentrationen an der Kante des Lochs verursachen, was die funktionale Unversehrtheit des Teils beeinträchtigt, wenn ein Befestigungselement, das durch das Loch eingefügt wird, eine Last auf den kompromittierten Bereich ausübt. Das Problem ist ein besonderes Anliegen bei nicht metallischen Materialien, wie zum Beispiel Verbundmaterialien. Das Durchstoßelement zum Einrichten des Lochs muss daher für das jeweilige Material geeignet sein. Der Stand der Technik, insbesondere derjenige, bei dem Verbundmaterialien betroffen sind, zeigt die Tendenz, dass das Loch nicht ohne Änderung der Unversehrtheit des Materials an dem Umfang des Lochs, das einzurichten ist, eingerichtet werden kann, zum Beispiel aufgrund von Verbrennen, Schmelzen oder Delaminierung des Materials. Ferner zeigt der Stand der Technik die Tendenz, dass ein ungleichförmiger Lochdurchmesser in Tiefe erreicht wird. Ferner zeigt der Stand der Technik die Tendenz, dass die Bohrkraft zum Bohren eines Lochs und/oder das Bohrdrehmoment, das ausgeübt wird, zu hoch sind, und/oder dass die Sägezähne umfassende Zahnabnutzung zeigen, und/oder dass die Zeit zum Bohren zu lang ist.
In diesem Hinblick darf man nicht übersehen, dass das Befestigungselement konzipiert ist, um ein Loch durch eine Anordnung aus mindestens zwei Komponenten zu stoßen oder zu bohren, und dass das Befestigungselement nach dem Durchstoßen oder Durchbohren durch die Schichten an Ort und Stelle gehalten wird, um die Komponenten zusammen zu halten. Ein selbstbohrendes Befestigungselement wird daher konzipiert, um ein Loch nur einmal zu durchstoßen oder zu bohren. Das bohrende Teil ist für den einmaligen Gebrauch konzipiert. Das Material, das für das Element oder das Teil des selbstbohrenden Befestigungselements, das zum Durchstoßen oder Bohren des Lochs dient, verwendet wird, wird als kostengünstig angenommen, weil sogar der Teil des Befestigungselements, der verwendet wird, um das Loch zu durchstoßen oder zu bohren, an Ort und Stelle bleibt und kein Teil ist, der nach dem Bohren des Lochs zurückgewonnen wird. Das Material, das zum Bohren des Lochs verwendet wird, hat daher gewöhnlich eine niedrige Härte.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Befestigungselement bereitzustellen, das hinsichtlich mindestens eines der oben erwähnten Vorteile verbessert ist und/oder hinsichtlich seiner Fähigkeit verbessert ist, mindestens eines der Teile, die zu befestigen sind, selbst zu bohren, insbesondere ein Teil, das eine faserverstärktes Verbundmaterial ist. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in ein faserverstärktes Verbundmaterial zu verbessern.
Die Aufgabe wird gemäß einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafterweise sind Ausführungsformen der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und können der folgenden Beschreibung entnommen werden.
Der Hauptpunkt der Erfindung ist das Verwenden eines Durchstoßendes, das Zähne hat, die um eine Rotationsachse eingerichtet sind, wobei die Zähne eine optimierte Geometrie in Bezug auf das Bohren umfassen. Die Erfindung hat erkannt, dass die Geometrie der Zähne, die das Material schneiden, sehr wichtig ist. Die Erfindung hat erkannt, dass in Zusammenhang mit den oben erwähnten Nachteilen und dem Anlegen eines glatten Lochs insbesondere in einem faserverstärkten Verbundmaterial die Zahngeometrie bezüglich zwei Merkmalen konzipiert werden kann: (a) die Vorderseite der Zähne, die das Material schneiden, umfasst ein unterschiedliches Design in mindestens zwei Abschnitten, die jeweils mindestens einen Abschnitt aufweisen, der im Wesentlichen gerade ist, und/oder (b) die Zähne, die das Material schneiden, sind versetzt ausgerichtet.
Was die zwei unterschiedlichen Designs der Vorderseite der Zähne betrifft, werden ein oberer und ein unterer Vorderseitenabschnitt betrachtet, und der obere Vorderseitenabschnitt hat einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse der Rotationsachse, der von dem relativen Winkel zwischen der unteren Vorderseite und der Längsachse der Rotationsachse unterschiedlich ist. Der obere Vorderseitenabschnitt wird verwendet, wenn das Bohren des Lochs beginnt. Die Zähne werden gedreht, und aufgrund der Abnutzung kann der obere Vorderseitenabschnitt abgenutzt werden, und der untere Vorderseitenabschnitt kann der Abschnitt sein, der der ist, der nach etwa 50 % der Schneidstärke verwendet wird, und insbesondere beim Verlassen des Materials am Ende des Bohrens. Insbesondere wenn ein glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet wird, wird ein negativer Winkel oder Winkel gleich 0° in Bezug zu der Längsachse des (oberen) Vorderseitenabschnitts vorgezogen, weil ein positiver Schneidwinkel Fasern aus dem Material reißen könnte, was in erhöhter Delaminierung resultieren würde. Insbesondere wenn ein glasfaserverstärkter Kunststoff gebohrt wird, wird ein positiver Winkel in Bezug zu der Längsachse des (unteren) Vorderseitenabschnitts vorgezogen, weil es vorteilhaft ist, die Fasern zu der Säge zu ziehen.
Was den Versatz der Zähne betrifft, können die Zähne einen Versatz in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Zähne eingerichtet sind, umfassen. Dieser Versatz ist vorzugsweise ein Versatz in Bezug zu dem oberen Teil der Zähne. Der Versatz kann verwendet werden, um Reibung zwischen den Zähnen, die als eine Säge wirken, und dem Material, in dem das Loch durchzustoßen oder zu bohren ist, vorzubeugen. Der Versatz kann angepasst werden, um mindestens einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser des Lochs während des gesamten Durchstoßens oder Bohrens zu erhalten.
Die Erfindung liefert ein selbstbohrendes Befestigungselement, das einen Hohlkörper hat. Der Hohlkörper umfasst einen aufweitbaren Abschnitt und ein Durchstoßende, wobei das Durchstoßende Zähne zum Bohren eines Lochs umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes eingerichtet sind. Die Zähne (a) haben einen oberen Vorderseitenabschnitt und einen unteren Vorderseitenabschnitt, die sich mindestens teilweise gerade erstrecken, wobei der obere Vorderseitenabschnitt einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse des Befestigungselements hat, der von dem relativen Winkel zwischen der unteren Vorderseite und der Längsachse des Befestigungselements unterschiedlich ist, und/oder (b) die Zähne versetzt sind, so dass (i) die Zähne einen Versatz in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Zähne eingerichtet sind, umfassen, und/oder (ii) die Zähne sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
Das Bereitstellen des oben erwähnten Zahndesigns wirkt sich auf Delaminierung aus, wenn das Befestigungselement in das Material, in dem das Loch einzurichten ist, eintritt oder aus ihm austritt, und/oder einen gleichmäßigen Lochdurchmesser in Tiefe. Zusätzlich liegen die Zahnabnutzung und die Bohrkraft sowie das Bohrdrehmoment in einem geeigneten Bereich. Bevorzugt kann die Bohrkraft niedriger als 200 N sein, bevorzugt niedriger als 170 N, bevorzugter niedriger als 160 N, am bevorzugtesten niedriger als 150 N, und/oder das Bohrdrehmoment kann niedriger sein als 10 Nm.
Der Begriff „Befestigungselement“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt jedes Element ein, das zum Befestigen eines Teils an einem anderen Teil verwendet werden kann. Die zwei Teile können einander an einem flachen Flächenabschnitt berühren. Eines der zwei Teile kann eine Platte sein. Das andere Teil kann eine weitere Platte oder eine Schichtstruktur sein. Bevorzugt können das Material/die Materialien, die zu bohren sind, aus der Gruppe ausgewählt werden, die Glas- und durch Kohlenstofffaser-Duroplast und Thermoplastmaterialen umfasst, Fahrzeugkarosseriestähle (XCG10/10, P260, SPFC590, SABC1480) und Aluminium. Die zwei Teile, die durch das Befestigungselement befestigt werden können, können die Form eines Blatts haben oder mindestens einen blattähnlichen Querschnitt. Das Befestigungselement kann in ein Loch eingefügt werden, das Loch kann in mindestens einem der zwei Teile eingerichtet sein. Das Befestigungselement kann Arme oder mindestens einen Verformungsabschnitt umfassen, um in eines der Teile einzugreifen, insbesondere in das Teil, in dem das Loch eingerichtet ist, während der Arm oder der Verformungsabschnitt mit einer Gegenfläche des Befestigungselements zusammenwirkt oder in Wechselwirkung tritt, um die zwei Teile aneinander in Berührung zu halten, indem von der Gegenfläche sowie von dem Arm oder dem Verformungsabschnitt auf den zwei Teilen eine Kraft ausgeübt wird. Die zwei Teile werden zusammengehalten oder aneinander befestigt, indem zwischen ihnen die Gegenfläche und der Arm/der Verformungsabschnitt eingerichtet wird/werden. Das Befestigungselement kann insbesondere eine Niete oder ein Clip sein.
Der Durchmesser des Lochs kann zwischen etwa 4 mm und etwa 20 mm betragen. Der Begriff „Hohlkörper“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt mindestens einen Abschnitt des Befestigungselements ein, der hohl ist, um sicherzustellen, dass ein weiteres Teil oder ein weiterer Abschnitt des Befestigungselements in dem Hohlkörper sein kann, oder um das Aufweiten des Befestigungselements sicherzustellen. Der Hohlkörper kann einen verformbaren Abschnitt umfassen, um das Befestigungselement in Bezug zu seinem ursprünglichen Umfang aufzuweiten. Der verformbare Abschnitt kann mit der Gegenfläche zusammenwirken.
Der Begriff „aufweitbarer Abschnitt“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein verformbares Element oder einen verformbaren Abschnitt des Hohlkörpers ein, das/der insbesondere in eine Richtung quer zu der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörpers verformt werden kann.
Der Begriff „Durchstoßende“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein Ende an dem Befestigungselement oder dem Hohlkörper ein, das geformt ist, das insbesondere Zähne hat, um das Loch durch Drehen des Durchstoßendes in Bezug zu dem Teil, in dem das Loch einzurichten ist, einzurichten.
Der Begriff „Zähne“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt mindestens zwei zahnförmige Elemente ein. Der Begriff „Zahn“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt eine Vorwölbung oder einen Vorsprung ein, die/der sich im Wesentlichen in die Richtung der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörpers derart erstreckt, dass der zwischen dem Zahn und der Längsachse eingeschlossene Winkel nicht größer ist als 45°. Bevorzugt ist der eingeschlossene Winkel zwischen dem Zahn und der Längsachse nicht größer als 30°. Bevorzugter ist der eingeschlossene Winkel zwischen dem Zahn und der Längsachse nicht größer als 20°. Am bevorzugtesten ist der eingeschlossene Winkel zwischen dem Zahn und der Längsachse nicht größer als 10°. Ein Zahn kann bevorzugt eine Höhe haben, die kleiner ist als etwa 5 mm, bevorzugt liegt die Höhe eines Zahns in dem Bereich von etwa 1,5 mm bis 4 mm. Bevorzugt liegt die Höhe eines Zahns in dem Bereich von etwa 1,5 mm bis 3 mm. Bevorzugter liegt die Höhe eines Zahns in dem Bereich von etwa 1,0 mm bis 2,5 mm. Insbesondere kann die Höhe eines Zahns in etwa 1,9 mm betragen.
Der Begriff „im Wesentlichen kreisförmig eingerichtet“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt eine Einrichtung von Elementen, insbesondere von Zähnen, derart ein, dass Abweichungen von dem Kreis erlaubt sind, insbesondere könnten die Elemente (Zähne) nicht alle dieselbe Entfernung zu einer Mitte haben, sondern eine Gruppe von Zähnen kann dieselbe Entfernung zu der Mitte und eine weitere Gruppe von Elementen kann eine (leicht) unterschiedliche Entfernung zu der Mitte als die erste Gruppe haben. Ein Gesamteindruck einer kreisförmigen Form reicht, solange die Zähne in Drehung das Loch einrichten.
Der Begriff „Vorderseite“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt die Seite eines Zahns ein, die in Bezug zu der Rotationsrichtung vorn liegt.
Der Begriff „ober“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt einen Abschnitt ein, der weiter von dem Hohlkörper beabstandet ist als der untere Abschnitt. Der Begriff „ober“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein, dass der jeweilige Abschnitt an dem Längsende des Zahns eingerichtet ist, insbesondere an dem Längsende des Befestigungselements. Die Ausdehnung des oberen Vorderseitenabschnitts in die Richtung der Längsachse des Befestigungselements kann in dem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,8 mm liegen, bevorzugt in dem Bereich von ungefähr 0,2 mm bis ungefähr 0,7 mm, bevorzugter in dem Bereich von ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 0,7 mm. Die Ausdehnung des oberen Vorderseitenabschnitts in die Richtung der Längsachse des Befestigungselements kann zwischen ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 0,7 mm, insbesondere ungefähr 0,6 mm liegen. Die Länge des oberen Vorderseitenabschnitts kann in Bezug zu der Abnutzung des Materials während des Bohrens oder Durchstoßens derart angepasst werden, dass aufgrund der Abnutzung der obere Vorderseitenabschnitt abgenutzt sein kann, und der untere Vorderseitenabschnitt der Abschnitt sein kann, der nach etwa 50 % der Schneidstärke verwendet wird, und insbesondere beim Verlassen des Materials an dem Ende des Bohrens.
Der Begriff „unter“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt einen Abschnitt ein, der weniger von dem Hohlkörper beabstandet ist als der obere Abschnitt.
Der Begriff „mindestens teilweise gerade“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein, dass eine makroskopische Entfernung als gerade betrachtet wird, wobei kleine Abweichungen von einer geraden Linie erlaubt sind und innerhalb der Bedeutung von „gerade“ liegen.
Der Begriff „Längsachse des Befestigungselements“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein, dass das Befestigungselement eine Rotationsachse hat, die parallel oder entlang der Längsausdehnung (räumlichen Ausdehnung) des Befestigungselements ist. Der Begriff erfordert nicht, dass das Befestigungselement um die Rotationsachse oder Längsachse symmetrisch ist schließt dies jedoch nicht aus. Der Begriff „Längsachse des Befestigungselements“ kann auch auf die Längsachse des hohlen Elements verweisen, die eventuell mit der Längsachse des Befestigungselements zusammenfällt, oder die Längsachse des Befestigungselements und die Längsachse des Hohlkörpers können zueinander parallel sein. Der Längsachse des Befestigungselements und/oder die Längsachse des Hohlkörpers kann die Mitte, um die die Zähne eingerichtet sind, schneiden.
Der Begriff „Versatz“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt einen Versatz der Zähne auf eine Art ein, bei der die Zähne nicht dieselbe Entfernung zu der Mitte haben, insbesondere sind die Entfernungen zwischen der Oberseite der Zähne unterschiedlich. Mindestens zwei Gruppen von Zähnen können bereitgestellt werden, wobei jeder der Zähne jeder Gruppe im Wesentlichen dieselbe Entfernung zu der Mitte hat, und wobei sich die zwei Entfernungen der zwei Gruppen unterscheiden. Die unterschiedliche Entfernung in Bezug zu der Oberseite der Zähne kann derart erhalten werden, dass die Basis oder Füße der Zähne eine unterschiedliche Entfernung zu der Mitte hat/haben, und/oder derart, dass sich die Zähne in unterschiedliche Richtungen erstrecken, die einen unterschiedlichen Winkel zu der Längsachse des Befestigungselements oder der Rotationsachse haben. Falls jede Gruppe von Zähnen einen unterschiedlichen Winkel in Bezug zu der Längsachse hat, kann das Design am besten in eine Richtung gesehen werden, in die die Zähne um die Mitte eingerichtet sind. Dieser Versatz kann aus einem Blattmaterial derart gebildet werden, dass die Zähne in zwei unterschiedliche Richtungen gebogen werden. Die Entfernung von der Oberseite der Zähne zu der Mitte kann als die kürzeste Linie zu der Längsachse des Befestigungselements (die Mitte schneidend) oder der Rotationsachse (die Mitte schneidend) festgelegt werden. Diese Entfernung ist die Entfernung, die direkt zu der Längsachse des Befestigungselements oder der Rotationsachse gemessen wird. Die betreffende Entfernung kann daher die Projektion der Entfernung der Oberseite der Zähne zu der Längsachse des Befestigungselements oder der Rotationsachse quer zu der jeweiligen Achse sein. Der Begriff „Versatz“ kann die Bedeutung einschließen, dass mindestens zwei unterschiedliche Gruppen von Zähnen bereitgestellt werden, die eine unterschiedliche Entfernung zwischen dem Oberteil des Zahns und der Längsachse des Befestigungselements oder Rotationsachse haben. Der Versatz kann auf eine Art spezifiziert werden, dass eine mittlere Entfernung bezüglich der jeweiligen Gruppen festgelegt wird, und der Versatz durch die unterschiedliche Entfernung zu dieser mittleren Entfernung gegeben ist. Der Versatz kann derart bereitgestellt werden, dass ein Blech auf zwei unterschiedliche Arten in Bezug zu den Zähnen gebogen ist, eine Biegung, die im Wesentlichen zu der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörpers quer ist, und eine Biegung, die in einem Zahn resultiert, der sich wieder im Wesentlichen in die Richtung der Längsrichtung oder des Befestigungselements oder des Hohlkörpers erstreckt. Eine Gruppe von Zähnen kann näher zu der Mitte gebogen sein (erste Biegung in die Richtung der Mitte), und die andere Gruppe von Zähnen kann weiter von der Mitte entfernt gebogen sein (erste Biegung von der Richtung der Mitte weg). Der Versatz kann leicht durch diese Art von Biegen erhalten werden. In dem Fall, in dem das Befestigungselement ein Blattmaterial aufweist, kann die Blattebene die Referenz zu der Mitte sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Befestigungselements kleiner als der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Befestigungselements. Das kann zu optimierten Resultaten in Bezug auf Schmelzen, Verbrennen oder Delaminierung und/oder Zahnabnutzung führen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Befestigungselements etwa 0° bis etwa 5° (insbesondere kann der relative Winkel ein negativer Winkel in Bezug zu der Längsachse sein, was bedeutet, dass der obere Vorderseitenabschnitt zu der Rotationsrichtung geneigt sein kann (ein negativer Winkel entspricht dem, dass der obere Vorderseitenabschnitt leicht in den Uhrzeigersinn in Bezug zu dem Abschnitt der Längsachse oberhalb der Zähne gedreht ist), und der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Befestigungselements beträgt etwa 5° bis etwa 15° (insbesondere kann der relative Winkel ein positiver Winkel in Bezug zu der Längsachse sein, was bedeutet, dass der untere Vorderseitenabschnitt von der Rotationsachse weg geneigt ist). Der obere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 90° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der obere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 89° oder etwa 91° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der obere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 88° oder etwa 92° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der obere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 87° oder etwa 93° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der obere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 86° oder etwa 94° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der obere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 85° oder etwa 95° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der untere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von bevorzugt etwa 80° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der untere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von etwa 79° oder etwa 81° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der untere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von etwa 78° oder etwa 82° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der untere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von etwa 77° oder etwa 83° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der untere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von etwa 76° oder etwa 84° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der untere Vorderseitenabschnitt kann einen Winkel von etwa 75° oder etwa 85° zu der Längsachse des Befestigungselements aufweisen. Der Begriff „etwa“ schließt in dem Kontext von (Abweichungen von) Werten von Winkeln in Zusammenhang mit dieser Beschreibung und gemäß der Erfindung eine Abweichung von etwa 2° ein, insbesondere von 1°, bevorzugt weniger als 1°, bevorzugter weniger als 0,8°, am bevorzugtesten weniger als 0,6°.
Was das Einrichten des Lochs betrifft, kann die obere Vorderseite, die einen Winkel in Bezug zu der Längsachse des Befestigungselements oder der Rotationsachse hat, mit dem Einfügewinkel zusammenhängen, dem Winkel, mit dem das Befestigungselement in das Material zuerst eintritt. Der Einfügewinkel beträgt etwa 90° oder einen negativen Winkel, weil ein positiver Schneidwinkel Fasern beim Sägen von faserverstärktem Plastik aus dem Material reißen würde. Die untere Vorderseite, die einen unterschiedlichen Winkel in Bezug zu der Längsachse des Befestigungselements oder der Rotationsachse hat, kann mit dem Endfertigungwinkel, dem Winkel, mit dem das Befestigungselement das Loch beendet, zusammenhängen. Der Endfertigungswinkel beträgt etwa 80°, wobei angenommen wird, dass dieser Wert die Bohrkraft signifikant verringert und in kleineren Einzelfasersträngen resultieren kann. Ein positiver Schneidwinkel scheint für das Endfertigen des Lochs vorteilhaft, insbesondere in Zusammenhang mit dem Sägen eines faserverstärkten Plastiks, weil es vorteilhaft ist, die Fasern zu dem Zahn zu ziehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Versatz in Bezug zu der Mitte etwa 0,10 mm bis etwa 0,20 mm. Der Versatz der Zähne in Bezug zu der Mitte bedeutet, dass zwei Zähne oder zwei Gruppen von Zähnen zu der Mitte derart eingerichtet sind, dass die Entfernung eines der zwei Zähne von der Entfernung des anderen Zahns der zwei Zähne um etwa 0,10 mm bis etwa 0,20 mm zu der mittleren Entfernung unterschiedlich ist. Die Entfernung wird in Bezug auf die Oberseite der Zähne gemessen. Die Oberseite der Zähne ist der jeweilige Referenzpunkt. Die Entfernung eines Zahns von der Mitte wird als die Projektion in Bezug auf die Richtung quer zu der Längsrichtung des Befestigungselements der Entfernung von der Oberseite des Zahns zu der mittleren Entfernung zu der Mitte gemessen. Die mittlere Entfernung des Zahns von der Mitte wird folglich als das Mittel aller Projektionen der Entfernungen zwischen der Mitte und der Oberseite jedes Zahns in Bezug zu der Querrichtung zu der Längsrichtung des Befestigungselements oder der Rotationsachse gemessen. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich von der Entfernung zu der mittleren Entfernung zu der Mitte eines weiteren Zahns um etwa 0,15 mm unterscheiden. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich um etwa 0,155 mm oder etwa 0,145 mm unterscheiden. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich um etwa 0,14 mm oder etwa 0,16 mm unterscheiden. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich um etwa 0,13 mm oder etwa 0,17 mm unterscheiden. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich um etwa 0,12 mm oder etwa 0,18 mm unterscheiden. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich um etwa 0,11 mm oder etwa 0,18 mm unterscheiden. Die Entfernung zu der mittleren Entfernung von der Mitte mindestens eines der Zähne kann sich um etwa 0,10 mm oder etwa 0,20 mm unterscheiden. Der Begriff „etwa“ schließt in dem Kontext von (Abweichungen von) Werten für räumliche Entfernungen in Bezug auf diese Beschreibung und gemäß der Erfindung eine Abweichung von etwa 0,009 mm, bevorzugt weniger als 0,008 mm, bevorzugter weniger als 0,007 mm, am bevorzugtesten weniger als 0,006 mm auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Zähne ein U-förmiges Profil in Bezug zu einer Richtung um die Mitte. Insbesondere bilden zwei aufeinanderfolgende Zähne in die Kreisrichtung einen Schenkel des U. Die Zähne können sich im Wesentlichen in dieselbe Richtung erstrecken, die im Wesentlichen eine Richtung parallel zu der Längsachse des Befestigungselements oder des Hohlkörpers ist. Die Zähne können daher eine Form oder Gestaltung haben, die durch zweimaliges Biegen von Vorsprüngen an dem Durchstoßende erhalten wird, so dass die Vorsprünge in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Vorsprünge eingerichtet sind, versetzt sind, wobei mindestens ein Teil der Vorsprünge die Zähne bildet. Eine Biegung kann im Wesentlichen quer zu der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörper sein, und eine Biegung kann in einem Vorsprung/Zahn resultieren, der sich wieder im Wesentlichen in die Richtung der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörpers erstreckt. Eine Gruppe von Zähnen kann näher zu der Mitte gebogen sein (erste Biegung in die Richtung der Mitte), und die andere Gruppe von Zähnen kann weiter von der Mitte entfernt gebogen sein (erste Biegung von der Richtung der Mitte weg). Ein im Wesentlichen konstanter Lochdurchmesser kann durch die gesamte Stärke des Materials, die zu durchstoßen oder zu bohren ist, erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wechselt der Versatz der Zähne ab. Bevorzugt wechselt der Versatz der Zähne zwischen zwei benachbarten Zähnen ab. Der Versatz kann jedoch abwechseln, indem ein Wechsel mit einem Muster aus zwei im Wesentlichen ähnlichen oder gleich ausgerichteten Zähnen vorgesehen wird, auf die mindestens ein Zahn folgt, der in Bezug zu den zwei vorhergehenden versetzt ist. Der Versatz kann ein 2-1-2-1-..., 3-1-3-1-..., 3-2-3-2-... Muster haben. Andere Muster, insbesondere „unregelmäßige Muster“ 3-2-1-3-2-1-... oder 3-2-2-3-2-2-... sind nicht ausgeschlossen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Zähne unterschiedliche Höhe. Dementsprechend können zwei Gruppen von Zähnen gebildet werden, wobei eine Gruppe größere Höhe hat als die andere Gruppe. Die Gruppen können jedoch abwechseln, indem auf einen Zahn einer Gruppe unmittelbar ein Zahn der anderen Gruppe folgt. Bei dieser Ausführungsform kann man eine scharfe Schneidkante haben (indem die Zähne eine niedrigere Höhe haben), sobald die erste Gruppe von Zähnen (indem die Zähne die größere Höhe an dem Anfang vor dem Einrichten des Lochs haben) teilweise abgenutzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl von Zähnen kleiner oder gleich 18. Bevorzugt ist die Anzahl von Zähnen geringer als 18, 17, 16, 15, 14, 13 oder 12. Gemäß diesem Zahndesign der Erfindung führt diese Anzahl zu guten Resultaten, was die Verschlechterung, die Kraft, die zu verwenden ist, um das Loch einzurichten, und den Grad an Delaminierung am Austreten betrifft.
Bevorzugt können die Zähne symmetrisch um die Mitte derart eingerichtet werden, dass die Zähne punktsymmetrisch zu der Mitte eingerichtet sind. Die Zähne können an konstanten umfänglichen Intervallen eingerichtet sein, die Mitte jedes Zahn kann zum Beispiel in Abständen von 20° positioniert sein, für insgesamt 18 Zähne um den Umfang des Durchstoßelements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Befestigungselement einen Stab, der sich axial innerhalb des Hohlkörpers erstreckt, wobei der Stab und der Hohlkörper angepasst sind, um miteinander zusammenzuwirken, um ihn in Drehung um eine Längsachse anzutreiben, und, wenn axialer Zug angelegt wird, den aufweitbaren Abschnitt radial zu verformen. Gemäß dieser Ausführungsform kann ein sehr effizientes Befestigungselement bereitgestellt werden, das das Loch selbst einrichten kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungselement eine Niete.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Niete einen Tragkragen oder Flansch umfassen, wobei der Hohlkörper, der insbesondere röhrenförmig sein kann, zwischen dem Tragkragen und dem Durchstoßende eingerichtet ist. Der Hohlkörper erstreckt sich axial und ist radial aufweitbar. Der Hohlkörper kann einen ersten zylindrischen Abschnitt umfassen, der zu dem Tragkragen benachbart ist, und einen zweiten zylindrischen Abschnitt, der zu dem Durchstoßende benachbart ist. Der Hohlkörper kann ferner einen aufweitbarer dritten Abschnitt in der Form eines Schafts oder einer Trommel, der/die insbesondere Streifen hat, die aufeinander gefaltet werden können, wenn sie aufgeweitet sind, zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt und dem zweiten zylindrischen Abschnitt umfassen. Der Stab, der sich axial innerhalb des Hohlkörpers erstrecken kann, kann mit dem Hohlkörper zusammenwirken, um ihn in Drehung um seine Achse anzutreiben, und, wenn axialer Zug angelegt wird, den aufweitbaren dritten Abschnitt radial verformen. Der Stab kann eine brechbare Zone aufweisen, die positioniert ist, um mit dem Tragkragen bündig zu sein, wenn der dritte Abschnitt des Hohlkörpers radial vollständig aufgeweitet ist.
Das Durchstoßende kann Teil eines Bauteils sein, das ferner den Hohlkörper umfasst. Der Hohlkörper kann als ein einziges Teil gemeinsam mit dem Durchstoßende gebildet sein. Als eine Alternative kann das Durchstoßende mit dem Hohlkörper direkt oder indirekt verbunden sein. Die Verbindung kann abnehmbar sein, insbesondere nach oder während des Aufweitens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Stab an einem Ende einen ersten Stababschnitt umfassen, der sich innerhalb des ersten zylindrischen Abschnitts des Hohlkörpers erstreckt. Ferner kann der erste Stababschnitt über den Tragkragen außerhalb des Hohlkörpers vorstehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Stab an dem Ende, das von dem einen Ende des Stabs beabstandet ist, einen zweiten Stababschnitt umfassen, der mindestens teilweise von dem zweiten Abschnitt des Hohlkörpers derart umgeben ist, dass er axial in dem Hohlkörper blockiert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Stab einen dritten Stababschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Stababschnitt umfassen, wobei der dritte Stababschnitt die brechbare Zone aufweisen kann, und der dritte Stababschnitt derart eingerichtet sein kann, dass ein Bruchteil des dritten Stababschnitts in den ersten Abschnitt des Hohlkörpers eingefügt wird, wenn der dritte Abschnitt des Hohlkörpers radial vollständig aufgeweitet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der erste Abschnitt des Hohlkörpers eine Innenseitenoberfläche, die mit Klauen versehen ist, um den Stab daran zu hindern, sich in eine Verschiebungsrichtung zu bewegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stab an dem zweiten Abschnitt des Hohlkörpers anhand eines Laschen-Kerben-Systems befestigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stab an dem zweiten Abschnitt des Hohlkörpers durch Schweißen befestigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der aufweitbare dritte Abschnitt des Hohlkörpers Schlitze mit Streifen, die zwischen die Schlitze eingefügt sind. Ferner kann der aufweitbare dritte Abschnitt einen ringförmigen Schwächebereich in einer Quermittenebene haben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Streifen äußere Oberflächen, die scheuernd sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Durchstoßende des Hohlkörpers die Form einer Lochsäge.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Befestigungselement aus geformtem Metallblech hergestellt. Das Metall kann ein weicher Stahl, ein Schmiedeeisen oder Baustahl sein, insbesondere in einem Bainiktzustand, zum Beispiel DC01, C45E oder dergleichen. Das Blech kann gewalzt und/oder geschweißt sein.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements bereit, das einen Hohlkörper hat, der einen aufweitbaren Abschnitt und ein Durchstoßende umfasst, wobei das Durchstoßende Zähne zum Bohren eines Lochs, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes eingerichtet sind, umfasst. Die Zähne werden durch zweimaliges Biegen von Vorsprüngen an dem Durchstoßende vorgesehen, so dass die Vorsprünge in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Vorsprünge eingerichtet sind, versetzt sind, wobei mindestens ein Teil der Vorsprünge die Zähne bildet. Wie oben erklärt, kann das Durchstoßende Zähne haben, die einen Versatz derart umfassen, dass die Oberseite der Zähne eine unterschiedliche Entfernung zu der Mitte mindestens für zwei Zähne des Durchstoßendes hat. Eine Biegung kann im Wesentlichen quer zu der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörper sein, und eine Biegung kann in einem Vorsprung/Zahn resultieren, der sich wieder im Wesentlichen in die Richtung der Längsrichtung des Befestigungselements oder des Hohlkörpers erstreckt. Eine Gruppe von Zähnen kann näher zu der Mitte gebogen sein (erste Biegung in die Richtung der Mitte), und die andere Gruppe von Zähnen kann weiter von der Mitte entfernt gebogen sein (erste Biegung von der Richtung der Mitte weg).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Blattmaterial, das gewalzt und geschweißt ist, um den Hohlkörper zu erhalten, bereitgestellt. Das Herstellen des Befestigungselements durch Verwenden von Blattmaterial ermöglicht diverse Designs. Ein Blattmaterial kann einfacher verarbeitet werden als ein massiver Körper. Ferner kann der Versatz leicht unter Bezugnahme auf die Blattebene erhalten werden, die als eine Referenz zu der Mitte des Befestigungselements verwendet werden kann.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in ein faserverstärktes Verbundmaterial bereit, wobei ein Durchstoßende eines Rotationskörpers, das Zähne zum Bohren umfasst, verwendet wird, wobei die Zähne im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchstoßende verwendet wird, das Zähne umfasst, die einen oberen Vorderseitenabschnitt und einen unteren Vorderseitenabschnitt haben, die sich mindestens teilweise gerade erstrecken, wobei der obere Vorderseitenabschnitt einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse des Rotationskörpers hat, der von dem relativen Winkel zwischen der unteren Vorderseite und der Längsachse des Rotationskörpers unterschiedlich ist, und/oder (i) Zähne, die einen Versatz in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte umfassen, und/oder (ii), Zähne, die sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
Der Begriff „faserverstärktes Verbundmaterial“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein Material, wie zum Beispiel SMC (Duroplast mit Glasfaser) oder Thermoplaste mit langen Glas- oder Kohlenstofffasern ein.
Der Begriff „Rotationskörper“ innerhalb der Beschreibung sowie gemäß der Erfindung schließt ein sich längs erstreckendes Element ein, bevorzugt ein mindestens teilweise stabähnliches oder hohlkörperähnliches Element, an das eine Kraft, insbesondere eine Rotationskraft, derart angelegt werden kann, dass der Rotationskörper in Drehung um die Längsachse des Rotationskörpers versetzt werden kann. Der Rotationskörper kann in der Form des Stabs oder Hohlkörpers, wie oben erklärt, gestaltet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Rotationskörpers kleiner als der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Rotationskörpers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt und der Längsachse des Rotationskörpers etwa 0° bis etwa 5°, und der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt der Längsachse des Rotationskörpers etwa 5° bis etwa 15°.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der Versatz in Bezug zu der Mitte etwa 0,10 mm bis etwa 0,20 mm.
Die Erfindung stellt ferner ein Durchstoßelement bereit, insbesondere eine Säge oder einen Bohrer, die/der Teil eines selbstbohrenden Befestigungselements sein kann, das das sein kann, das in der vorliegenden Beschreibung erklärt wird. Das Durchstoßelement hat ein Durchstoßende, das Durchstoßende umfasst Zähne zum Bohren eines Lochs, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes eingerichtet sind, und die Abnutzung der Zähne ist derart, dass mindestens 20 % der Höhe des Zahns in einem einzigen Bohrvorgang abgenutzt wird, insbesondere in einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Glas- und Kohlenstofffaser-Duroplast und Thermoplastmaterialien, Fahrzeugkarosseriestähle (XCG10/10, P260, SPFC590, SABC1480) und Aluminium umfasst. Bevorzugt beträgt die Abnutzung der Zähne mehr als 25 % der Höhe der Zähne. Bevorzugter beträgt die Abnutzung der Zähne mehr als 30 % der Höhe der Zähne. Am bevorzugtesten beträgt die Abnutzung der Zähne mehr als 40 % der Höhe der Zähne. Besonders bevorzugt beträgt die Abnutzung der Zähne mehr als 50 % der Höhe der Zähne. Die Abnutzung der Zähne kann in dem Bereich von ungefähr 0,6 mm bis ungefähr 1,5 mm liegen. Bevorzugter liegt die Abnutzung der Zähne in dem Bereich von ungefähr 0,7 mm bis ungefähr 1,4 mm. Am bevorzugtesten liegt die Abnutzung der Zähne in dem Bereich von ungefähr 0,8 mm bis ungefähr 1,3 mm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abnutzung der Zähne derart angenommen, dass die Geometrie des Zahns an das Loch, das zu bohren ist, und/oder an das Material, das zu bohren ist, derart angepasst ist, dass (i) der Bohrdurchmesser im Wesentlichen derselben während des Bohrens ist und/oder (ii) der Schneidwinkel der Zähne während des Bohrens wechselt.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in mindestens ein Teil bereit. Insbesondere kann das Teil ein Teil sein, das an einem anderen, weiteren Teil befestigt werden kann. Insbesondere kann ein Befestigungselement wie oben beschrieben bei dem Verfahren verwendet werden. Ein Durchstoßende eines Rotationskörpers, das Zähne umfasst, wird zum Bohren des Lochs verwendet. Das Durchstoßende umfasst Zähne zum Bohren des Lochs, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes eingerichtet sind. Das Durchstoßende wird gedreht, und nach dem Bohren des Lochs ist die Abnutzung der Zähne derart, dass mindestens 20 % der Höhe der Zähne abgenutzt sind.
Die Erklärungen in Zusammenhang mit dem Befestigungselement, insbesondere Erklärungen, die für ähnliche Begriffe, die verwendet werden, gelten, gelten auch für das Verfahren oder das Durchstoßelement.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen ist Folgendes gezeigt:

1a, b ein Durchstoßende, das Zähne umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte erfindungsgemäß eingerichtet sind,
2 eine abgeflachte Darstellung der Zähne gemäß 1,
3a ein Versatz von Zähnen in einer abgeflachten, isometrischen Ansicht gemäß der Erfindung,
3b ein Versatz von Zähnen in einer abgeflachten, isometrischen Ansicht gemäß der Erfindung,
3c ein Versatz von Zähnen in einer Skizze,
4 eine perspektivische Ansicht einer selbstbohrenden Niete, die ein Durchstoßende hat,
5 eine perspektivische Ansicht einer selbstbohrenden Niete, die ein Durchstoßende gemäß einer weiteren Ausführungsform der Niete hat, und
6 die selbstbohrenden Niete der 5 gemeinsam mit einem Stab.

Die 1a und 1b zeigen anhand vereinfachter Veranschaulichungen ein Ende eines selbstbohrenden Befestigungselements 1. Das Befestigungselement 1 umfasst einen Hohlkörper 2, der ein Durchstoßende 3 hat.
Das Durchstoßende 3 umfasst Zähne 4 zum Bohren eines Lochs. Der Hohlkörper 2 kann auf drehende Art um die Rotationsachse A angetrieben werden. Das Buch endet 3 umfasst zwölf Zähne 4. Die Zähne 4 sind im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes 3 eingerichtet. Die Mitte wird von der Rotationsachse A geschnitten, die mit der Längsachse B des Befestigungselements 1 zusammenfällt. Die Zähne 4 basieren auf einer virtuellen Ebene, die in 1b als eine gestrichelte Linie P dargestellt ist.
In 2 zeigt eine schematische Zeichnung die Zähne 4 ausführlicher. Die Zähne 4 sind zum Zweck einer besseren Veranschaulichung abgeflacht. Die Zähne 4 haben einen oberen Vorderseitenabschnitt 5 und einen unteren Vorderseitenabschnitt 6. Der obere Vorderseitenabschnitt 5 sowie der untere Vorderseitenabschnitt 6 sind durch eine gerade Linie gebildet. Der obere Vorderseitenabschnitt 5 hat einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse B des Befestigungselements 1, der von dem relativen Winkel zwischen der unteren Vorderseite 6 und der Längsachse B des Befestigungselements 1 unterschiedlich ist.
Wie aus 2 ersichtlich, ist der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt 5 und der Längsachse B des Befestigungselements 1 kleiner als der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitts 6 und der Längsachse B des Befestigungselements 1. Der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt 5 und der Längsachse B des Befestigungselements beträgt etwa 0°, und der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt 6 und der Längsachse B des Befestigungselements 1 beträgt etwa 10°, der untere Vorderseitenabschnitt hat einen positiven Winkel in Bezug zu der Längsachse B.
In den 3a bis 3b ist der Versatz der Zähne 4 gezeigt. In 3a ist ein Versatz schematisch derart gezeigt, dass sich die Zähne 4 in eine leicht unterschiedliche Richtung erstrecken. Zwei Gruppen von Zähnen 4 sind vorgesehen. Eine Gruppe von Zähnen 4 erstreckt sich in dieselbe Richtung. Die andere Gruppe von Zähnen 4 erstreckt sich in eine andere Richtung. Zwei Gruppen haben einen unterschiedlichen Winkel in Bezug zu der Längsrichtung B des Befestigungselements 1. Die Basis der zwei Gruppen zu 4 Zähnen hat dieselbe Entfernung zu der Mitte. Der Versatz kann aus einem Blattmaterial erhalten werden, das den Hohlkörper 2 bildet, und durch Biegen der Zähne 4 in unterschiedliche Richtungen. Die Oberseite der Zähne 4 hat einen Versatz in Bezug zu dem Blattmaterial (der Basis), und die Oberseite der Zähne 4 hat eine unterschiedliche Entfernung zu der Mitte. Der Unterschied zu der Mitte wird durch das Blattmaterial spezifiziert, das um die Mitte gewickelt wird, und durch das Biegen der Zähne 4. Die Biegung ist schematisch ausführlicher in Fig. 3c, auf der linken Skizze, gezeigt.
In 3b ist ein Versatz schematisch derart gezeigt, dass die Zähne 4 zueinander in Bezug zu der Basis der Zähne 4 versetzt sind. Vom Standpunkt der Herstellung her gesehen, können die Zähne 4, die in 3b gezeigt sind, durch einen zweifachen Biegeprozess des Blattmaterials erhalten werden. Zwei Gruppen von Zähnen 4 sind vorgesehen. Eine Gruppe von Zähnen 4 wird in eine erste Richtung zu der Mitte gebogen, und die andere Gruppe wird in eine Richtung von der Mitte weg gebogen. Jeder der Zähne 4 wird ein zweites Mal gebogen. Das zweite Biegen erfolgt derart, dass sich die Zähne 4 im Wesentlichen in die Richtung der Längsachse B des Befestigungselements 1 erstrecken. Das zweistufige Biegen führt zu einem Versatz, so dass die Oberseite der Zähne 4 einen Versatz in Bezug zu dem Blattmaterial (der Basis) hat, und die Oberseite der Zähne 4 eine unterschiedliche Entfernung zu der Mitte hat. Der Unterschied zu der Mitte wird durch das Blattmaterial spezifiziert, das um die Mitte gewickelt wird, und durch das Biegen der Zähne 4. Die Biegung ist schematisch ausführlicher in Fig. 3c, auf der rechten Skizze, gezeigt.
3c zeigt, dass der Versatz in Bezug zu der Mitte bei der gezeigten Ausführungsform etwa 0,15 mm beträgt. Ferner wechselt der Versatz der Zähne 4 zwischen zwei benachbarten Zähnen 4 ab.
Die 4 und 5 zeigen eine selbstbohrende Niete als ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes selbstbohrendes Befestigungselement 1. Die selbstbohrenden Niete umfasst einen Tragflansch 5 und einen Hohlkörper 2. Der Hohlkörper 2 ist röhrenförmig und aufweitbar. Der Körper 2 umfasst an einem Ende einen zylindrischen Abschnitt 6 benachbart zu dem Flansch 5. An dem anderen Ende umfasst der Körper 2 ein Durchstoßende 3.
Bei den Ausführungsformen, die in den 5 und 6 gezeigt sind, ist das Durchstoßende 3 an dem Hohlkörper 2 angebracht.
Ferner zeigen die Ausführungsformen in 4 bis 6 einen aufweitbaren Abschnitt 7. Der aufweitbare Abschnitt 7 liegt zwischen dem zylindrischen Abschnitts 6 und dem Durchstoßende 3 (4) oder dem Ende des Hohlkörpers 2, das das Durchstoßende 3 aufnimmt oder sich mit ihm verbindet (5 und 6).
6 zeigt als ein Beispiel für die Ausführungsform der 5 (das auch für die Ausführungsform der 4 gilt) einen Stab 8, der sich axial innerhalb des Hohlkörpers 2 erstreckt. Der Stab 8 kann in Eingriff mit einem Antrieb stehen, um den Hohlkörper 2 gemeinsam mit dem Durchstoßende 3 zu drehen.
Die 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform gemäß der das Durchstoßende 3 durch Verbindungsmittel 9 angebracht ist, die derart eingerichtet sind, dass sie das Durchstoßende 3 von dem Hohlkörper 2 während des Aufweitens des aufweitbaren Abschnitts 7 trennen.

Claims

Selbstbohrendes Befestigungselement (1), das einen Hohlkörper (2) hat, der einen aufweitbaren Abschnitt und ein Durchstoßende (3) umfasst, wobei das Durchstoßende (3) Zähne (4) zum Bohren eines Lochs umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Zähne (4) einen oberen Vorderseitenabschnitt (5) und einen unteren Vorderseitenabschnitt (6) haben, wobei sich jeder Abschnitt mindestens teilweise gerade erstreckt, wobei der obere Vorderseitenabschnitt (5) einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse (B) des Befestigungselements (1) hat, der von dem relativen Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt (6) und der Längsachse (B) des Befestigungselements (1) unterschiedlich ist, und/oder (b) die Zähne (4) derart versetzt sind, dass (i) die Zähne (4) einen Versatz in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Zähne (4) eingerichtet sind, umfassen, und/oder (ii) die Zähne (4) sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
Befestigungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt (5) und der Längsachse (B) des Befestigungselements (1) kleiner ist als der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt (6) und der Längsachse (B) des Befestigungselements (1).
Befestigungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt (5) und der Längsachse (B) des Befestigungselements etwa 0° bis etwa 5° beträgt, und dass der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt (6) und der Längsachse (B) des Befestigungselements (1) etwa 5° bis etwa 15° beträgt.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz in Bezug zu der Mitte etwa 0,10 mm bis etwa 0,20 mm beträgt.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Zähne (4) zwischen Zähnen (4) abwechselt.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (4) unterschiedliche Höhe haben.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zähne (4) kleiner oder gleich 18 ist.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Stab, der sich axial innerhalb des Hohlkörpers (2) erstreckt, wobei der Stab und der Hohlkörper (2) angepasst sind, um miteinander zusammenzuwirken, um ihn in Drehung um eine Längsachse (B) anzutreiben, und, wenn axialer Zug angelegt wird, den aufweitbaren Abschnitt radial zu verformen.
Befestigungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (1) eine Niete ist.
Verfahren zum Herstellen eines Befestigungselements, das einen Hohlkörper (2) hat, der einen aufweitbaren Abschnitt und ein Durchstoßende (3) umfasst, wobei das Durchstoßende (3) Zähne (4) zum Bohren eines Lochs umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes (3) eingerichtet sind, gekennzeichnet durch zweimaliges Biegen von Vorsprüngen an dem Durchstoßende (3) derart, dass die Vorsprünge in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte, um die die Vorsprünge eingerichtet sind, versetzt sind, wobei mindestens ein Teil der Vorsprünge die Zähne (4) bildet.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Bereitstellen eines Blattmaterials, das gewalzt und geschweißt ist, um den Hohlkörper (2) zu erhalten.
Verfahren zum Bohren eines Lochs in ein faserverstärktes Verbundmaterial, wobei ein Durchstoßende (3) eines Rotationskörpers, das Zähne (4) zum Bohren eines Lochs hat, umfasst, verwendet wird, wobei die Zähne (4) im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes (3) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchstoßende (3) verwendet wird, das Folgendes umfasst (a) Zähne (4), die einen oberen Vorderseitenabschnitt (5) und einen unteren Vorderseitenabschnitt (6) haben, wobei sich jeder Abschnitt mindestens teilweise gerade erstreckt, wobei der obere Vorderseitenabschnitt (5) einen relativen Winkel in Bezug zu der Längsachse des Rotationskörpers hat, der von dem relativen Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt (6) und der Längsachse des Rotationskörpers unterschiedlich ist, und/oder (b) (i) Zähne (4), die einen Versatz in Bezug zu der Entfernung zu der Mitte umfassen, und/oder (ii) Zähne (4), die sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt (5) und der Längsachse des Rotationskörpers kleiner ist als der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt (6) und der Längsachse des Rotationskörpers.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Winkel zwischen dem oberen Vorderseitenabschnitt (5) und der Längsachse des Rotationskörpers etwa 0° bis etwa 5° beträgt, und der relative Winkel zwischen dem unteren Vorderseitenabschnitt (6) und der Längsachse des Rotationskörpers etwa 5° bis etwa 15° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz in Bezug zu der Mitte etwa 0,10 mm bis etwa 0,20 mm beträgt.
Durchstoßelement, das ein Durchstoßende (3) hat, wobei das Durchstoßende (3) Zähne (4) zum Bohren eines Lochs umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes (3) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnutzung der Zähne (4) derart ist, dass mindestens 20 % der Höhe der Zähne (4) in einem einzigen Bohrprozess abgenutzt werden, insbesondere in einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Glas- und Kohlenstofffaser-Duroplast und Thermoplastmaterialien, Fahrzeugkarosseriestähle und Aluminium umfasst.
Durchstoßelement, insbesondere gemäß Anspruch 16, wobei das Buch Element ein Durchstoßende (3) hat, wobei das Durchstoßende (3) Zähne (4) zum Bohren eines Lochs umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes (3) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnutzung der Zähne (4) an das zu bohrende Loch und/oder an das zu bohrende Material derart angepasst ist, dass (i) der Bohrdurchmesser im Wesentlichen während des Bohrens derselbe ist, und/oder (ii) der Schneidwinkel der Zähne während des Bohrens wechselt.
Verfahren zum Bohren eines Lochs in mindestens ein Teil, wobei ein Durchstoßende (3) eines Rotationskörpers, das Zähne (4) zum Bohren des Lochs umfasst, verwendet wird, wobei das Durchstoßende (3) Zähne (4) zum Bohren eines Lochs umfasst, die im Wesentlichen kreisförmig um eine Mitte des Durchstoßendes (3) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchstoßende (3) gedreht wird, und nach dem Bohren des Lochs mindestens 20 % der Höhe der Zähne (4) im Vergleich zu der Höhe an dem Beginn des Bohrens abgenutzt sind.