焊接辅助接合部件的制作方法

本发明涉及一种焊接辅助接合部件，利用该焊接辅助接合部件可以在由可焊接性差的材料制成的第一部件和由可焊接材料制成的第二部件之间建立焊接连接，更具体地为电阻焊接连接。此外，本发明涉及制造这种焊接辅助接合部件的方法以及借助于焊接辅助接合部件制造第一部件和第二部件之间的相应连接的方法。最后，本发明还涉及一种部件组合物，其包括至少一个第一部件和上述焊接辅助接合部件。

背景技术：

在相当长的一段时间内，例如汽车工业对两个部件之间的焊接连接的制造有很大的需求，两个部件中至少一个部件由不可焊接或可焊接性差的材料制成。这些材料尤其包括铝或塑料。虽然这样的材料由于其性质而不适合于制造焊接连接，但是它们应当可用于有效的例如电阻焊接。为此，由不可焊接或可焊接性差的材料制成的这种部件设置有由可焊接材料制成的焊接辅助接合部件。在de102004025492a1和wo2014/048885a2中尤其公开了描述如上所述的部件构造以及焊接辅助接合部件的使用的方法。

已知的焊接辅助接合部件被调整为进行电阻焊接，特别是在其形状上。在电阻焊接中，在焊接辅助接合部件中产生高电流，使得在焊接辅助接合部件与至少一个第二部件之间的接触区域中产生材料的熔化，从而在焊接辅助接合部件与第二部件之间产生焊接连接。这种焊接辅助接合部件例如在de4237361a1中有所描述。该焊接辅助接合部件包括圆柱形轴，该圆柱形轴具有布置在一端处的元件头部和布置在另一端处的焊接螺柱。元件头部的特征在于在其头部下侧面向轴的环形凸缘。该环形凸缘布置在头部下侧的径向外边缘处，使得环形凸缘形成头部下侧的径向外边缘，并且因此也形成元件头部的径向外边缘。在此描述的焊接辅助接合部件主要被压入铝部件，特别是铝板。在该压入过程中，焊接辅助接合部件的轴产生引导开口，并且环形凸缘朝向孔的中心压缩冲压的引导开口的露出部。以这种方式，消除了轴与部件中的开口之间的任何间隙。同时，环形凸缘还使材料径向向外移动，材料可以不受阻碍地流出。由于环形凸缘的径向外部布置及其楔形截面形状，元件头部的这种成形支持焊接辅助接合部件深入到铝部件中。因此，不仅焊接螺柱而且元件轴的一部分也不利地突出超过第一部件的自由表面，因此阻碍了将来的焊接过程。

在de102014201871a1中描述了用于电阻焊接的另一焊接辅助接合部件。与上述电阻焊接元件相比，元件头部的下侧包括至少两个刚性的、连续的周向冲压环，至少两个冲压环在轴向方向上从元件头部的下侧突出并且在径向方向上彼此间隔开。与上述的焊接辅助接合部件相比，在元件头部的下侧处的冲压环用于选择性的接合点的密封。为此目的，冲压环被压入或冲压到第一部件的面向头部下侧的表面中。这防止诸如湿气和/或灰尘的腐蚀性介质渗透到元件头部和相邻部件之间的间隙中。这尤其通过径向布置在外侧的第一冲压环来实现。径向内部的冲压环提供内密封，这例如在电阻焊接过程中防止气体泄漏到外部或防止可选地使用的粘合剂泄露。因此，被移位材料的材料流动方向并不重要。相反，仅应确保至少两个冲压环由相邻部件的材料包围。尤其是在部件材料中嵌入冲压环确保了想要的密封。然而，已经发现，正是彼此相邻的冲压环的相反的材料位移导致在部件表面处产生压缩应力的材料堵塞。这些压缩应力阻碍焊接辅助接合部件的进入，因此不利地影响了焊接辅助接合部件的接合过程。

基于所讨论的现有技术，本发明的目的是提供一种焊接辅助接合部件，该焊接辅助接合部件可容易且可靠地压入部件中。此外，本发明的目的是提供借助于焊接辅助接合部件的两个部件之间的相应连接、借助于焊接辅助接合部件的这两个部件的连接方法、以及这种焊接辅助接合部件的制造方法。

技术实现要素：

上述目的通过根据独立权利要求1的焊接辅助接合部件、通过根据独立权利要求20的至少一个部件与所述焊接辅助接合部件之间的连接、通过根据独立权利要求24的至少一个第一部件与焊接辅助接合部件的部件组合物的制造方法、以及通过根据独立权利要求28的焊接辅助接合部件的制造方法来解决。本发明的有利设计和进一步发展源自以下说明书、附图和所附权利要求。

利用本发明的焊接辅助接合部件，可在由可焊接性差的材料制成的第一部件和由可焊接的材料制成的第二部件之间建立焊接连接，特别是电阻焊接连接。为此，本发明的焊接辅助接合部件包括以下特征：冲压轴，该冲压轴可大致无旋转地压入第一部件中，该冲压轴沿着焊接辅助接合部件的纵向轴线延伸，并且该冲压轴具有在第一轴向端部处的元件头部以及在第二轴向端部处的从冲压轴沿轴向方向突出的焊接接触区域。焊接辅助接合部件的元件头部径向延伸超过冲压轴并且包括背离轴的头部上侧和面向轴的头部下侧，所述头部上侧和头部下侧通过径向界定元件头部的周向面或圆柱形侧面彼此连接。此外，所述元件头部的特征在于，所述头部下侧包括至少一个夹紧环，所述至少一个夹紧环围绕所述冲压轴连续地周向延伸并且沿所述冲压轴的方向轴向地突出，并且所述至少一个夹紧环布置在距所述冲压轴第一径向距离处，所述至少一个夹紧环具有三角形状的截面形状，所述至少一个夹紧环沿所述冲压轴的轴向方向锥化并且在背离所述冲压轴的一侧与所述元件头部的所述周向面径向间隔布置。

焊接辅助接合部件的特征在于元件头部的特定设计，即元件头部的下侧。该元件头部的下侧具有连续的周向夹紧环，该周向夹紧环选择性地布置成与圆柱形冲压轴和元件头部的径向外侧间隔开。优选的夹紧环被设计成通过相应转向的材料流夹紧冲压轴，并且同时不妨碍焊接辅助接合部件穿透到第一部件中。因此，优选地，夹紧环相对于待紧固在第一部件中的冲压轴的径向位置与夹紧环的截面形状或位移体积相适应。

根据本发明的优选实施例，夹持环选择性地仅单独地用在头部下侧处，且距元件头部的径向外边缘足够距离。以这种方式，由夹紧环产生的材料流用于径向向内夹紧冲压轴并且径向向外用于进一步夹紧焊接辅助接合部件的周围材料，而不会与另一冲压环引起阻碍性材料移位(参见上文的现有技术)。此外，夹紧环在元件头部的下侧处的布置确保了径向向外定向的材料流不会在没有影响的情况下特别是沿自由部件表面的方向流出。然而，这些效果也可通过与类似几何形状的另一夹紧环的组合或通过使用冲压环来实现，该另一夹紧环与冲压轴同心地并径向向外地布置。优选地，夹紧环也具有三角形的截面。优选地，冲压环形成为加厚的或球形的，而不实现定向的材料流动。

根据上述焊接辅助接合部件的优选实施例，夹紧环在背离冲压轴的一侧被头部下侧处的径向延伸的外环面和/或头部下侧处的至少一个外环包围，所述至少一个外环围绕冲压轴连续地或开放地周向延伸并且沿冲压轴的方向轴向地突出。在这种情况下，优选地，外环具有夹紧环或冲压环的形状。

为了支持焊接辅助接合部件在部件中的紧固，已经证明有利的是，除了夹紧环之外，还在元件头部的头部下侧处设置至少一个附加环。优选地，该环布置成使其围绕上述夹紧环。根据其设计，该外环具有与上述夹紧环相同的形状或实施为冲压环。作为外环的附加夹紧环支持焊接辅助接合部件在部件中的紧固。此外，该附加夹紧环有利地增加了沿冲压轴的方向的材料流，并且因此增加了冲压轴和整个焊接辅助接合部件在部件中的夹紧。

然而，同样优选地，外环设计成冲压环的形式，优选具有球形或均匀的截面形状。因为该冲压环在焊接辅助接合部件的接合期间以与夹紧环进入部件材料的相同的方式被压入到部件中，所以特别是冲压环的形状及其与部件的连接有助于相对外部密封接合点。此外，优选地，冲压环防止材料从夹紧环径向向外流动。结果，支持了由夹紧环产生的材料移位的夹紧效果。此外，尽管冲压环优选具有均匀的截面形状，但冲压环有助于部件材料沿冲压轴方向的材料移位。因此，该材料移位支持冲压轴在部件材料中的夹紧。

还优选地，代替外环，在元件头部的头部下侧处提供环面，该环面在外侧处围绕夹紧环周向地延伸。这意味着元件头部在该环面处优选地平行于元件头部的上侧延伸。此外，本发明优选地，该环面过渡到径向限定元件头部的周向面中。

根据本发明的焊接辅助接合部件的另一优选实施例，夹紧环在面向冲压轴的一侧处布置成邻近头部下侧处的径向延伸的内环面和/或邻近至少一个内环，所述至少一个内环在元件头部的头部下侧处围绕冲压轴连续地或开放地周向延伸并且沿冲压轴的方向轴向地突出。在这种情况下，进一步优选地，所述至少一个内环具有夹紧环或冲压环的形状。

以与上述关于相对于夹紧环径向向外布置的元件头部的下侧类似的方式，相对于夹紧环的径向内侧还包括环面或内环。优选地，径向布置在内侧的环面是冲压轴和夹紧环的径向内侧之间的连接面。该内环面也根据不同的设计可能性而不同地成形，如以下描述所示。根据一个实施例，该内环面垂直于冲压轴的纵向轴线延伸，优选地平行于元件头部的上侧。还优选将该内环面形成为围绕冲压轴的凹槽。因此，内环面包括围绕冲压轴周向延伸的沿元件头部的上侧的方向的凹部。优选地，该凹部或凹槽用于在焊接辅助接合部件接合期间沿冲压轴的方向接收由夹紧环移位的材料。该移位的材料积聚在该凹部中，并且取决于该凹部或凹槽的接收体积的大小，导致径向向内指向的，即，朝向冲压轴的机械径向应力。这些径向应力将焊接辅助接合部件夹紧或保持在部件内。

还优选地，在夹紧环内布置形状与上述外环相当的内环。优选地，该内环具有另一夹紧环的形状或冲压环的形状。因此，作为内环的另一夹紧环也有助于焊接辅助接合部件的紧固。还优选地，作为内环压入的冲压环有助于连接点的密封。内冲压环的另一优选功能是，该冲压环优选地代表用于由夹紧环移位的材料的材料流动阻塞。因此，夹紧环还有助于通过径向向内指向冲压环处的径向应力将焊接辅助接合部件紧固在部件中。

根据本发明的焊接辅助接合部件的优选实施例，夹紧环的轴向截面形状由径向内环侧和径向外环侧形成，所述夹紧环的内环侧与冲压轴，优选地与冲压轴的纵向轴线围成在10°≤α≤70°的范围内的，优选为50°的倾斜角α。

夹紧环的内环侧面向优选为圆柱形的冲压轴。因此，径向内环侧的倾斜确保了移位的材料流沿冲压轴的方向的强度和对准。根据待移位的第一部件的材料，因此优选例如调节径向内环侧的角度，从而通过材料移位实现冲压轴的最佳夹紧。通过这种径向内环侧相对于冲压轴的纵向轴线的倾斜的选择性调节，优选地，也可以影响冲压轴的径向外侧与径向内环侧之间的作用压缩应力。这有利地支持将焊接辅助接合部件可靠地压入到第一部件中。

根据本发明的另一优选实施例，夹紧环的外环侧与元件头部的头部下侧的环绕外环面围成在70°≤β≤110°范围内的角度β。优选地，角度β大约为90°或在80°至85°的范围内。

如上所述，夹紧环布置在距元件头部的径向周向面一定距离处。这确保了虽然夹紧环可引起相对于冲压轴的径向向外的材料移位，但在元件头部的下方，即，在压入方向上的该移位的材料仍然有助于焊接辅助接合部件的紧固。

因此，优选地，还改变外环侧的倾斜度，以便调节到部件材料的材料流和/或实现用于将焊接辅助接合部件紧固在第一部件中的进一步支撑效果。在这种情况下，进一步优选地，角度β形成直角。这种直角或正交布置确实将径向向外指向的材料流减少到最小。然而，同时，该直角对准还确保焊接辅助接合部件在第一部件的部件材料内的侧向或径向稳定。

还优选地，夹紧环的截面形状近似为直角三角形，该直角三角形的斜边面向冲压轴。

根据上述夹紧环的优选截面形状，该截面形状的斜边指向冲压轴。此外，优选地，具有三角形截面形状的一个导管布置成垂直于元件头部的下侧，并且因此优选地平行于径向外侧。通过夹紧环的这种设计，由夹紧环产生的材料流几乎完全指向冲压轴。因此，这种优选的成形还实现了焊接辅助接合部件在部件中的更强的紧固。

根据另一优选实施例，上述内环和/或外环形成为包括球形截面形状的冲压环。优选地，该球形截面形状相对于截面形状的中心线对称。这样，当焊接辅助接合部件被压入部件中时，发生材料移位，该材料移位均匀地径向向外和径向向内指向。

根据本发明的辅助焊接接合部件的另一优选实施例，在头部下侧处，仅一个夹紧环围绕冲压轴连续地周向布置，并且定位在距冲压轴第一径向距离处，所述一个夹紧环具有沿冲压轴的轴向方向锥化的三角形截面形状，并且在背离冲压轴的一侧处具有在头部下侧处过渡到元件头部的周向面中的径向延伸的外环面。

根据本发明的焊接辅助接合部件的另一优选实施例，在冲压轴与相邻的夹紧环或相邻的冲压环之间的头部下侧处设置有沿元件头部的方向凹入的凹槽。

如上所述，该凹槽或凹部用于接收已被夹紧环或冲压环沿冲压轴的方向移位的移位材料。该凹槽在元件头部内沿其深度形成。由于凹槽的这种设计可根据部件材料、部件几何形状以及焊接辅助接合部件的几何形状而变化，因此该凹槽还可适于焊接辅助接合部件与部件之间的相应连接情况。这开启了根据由夹紧环移位的材料的量调节用于移位的材料的凹槽的接收体积的可能性。如果凹槽的接收体积优选地设计成相对于部件的移位材料的体积更小，则移位材料沿冲压轴的方向产生更强的径向应力。以相同的方式，优选地实现在冲压轴附近且在元件头部下方通过凹槽的增加的深度积累更大体积的移位的部件材料。优选地以压缩方式存在于凹槽的接收体积中的该更大量的材料提供焊接辅助接合部件和部件之间的连接的附加稳定性。

凹槽的接收体积的上述选择性调节反映在本发明的优选设计中，即元件头部具有在凹槽的部分或区域中的比凹槽和夹紧环和/或冲压环的外侧更大的沿冲压轴的纵向方向的厚度。

根据本发明的另一优选实施例，元件头部的头部直径与圆柱形冲压轴的轴直径之比≥2。同样优选地，冲压轴的轴直径d10与夹紧环的外径d40相比大约为0.5d40≤d10≤0.8d40。根据另一优选实施例，冲压轴具有在3mm≤d10≤5mm的范围内的轴直径d10，优选d10为4mm，元件头部具有在7mm≤d30≤12mm的范围内的头部直径d30，优选d30为10mm，并且夹紧环具有在4mm≤d40≤10mm的范围内的环直径d40，优选d40为8mm。此外，优选地，元件头部具有在头部上侧和凹槽或环外侧的头部下侧之间的、在0.8mm≤h30≤1.8mm的范围内的轴向厚度h30，优选h30为1.2mm，冲压轴具有在1.6mm≤h10≤4mm的范围内的长度h10，优选h10为2.9mm或2mm或1.7mm。根据本发明的另一优选实施例，夹紧环具有相对于头部下侧的在0.2mm≤h40≤0.6mm的范围内的高度h40，优选h40为0.4mm。还优选地，与直接相邻的夹紧环或冲压环的高度相比，凹槽具有在0.2mm≤t50≤0.6mm的范围内的深度t50，优选t50为0.3mm。根据本发明的另一优选实施例，夹紧环具有相对于头部下侧的在0.15mm≤h40≤1mm的范围内的高度h40，优选h40为0.5mm。

本发明还包括焊接辅助接合部件的另一优选实施例。在该实施例中，元件头部形成为至少从夹紧环径向向外的沉头头部。沉头头部包括在头部上侧和凹槽或环外侧的头部下侧之间的、径向向外减小的、在0.3mm≤h30’≤0.8mm的范围内的轴向厚度h30’，优选0.4mm≤h30’≤0.5mm。此外，在自由轴端和径向最外侧的头部下侧之间测量的冲压轴具有在1.4mm≤h10’≤3mm的范围内的长度h10’，优选1.4mm≤h10’≤2.2mm，更优选1.4mm≤h10’≤1.6mm。

与上述焊接辅助接合部件相比，该实施例具有与沉头头部结合的较低的结构高度。这允许在安装过程之后减小从部件表面突出的元件头部的干涉轮廓。沉头头部的特征在于径向向外、优选连续减小的元件头部厚度。此外，元件头部的高度被选择得较低，以便实现沉头头部和轴向元件长度的互补效果。此外，在用于薄部件或用于更深地打入部件中的焊接辅助接合部件的元件设计方面，轴形成为比上述实施例中的轴短。通过这种方式，确保了特别是对于薄的部件，元件头部和元件轴的端部仅从相应的部件表面略微突出。

此外，优选地，具有沉头头部的焊接辅助接合部件的夹紧环具有相对于邻近夹紧环的头部下侧的在0.2mm≤h40≤1mm的范围内的高度h40，优选地h40为0.6mm，并且进一步优选地为0.4mm。因此，用于具有沉头头部的元件的夹紧环的几何特性对应于上面已经描述的没有沉头头部的元件的几何特性。

根据焊接辅助接合部件的另一优选实施例，焊接接触区域由焊接螺柱形成，该焊接螺柱轴向突出超过冲压轴并且具有比冲压轴小的径向范围。根据另一优选实施例，焊接接触区域由凸形焊接凸起形成，该凸形焊接凸起在轴向方向上突出超过冲压轴并且具有与冲压轴相同的径向范围。

为了在焊接辅助接合部件和第二部件之间建立焊接连接，重要的是焊接接触区域突出超过第一部件。由于这种几何构造，可以在焊接辅助接合部件和第二部件之间建立电接触。在该电接触的帮助下，然后进行电阻焊接。已经发现，沿整个冲压轴的径向范围的焊接接触区域对于形成产生连接的焊核区是不利的。因此，以比冲压轴的外径小的径向范围提供焊接接触区域。根据优选实施例，焊接接触区域由焊接螺柱形成，即，由沿与元件头部相反的方向凸起的隆起或凸起形成。该凸起具有比冲压轴小的径向范围。优选地，凸起位于冲压轴的自由端的中心。例如，支持电阻焊接的形状是尖的、半球形、圆锥形或截头圆锥形以及棱锥形或截头棱锥形。还可能的是，焊接螺柱由并排布置的多个尖的凸起形成。

根据上述第二可选方案，冲压轴的自由端具有圆形的并且远离元件的头部拱起的形状。优选地具有球形区段的形状的这种拱起也将建立与第二部件的点状接触以便在此基础上执行电阻焊接。从对焊接接触区域的讨论中可以看出，冲压轴的长度测量到焊接接触区域的开端。优选地，该端部被认为等于冲压轴的圆柱形侧面的端部。因此，焊接接触区域或焊接接触面积突出超过冲压轴的长度。还优选考虑包括焊接接触区域的冲压轴的全长。

根据另一优选实施例，元件头部具有在环面的部分或区域中的、小于在夹紧环和冲压轴之间的径向部分或区域中的轴向厚度的、优选地小于在凹槽的部分或区域中的轴向厚度的轴向厚度。通过这种优选的设计，由于被夹紧环移位的材料，也可以增加冲压轴处的夹紧力。这是因为夹紧环和冲压轴之间的径向部分或区域中的较小轴向厚度减小了可接收移位材料的体积。因此，移位的材料被更强地压缩并且在冲压轴处引起增大的夹紧力。

此外，与冲压轴相邻且在径向外侧与夹紧环相邻的元件头部的选择性厚度设计确保了抵抗剪切载荷的更高稳定性。剪切载荷垂直于冲压轴作用。这在例如当已经安装有焊接辅助接合部件的部件沿着彼此相邻的部件的邻接表面抵靠第二部件移动时发生，其中焊接辅助接合部件已经与第二部件焊接。在该剪切载荷期间，径向地布置在夹紧环内部的元件头部的厚的部分在元件头部的径向地布置在夹紧环外部的较薄的部分处提供额外的稳定支撑。通过元件头部的这些阶梯厚度部分，优选地，焊接辅助接合部件和邻接部件之间的连接被加强，优选地，部件由诸如铝、合金、塑料、层压件或复合材料的可焊接性差的材料制成。

本发明在其优选实施例之一中还包括第一部件和上述焊接辅助接合部件的部件组合物或部件组件。优选地，该部件由诸如铝或塑料的可焊接性差的材料制成。焊接辅助接合部件以这样的方式压入部件中，即焊接辅助接合部件以防损的方式紧固到部件上。这开启了在运输到另一加工位置之后立即或稍后进一步加工部件组合物的可能性。根据另一优选实施例，本发明包括第一部件到焊接辅助接合部件的连接，该焊接辅助接合部件已经通过焊接连接而连接到第二部件。

此外，本发明公开了一种至少第一部件和根据上述优选实施例之一的焊接辅助接合部件的部件组合物的制造方法。该制造方法优选用于通过上述焊接辅助接合部件来制造车身。上述制造方法具有以下步骤：提供优选地由可焊接性差的材料制成的第一部件，将焊接辅助接合部件大致无旋转地压入第一部件中，使得冲压轴完全穿透部件，焊接接触区域突出超过背离元件头部的部件侧，并且元件头部抵靠在面对元件头部的部件侧处，由此将夹紧环压入面对的部件侧中。

为了能够在第一部件和第二部件之间建立焊接连接，第一部件设置有上述焊接辅助接合部件。为此，第一部件被设置为能够将上述焊接辅助接合部件压入到该部件中。优选地，第一部件由不可焊接或可焊接性差的材料制成。在这种情况下，即使第一部件由不可焊接或可焊接性差的材料制成，导电的焊接辅助接合部件也形成能够产生电阻焊接方法的基础。为了实际上能够将第一部件永久地焊接到第二部件，焊接辅助接合部件永久地锚固在第一部件中。为此目的，在焊接辅助接合部件的元件头部上施加机械压力，使得冲压轴被压入第一部件中。结果，冲压轴完全穿透第一部件。因此，在第一部件的背离元件头部的部件侧上的焊接接触区域突出超过该部件侧。在压入过程中，元件头部的头部下侧也被压靠在面向元件头部的部件侧上，使得夹紧环被压入第一部件中。这样引发的沿冲压轴的方向的径向向内的材料流确保了冲压轴被第一部件的移位的材料夹紧。

根据本发明优选地，制造方法包括以下进一步的步骤：将带有所述焊接辅助接合部件的所述第一部件布置在第二部件上方，使得在所述冲压轴的所述焊接接触区域与所述第二部件之间可建立电接触，并且对所述焊接辅助接合部件与所述第二部件进行电阻焊接。

此外，本发明的制造方法优选地提供：焊接辅助接合部件在压入之后以防损的方式紧固在第一部件中。在此基础上，带有焊接辅助部件的第一部件作为半成品存在，并且可以直接在现场、在中间存储之后或者在同时进行的运输之后的另一位置处进行进一步加工。因此，优选地，制造方法还包括在压入的制造位置处和/或在半成品的压入之后的中间存储后或在从压入的制造位置运输到用于电阻焊接的加工位置之后将半成品电阻焊接到第二部件。

从以上优选的方法步骤可以看出，部件组合物的制造方法在准备与第二部件的实际连接时提供了高的灵活性，并且在配置与第二部件的连接时提供了进一步的灵活性。这是因为，虽然由第一部件和焊接辅助接合部件组成的半成品形成部件组合物的必要基础，但是该部件组合物可以通过电阻焊接方法在任何地方实现。这是因为带有焊接辅助接合部件的第一部件可以使用已知的电阻焊接方法在现场或者在进行必要的运输之后在任何其它位置简单地制造，其中第二部件优选地由可焊接材料制成或者还配备有焊接辅助接合部件。

根据本发明的部件组合物的制造方法的另一优选实施例，通过将夹紧环压入第一部件中，第一部件的材料部分径向向内移位，使得冲压轴被移位的材料夹紧。

本发明还包括焊接辅助接合部件的制造方法。在该制造方法的情况中，优选通过冷成型或冷轧将棒型材形成为焊接辅助接合部件的几何形状，并且随后将焊接辅助接合部件从棒型材切割到一定长度。

附图说明

参照附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中：

图1是本发明的焊接辅助接合部件的优选实施例的局部剖视图，

图2是图1的圆圈部分的截面放大图，

图3是具有沉头头部的焊接辅助接合部件的另一优选实施例的局部剖视图，

图4是图5的圆圈部分的截面放大图，

图5具有第一夹紧环和第二夹紧环的元件头部的下侧的另一优选实施例的截面放大图，

图6具有第一夹紧环和第二夹紧环的元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，

图7具有夹紧环和在夹紧环的径向外侧布置的冲压环的元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，

图8具有夹紧环和相对夹紧环径向向外布置的冲压环的元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，

图9是具有冲压环和在冲压环的径向外侧布置的夹紧环的元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图；

图10是具有冲压环和相对冲压环径向向外布置的夹紧环的元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，

图11是元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，该元件头部具有第一夹紧环和第二夹紧环、以及相对第一夹紧环和第二夹紧环径向向外布置的冲压环；

图12是元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，该元件头部具有第一夹紧环和第二夹紧环、以及相对第一夹紧环和第二夹紧环径向向外布置的冲压环；

图13是元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，该元件头部具有径向向内布置的夹紧环、相对夹紧环径向向外布置的冲压环、以及相对冲压环径向向外布置的另一夹紧环，

图14是元件头部的下侧的设计的另一优选实施例，该元件头部具有径向向内布置的夹紧环、相对夹紧环径向向外布置的冲压环、以及径向向外布置的另一夹紧环，

图15是元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，该元件头部具有布置在径向内侧的冲压环，该冲压环被布置在径向外侧的两个夹紧环围绕；

图16是元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，该元件头部具有布置在径向内侧的冲压环以及围绕冲压和的两个夹紧环，

图17是元件头部的下侧的设计的另一优选实施例的截面放大图，该元件头部具有布置在径向内侧的冲压环和布置在径向外侧的另一冲压环、以及布置在两个冲压环之间的夹紧环，

图18是元件头部的下侧的另一优选设计的截面放大图，该元件头部具有径向向内布置的第一冲压环和径向向外布置的第二冲压环、以及布置在冲压环之间的夹紧环。

具体实施方式

图1以局部剖视图示出了根据本发明的焊接辅助接合部件1的优选实施例。焊接辅助接合部件1由根据所使用的焊接方法选择的已知的可焊接材料制成。对于优选使用的电阻点焊和凸焊，合金钢是合适的。然而，本文也可以使用其它材料。

焊接辅助接合部件1包括平行于焊接辅助接合部件1的纵向轴线l延伸的冲压轴10。冲压轴10被设计成大致无旋转地压入或冲入第一部件a。焊接辅助接合部件1是自冲压的，使得焊接辅助接合部件1可压入或可冲入非预冲压部件以及预冲压部件。因此，优选地，焊接辅助接合部件1构造为实心冲压铆钉，以便确保节省时间和可靠地接合到部件a中。因为实心冲压铆接在现有技术中是已知的，所以用于实心冲压铆接的安装工具也可以用于安装焊接辅助接合部件1。

从图1的示意图中可以看出，优选地，焊接辅助接合部件1围绕其纵向轴线l旋转对称地形成。本文中，冲压轴10具有圆柱形状，并且优选直径d10在3mm≤d10≤8mm的范围内，优选4mm≤d10≤5mm，并且进一步优选d10＝4mm或d10＝5mm。圆柱形的特征在于平滑的侧面12。根据本发明，优选地，侧面12具有横向于纵向轴线l延伸的保持肋或保持环(未示出)，所述保持肋或保持环支持冲压轴10在部件开口中的紧固。作为冲压轴10的圆柱形状的替代，冲压轴10具有在接合方向上扩展的截锥形状。还优选地，冲压轴10的横截面形状不是旋转对称的。由此，实现防止部件a与焊接辅助接合部件1之间的相对旋转的形状配合。

冲压轴10在其自由轴向端包括焊接接触区域60。焊接接触区域60延伸超过冲压轴10的长度l10，以便在优选的电阻焊接期间与待焊接的第二部件建立电接触。焊接接触区域60的设计在下面更详细地描述。

在冲压轴10的第二轴向端部处设置有元件头部30，该元件头部30与冲压轴10一体地形成。元件头部30包括头部上侧32，该头部上侧32优选地以平坦的方式形成。它还用作冲头(未示出)的接触面，冲头将焊接辅助接合部件1压入部件a中。

邻近冲压轴10，元件头部30包括头部下侧34。头部下侧34经由周向面36连接到头部上侧32。优选地，周向面36形成元件头部30的圆柱形侧面。因此，它限定了元件头部30的直径并且沿着元件头部30的轮廓延伸。元件头部30具有在7mm≤d30≤12mm范围内的优选直径d30，优选d30＝10mm。此外，其具有在0.8mm≤h30≤1.8mm的范围内的优选高度h30，优选h30＝1.2mm。相对于冲压轴10，元件头部30具有d30≥1.4·d10的直径。

如果有利的，周向面36也可以不同地成形。例如，如果元件头部30形成为沉头头部，则其可以具有截头圆锥的侧面形状。如果头部上侧32形成直接过渡到下侧34的圆形头部，也可以完全省略周向面36。

还优选地，元件头部30具有截头圆锥形状、截头棱锥形状或多面体形状，而不是图1所示的圆柱形状。然而，圆柱形形状对于使用接合装置的安装过程是有利的，因为圆柱形周向面36表示接合装置的优选的接合通道中的支撑引导面。

夹紧环40与纵向轴线l和冲压轴10同心地布置在元件头部30的头部下侧34处。优选地，夹紧环40在轴向方向上从头部下侧34突出。根据优选实施例，在平坦的头部下侧34处仅设置一个夹紧环40。这确保了径向向内和径向向外的不受阻碍的径向材料流动，该径向材料流动不会被另一夹紧环或冲压环(见下文)转向或阻挡。

优选地，夹紧环40具有三角形的横截面形状，如可以从图2中的虚线看到的。图2示出了图1的圆圈部分的截面放大图。

夹紧环40的横截面形状由径向内环侧42和径向外环侧44限定。环侧42、44与头部下侧34结合限定了夹紧环40的优选三角形的截面形状。夹紧环40布置在距冲压轴10的周向面12第一径向距离处，这将在下面更详细地描述。夹紧环40由环面38径向向外包围，环面38形成头部下侧34的一部分。优选地，环面38形成为平坦的并且垂直于纵向轴线l。此外，环面38过渡到周向面36中，由此头部下侧34和头部上侧32彼此连接。

为了能够将诸如由塑料或铝的可焊接性差的材料制成的第一部件a焊接到由可焊接材料制成的第二部件，焊接辅助接合部件1被压入或冲入到第一部件a中。部件a具有在0.8mm≤da≤3mm范围内的优选厚度da，优选da＝1.5mm。为此，第一部件a将其自身支撑在模具上，优选地通过中心开口(未示出)将其自身支撑在模具上。为了尽可能简化安装过程，焊接辅助接合部件1被无旋转地压入第一部件a中。为此，安装冲头向头部上侧32施加接合力，并压制焊接辅助接合部件1，其中冲压轴10首先压入部件a中。由此，在部件a中形成开口，使得在部件a的背离头部的一侧处的焊接接触区域60突出超过该部件侧(参见图1)。因此，冲压轴10的长度h10与部件a的厚度da相适应。因此，优选地，冲压轴10的长度h10为1.1da≤h10≤2da，优选为1.4da≤h10≤1.8da。优选地，冲压轴10具有在1.6mm≤h10≤4mm的范围内的长度h10，特别地，h10＝2mm。另外，元件头部30相对于部件厚度da具有0.5da≤h30≤2da的优选高度h30，优选适用h30＝da。

在安装过程中，焊接辅助接合部件1被压入部件a中，至少直到带有环面38的头部下侧34邻接面向头部的部件侧。还优选将元件头部30更深地压入部件a中，使得元件头部30的一部分容纳在部件a中。在该安装过程中，夹紧环40也被压入部件a中。

优选地，径向内环侧42以相对于侧面12或纵向轴线l倾斜的角度α布置。由于环侧42相对于周向面12以α<90°的角度布置，因此当冲压轴10被压入部件a中时，环侧42沿冲压轴10的方向移动部件a的材料。特别地，由于机械径向应力，移位的部件材料的径向部分压靠冲压轴10，并且提供在部件a中的冲压轴10的附加的夹紧效果和保持力。优选地，夹紧效果随着径向向内指向的材料位移的增加而增加。因此，环侧42优选布置在10°≤α≤70°的角度范围内，更优选40°≤α≤60°，特别地α＝45°或α＝50°。

优选的夹紧效果随着沿冲压轴10的方向移位的材料体积而增加。材料体积的量由突出超过头部下侧34的夹紧环40的体积确定。因此，为了形成移位的材料体积，优选改变夹紧环40的高度h40。夹紧环40的高度h40表示夹紧环40最大程度地突出超过头部下侧34的距离(见图1)。优选地，夹紧环40具有在0.2mm≤h40≤0.6mm范围内的高度h40，优选地h40＝0.4mm。

根据另一优选实施例，夹紧环40具有在0.15mm≤h40≤1mm的范围内的高度h40，优选地h40＝0.5mm。通过这种高度变化，与前述实施例相比，夹紧环可灵活地适应更大和更小的板厚度。

此外，围绕冲压轴10同心地延伸的夹紧环40具有在4mm≤d40≤10mm范围内的优选外径d40，优选d40＝8mm。夹紧环40最好与部件a的尺寸相适应，相对于部件a适用如下：0.2·da≤h40≤0.5da和3·da≤d40≤10·da。相对于冲压轴10，优选地适用0.5·d40≤d10≤0.8·d40。

优选的夹紧效果由径向向内压靠冲压轴10的部件a的移位材料确定。为此，优选地，必须迫使移位的材料进入侧面12和内环侧42之间的中间空间50。该中间空间50优选也称为槽，该槽朝向元件头部30的方向拱起。

为了减小该中间空间50并由此提高由于移位的材料引起的夹紧效果，中间空间50具有基部52。基部52是将侧面12和环侧42彼此连接的面部。优选地，基部52朝向焊接接触区域60的方向轴向偏移地布置。因此，基部52相对于环面38和头部下侧36沿安装方向突出。以这种方式，优选地，选择性地减小用于接收径向向内移位的材料的空间，并且提高冲压轴10处的夹紧效果。优选地，凹槽50相对于相邻夹紧环40的最高点的深度t50(参见图1)在0.2mm≤t50≤0.4mm的范围内，优选t50＝0.3mm。还优选地，相对于夹紧环40的相对于头部下侧34的高度h40限定凹槽50的深度t50，因此，适用0.6·h40≤t50≤1·h40。

为了在部件a中稳定焊接辅助接合部件1，径向外环侧44相对于环面38以在70°≤β≤110°范围内的角度β布置。由于角度β的大小，环侧44大致沿安装方向延伸。这样，环侧44为在部件a中的焊接辅助接合部件1产生径向稳定性。

关于夹紧环40的截面形状和角度α和β的尺寸，特别优选地，截面形状大致包括直角三角形。因此，优选地，角度β等于90°。该三角形的斜边面向冲压轴10，以便引起有利的径向向内的材料流动。

另外，优选地，焊接辅助接合部件1在部件a中的紧固受到凹槽50的形状的影响。已经证明是有利的并且因此优选地，凹槽50的向外界定的壁一方面由夹紧环40的倾斜的斜侧42形成并且另一方面由冲压轴10的竖直区段v50形成。竖直区段v50是冲压轴10的侧面的区段，其垂直于元件头部30或平行于焊接辅助接合部件1的纵向轴线l延伸。该区段在夹紧环40的水平处开始并且朝向元件头部30的方向延伸，直到在竖直区段v50和夹紧环40的斜边42之间开始有连接曲线的连接部分或区域，优选地为圆弧(参见图2)。优选地，焊接辅助接合部件1在部件a中的支撑由竖直部分v50的增大的尺寸支持。因此，竖直部分v50的尺寸为0≤v50≤0.3t50，优选v50＝0.1t50或v50≥0.2t50。

如果足以保持焊接辅助接合部件1，则槽52仅由铆钉基部52处的曲面延伸部分形成。在这种情况下，曲线部分终止于夹紧环40的水平或高度处，从而在本发明的该实施例中不使用竖直部分v50。

此外，优选地，上述竖直区段v50以从40°≤γ≤60°的范围，优选地γ＝50°的角度γ过渡到曲线铆钉基部52。

与元件头部30相对地，焊接接触区域60布置在冲压轴10处。根据本发明的优选实施例，焊接接触区域60具有从冲压轴10轴向突出的焊接螺柱的形状或焊接凸起的形状。它们具有比冲压轴10更小的直径。此外，它们具有拱形的、大部分为圆形的形状，以便与第二部件建立点状接触。

根据本发明的另一优选实施例，焊接接触区域60形成为冲压轴10的凸形轴向端部。该凸形端部在冲压轴10的端部处朝向接合方向以圆弧拱起。这种成形还为优选的电阻焊接提供了与第二部件的足够的、优选点状的接触面。当然，也可以在该位置处使用成形的尖端。

焊接辅助接合部件1’的另一优选实施例在图3和图4中示出。在该实施例中，与上述元件几何形状相同的附图标记也指示相同的特征。因此，上面描述的这些几何特征可以被转移到这里描述的元件几何形状。

焊接辅助接合部件1’包括作为元件头部30’的沉头头部。元件头部30’的头部下侧34’优选地从夹紧环40开始径向向外倾斜地延展布置。该倾斜以背离轴的方向存在。因此，元件头部30’的高度h30’径向向外减小直到周向面36。

沉头头部几何形状使得可以在安装过程期间将元件头部30’降低到部件中。以这种方式，元件头部30’的干涉轮廓在接合过程之后减小。优选地，元件头部30’在安装在部件中之后从部件表面突出小于0.4mm。此外，优选地，部件和元件头部30’的下侧34’之间的接触面的尺寸增加。这使得可以在随后的焊接过程期间经由元件和部件之间的较大界面传热。这可以支持选择性的部件加热或减少由于热引起的元件和部件之间的较小接触部分或区域的部件损坏。

由于优选的沉头头部几何形状，元件头部30’在头部上侧32和头部下侧34’之间具有径向向外减小的轴向厚度h30’。在槽50或夹紧环40的外部，优选地，元件头部30’的轴向厚度h30’在0.3mm≤h30’≤0.8mm的范围内，优选地在0.4mm≤h30’≤0.5mm的范围内。

此外，优选地，在自由轴端和径向最外侧头部下侧34’之间测量的冲压轴10具有在1.4mm≤h10’≤3mm的范围内的，优选地在1.4mm≤h10’≤2.2mm的范围内的，并且进一步优选地在1.4mm≤h10’≤1.6mm的范围内的长度h10’。这种与沉头头部30’结合的几何设计支持了安装焊接辅助接合部件1’的减小的干涉轮廓和/或在薄部件中的可变适用性。

优选地，夹紧环40具有相对于径向向外地直接邻接夹紧环40的头部下侧34’的、在0.2mm≤h40≤1mm的范围内的、优选为0.6mm的、特别地为0.4mm的高度h40。

在图5和图6中，示出了元件头部30的下侧34的进一步的优选设计。特别地，图5和图6示出了元件头部30的一部分的截面放大图。根据上述焊接辅助接合部件1的优选实施例，仅使用一个夹紧环40是有利的。为了提高径向向内指向的材料应力的夹紧效果，优选地，外环布置在头部下侧34处，该外环围绕内夹紧环40。在图5和图6的优选实施例中，该外环还具有夹紧环40’的构造。还优选将该外环设计为冲压环70，如图7和图8的实施例中的示例所示。

如果外环具有夹紧环40’的构造，则适用上述的用于夹紧环40’的相同的几何特征、功能特性和设计原理。优选地，夹紧环40’同心地布置在夹紧环40周围。此外，夹紧环40’围绕冲压轴10连续地延伸，或者以规则的间隔中断。根据图5中的优选实施例，径向布置在外侧的夹紧环40’相对于周向面36径向向内地间隔开。结果，被夹紧环40’移位的材料不能不受阻碍地沿接合方向流动。相反，它被元件头部30的下侧34阻挡，这引起进一步的夹紧效果，并因此将焊接辅助接合部件固定在部件a的材料中。

还优选将另一夹紧环40’布置在元件头部30的径向外侧作为最后一点。因此，径向外环侧44然后过渡到周向面36中。这种构造允许径向向外到围绕焊接辅助接合部件1的部件a的材料中的不受阻碍的材料移位。

从图7和图8的优选实施例中可以看出，除了夹紧环40之外提供的外环可选地具有冲压环70的构造。优选地，冲压环70关于其截面均匀地或轴对称地成形。由此得出，优选地，材料移位以与径向向外相同的程度径向向内发生。在接合过程中，冲压环70被压入部件a中。压入的冲压环用作接合位置的密封，以防止材料或污物从外部渗透，也防止例如在接合期间出现的从内部到外部的气体。此外，冲压环70和夹紧环40的相邻布置具有在径向外环侧44和冲压环70之间压缩材料的优点。这支持了将焊接辅助接合部件保持在部件a中以及通过冲压环70的密封。

为了增强冲压环70的效果，其优选地在元件头部30的下侧34处相对于周向面36径向向内布置。如果可以容许径向向外并逆着接合方向的不受阻碍的材料移位，则还优选将冲压环70布置成直接邻近周向面36(见图6)。

特别地，如果需要保护接合位置或地点免受例如气体逸出或污染物的渗透，优选地，冲压环70直接布置在冲压轴10的附近。在这方面，焊接辅助接合部件1的优选设计在图9和图10中示出。冲压环70分别定位在环绕的夹紧环40内。为了进一步有利地和优选地利用夹紧环40的作用，夹紧环40构造成使得材料移位相对于冲压环70径向向内发生。然后优选地，冲压环70的侧面，特别是冲压环70的径向外部侧面承担冲压轴10的侧面的功能。因此，然后通过径向向内作用的机械应力或张力将焊接辅助接合部件1保持抵靠冲压环70。

图11和图12示出了元件头部30的下侧34的设计的进一步优选实施例。特别地，在此，图5的优选实施例被结合，其中两个夹紧环40、40’与附加的径向向外布置的冲压环70结合。该径向向外布置的冲压环70以与图7和图8的优选实施例中相同的方式径向向内地在距周向面36一定距离处或直接邻近周向面36布置。优选地，连续地或规则地中断形成的冲压环70确保接合位置相对于外部的密封。

图13和图14的实施例基于图7的优选实施例。在此，为了在冲压环70处实现附加的夹紧效果，相对于已有的夹紧环40和冲压环70布置附加的外环。该外环具有附加的夹紧环40’的形状和构造。相应地，该夹紧环40’产生径向向内指向的附加的材料流动。这导致作用在冲压环70的径向外侧上的附加径向应力。如在图5和图6的优选设计中那样，径向外夹紧环40’以距周向面36一定距离地径向向内布置(参见图13)。还优选地，径向布置在外侧的夹紧环40’直接过渡到周向面36中，如图12所示。

图16和图17所示的元件头部30的下侧32的优选实施例示出了图9的优选实施例与径向布置在外侧的另一夹紧环40’的组合。径向布置在外侧的该夹紧环40’增加了已经由夹紧环40引起的材料移位实现的夹紧效果。由此，附加的夹紧环40’径向向内移动材料抵靠夹紧环40的径向外环侧44。如图16所示，优选地，径向外夹紧环40’以距周向面36一定距离地径向向内布置。还优选地，径向布置在外侧的夹紧环40’直接邻近周向面36布置，如图17所示。

以与关于上述实施例所强调的方式相同的方式，径向布置在外侧处的附加夹紧环40’具有连续的周向形状或者设置成以规则的间隔中断。

图18和图19示出了图9的优选实施例与径向布置在外侧的另一冲压环70’的组合。径向布置在外侧的该附加冲压环70’为径向布置在内侧的冲压环70’提供附加且互补的密封效果。另外，优选地，径向布置在外侧的冲压环70’设置成连续或规则地中断。此外，优选地，将冲压环70’径向向内布置在距周向面36一定距离处，如图18所示。根据图19所示的另一优选实施例，径向布置在外侧的冲压环70’直接邻近周向面36布置。

附图标记列表：1焊接辅助接合部件；10冲压轴；12侧面；30、30’元件头部；32头部上侧；34、34’头部下侧；36周向面；38外环面；39内环面；40夹紧环；42内环侧；44外环侧；50中间空间、凹槽；52基部；60焊接接触区域；l纵向轴线；a第一部件；70、70’冲压环。