设置焊接装置，其模块化组件及可用该装置执行的连续连接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及组合的设置焊接装置，其设计为:将螺柱状焊接辅助连接件设置于至少一个第一材料层中，并且使它们在由导电材料制成的第二材料层上经受机械热成形处理或者到第二材料层的导电面积并且以牢固结合的方式通过焊接操作使它们连接，即通过焊接操作的正极物质连接。此外，本发明涉及用该设置焊接装置借助于螺柱状焊接辅助连接部件以机械热设置焊接处理的形式而执行的连续的连接方法。
【背景技术】
[0002]焊接是用于将可焊接材料(如钢铁)制成的组件相互连接的普遍的方法。示例性的焊接方法是电阻点焊和螺柱焊，其中两个相对设置的组件通过焊接以点互连。另一个焊接方法是电弧螺柱焊。
[0003]在不同的行业中，由不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件现今可能需要互连。尽管如此，焊接表示甚至对于这些不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件表示有效的连接方法。为了该目的，由可焊接材料制成的焊接辅助连接件被固定在由不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件中。在由可焊接材料制成的组件和焊接辅助连接件之间的焊接连接按以下方式产生:以使由可焊接材料制成的组件和不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件经由焊接辅助连接件互连。不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件的实例是铝片，由塑料或纤维增强塑料制成的模制件，例如碳纤维增强塑料，仅举几个例子。以上所描述的方法例如源于德国专利申请DE10015713AI。
[0004]德国专利申请10 2005006253 Al描述了通过在由不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件和由可焊接材料制成的组件之间进行焊接的连接方法。这里，具有轴的螺柱和由可焊接材料制成的头部插入到由不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件中的预制孔内，并且随后与由可焊接材料制成的组件焊接。为了在不可焊接材料或难以可焊接材料制成的组件的预穿孔区域中可靠地紧固具有其轴的螺柱，该螺柱的轴在焊接后通过压缩侧向变形，以在该螺柱的轴和组件的孔的内部之间产生压入配合。由于多个方法步骤，这里所描述的连接方法在技术上是复杂的并且是耗时的。
[0005]在德国专利申请DE 10 2004025492 Al和DE 102007036416 Al中，铆钉、螺柱或钉子分别在不可焊接材料或难以焊接材料制成的组件中设置为焊接辅助连接件。焊接辅助连接件的前端在不可焊接材料或难以焊接材料制成的组件的一侧突出，并且形成具有很小接触表面的焊接点用于接触由可焊接材料制成的相对设置的组件。焊接辅助连接件和由可焊接材料制成的组件互连，例如借助于电阻焊接以电阻点焊或者电阻螺柱焊的方式，焊接辅助连接件的尖端或边缘就会熔化或溶解，以形成所谓的焊点熔核。由于在焊接辅助连接件的尖端上或者切削面积中的焊接辅助连接件和由可焊接材料制成的组件之间的小接触表面，因此用于焊接的接触区域相对较小。由于与在较大的面积内彼此接触的相对设置的组件相比的小接触表面，这延长了焊接处理或者削弱焊接连接。对应于在焊接辅助连接件和由可焊接材料制成的组件之间的小接触面积，形成的焊点熔核会很小。其中，这削弱了机械加载能力以及所建立的连接寿命。此外，在使用半中空冲头铆钉作为焊接辅助连接件的情况下，产生了由不可焊接材料或难以可焊接材料制成的废塞。在随后的焊接期间，它位于焊接区域并且在焊点熔核的区域中，使得形成焊接连接的质量通过该污染而削弱。
[0006]此外，它在DE 10 2004025492 Al中被认为是有利的，以在接触区域机械变形由可焊接材料制成的组件，借助于在组件内的由不可焊接材料或难以可焊接材料制成的焊接辅助连接件的设置处理用于后期焊接。特别地，焊接辅助连接件的尖端或者边缘渗入由可焊接材料支制成的组件或者在该由可焊接材料支撑的组件中产生凹槽。在该凹陷或者相应的凹槽的区域中，该凹槽然后应该在焊接辅助连接件和由可焊接材料制成的组件之间的电阻点焊期间支撑足够大的焊点熔核的形成。但是，为了实现该方法，有必要在设置焊接辅助连接件之前将所有的组件布置在彼此上方互连。否则，附加的工作是必需的以在由可焊接材料制成的组件中创建凹槽并且与已经设置的焊接辅助连接件对其它。这是复杂的、耗时的，还需要额外的仪器努力用于组件的精确定位而互连，并且在可能焊接处理和处理序列的选择中受限。
[0007]DE 10060390 Al描述了一种冲压铆合的方法，其中，冲头铆钉结借电极冲头被强行通过第一非导电材料，诸如，例如塑料，并且依赖于电极片与第二导电材料连接。电极冲头和电极片被连接到电压源相反的电极。一旦冲头铆钉已渗入第一材料并且与第二导电材料相接触，通过冲头铆钉产生电流的流动。由于冲头铆钉归于电流的流动，该冲头铆钉进一步的连接过程因此而被支撑。由于中空的、半中空或者全铆钉用在这里描述的冲头铆接过程中，冲头铆钉在其连接过程期间通过第一非导电材料驱动前方的废料。此废料阻碍冲头铆钉和第二材料之间的电接触，并且从而电流通过冲头铆钉流动。这也是冲头铆钉在冷态下渗入非导电材料，其尤其在脆性塑料和类似的材料中启动裂纹形成和其他失效机理。
[0008]DE 102010020569 Al基于电加热描述了第一非导电组件和第二导电组件的热连接。为了该目的，连接辅助器件在非导电组件中为第一模制，其由导电材料制成。安装过程在连接方法之前发生，连接辅助器件在第一组件中借助于乳制、冲压、压铸成型、压花、拉伸成形或胶合被固定。连接辅助器件提供用于后续与第二组件电热焊接的导电接触。为了该目的，第一组件与连接辅助器件以及第二组件在相对设置电极冲头和电子片之间被定位。电流通过接合辅助器件和在冲头电极和电极片之间的导电的第二组件的电流动导致在相邻边界表面上的连接辅助器件和第二组件的焊接。甚至在这里所述的热接合方法，缺点在于，首先在先前的工艺中，辅助连接器件必须在由非导电材料制成的第一组件中固定。因此，这里在第一组件和第二组件之前的辅助连接构件和第一组件的不同处理步骤能够在电极冲头和电极片之间互连。
[0009]EP O 947 279 BI描述了用于金属片层的电阻焊的焊钳。这些焊钳包括焊接电流源，焊接电流装置连接到所述焊接电流源和本地数据存储单元，其中通过焊钳能够保存处理数据。焊接电流控制装置具有用于数据传送的数据接口，经由其该保存的程序可以从程序存储器传送到焊接电流控制装置。此外，经由这样的接口操作关于记录的焊钳的数据能够被传送到存储器，在此处它们被永久地或临时地存储。公知的焊钳和它们的操作流程旨在互连几层可焊接材料。然而，自从不可焊接材料和难以焊接材料逐渐出现在几个材料层的连接中以来，这种方法根据当今的设计观点已经不再充足。
[0010]因此，本发明的目的是提供可替代的装置和连接方法，与其不可焊接材料层或难以可焊材料层可以与可焊接材料层进行连接。
【发明内容】
[0011]上述目的是通过以下来实现:根据独立权利要求1的组合的设置焊接装置，根据独立权利要求12的模块化控制/调节装置，其可与设置装置或者焊钳组合，根据独立权利要求14的用于焊接辅助连接件的模块化进料设备，其可与设置装置或者焊钳连接，根据独立权利要求16的借助于螺柱状焊接辅助连接件以机械热设置焊接处理的形式的连续连接方法和根据独立权利要求23的用于在焊接辅助连接件和由可焊接材料制成的组件或者与可焊接材料的部分之间的焊接的制备方法。本发明有利的设计和进一步的发展源于以下描述，附图以及从属权利要求。
[0012]根据本发明的组合的设置焊接装置设计为:将螺柱状焊接辅助连接件设置于至少一个第一材料层中，并且使它们在由导电材料制成的第二材料层上经受机械热成形处理或者到第二材料层的导电面积并且以牢固结合的方式通过焊接操作使它们连接。对于这一点，根据本发明的组合的设置焊接装置具有以下特点:驱动冲头(其可以移动地具有至少5kN的设置力，优先地至少SkN的设置力)相对于相对地布置的对置支撑件，同时冲头与对置支撑件是导电的并且被设计成能够与电流源连接，以使冲头和对置支撑件各自形成焊接电极，该设置焊接装置的电子控制系统具有组合的控制和/或调节装置，以使得该组合的机械和电气负载能够经由在焊接辅助接合部件上的冲头和对置支撑产生，其确保至少一个第一材料层的机械和热支撑渗透以及与第二材料层的平面焊接。
[0013]根据本发明的组合的设置焊接装置使得设置装置能对焊接辅助连接件和/或待互连的材料层的所选择区域进行热预处理。此外，用于操作焊接过程的可操作性先决条件(优选地，电阻焊)在该设置装置中实现，以使焊接辅助连接件在第二材料层的表面上通过焊接能够被固定。为了该目的，冲头和对置支撑件被设计作为焊接电极，使得在冲头和对置支撑件之间经由焊接辅助连接件能够产生足够大的焊接电流。为了准备建立连接，流经焊接辅助连接件的电流被用来加热焊接辅助连接件以及邻近一个或多个材料层的焊接辅助连接件的区域。虽然这种加热电流一方面能够在冲头和对置电极之间流过焊接辅助连接件，但还优选的是，电流在冲头、焊接辅助连接件以及邻近该焊接辅助连接件的压紧装置之间流过。因为在这种情况下，没有发生连接流入材料层的直接电流，材料层的所选面积经由焊接辅助连接件而被加热。特别是当邻近焊接辅助连接件的材料为不导电时使用后者的情况。
[0014]虽然根据本发明的组合的设置焊接装置在kN范围产生设置力，但焊接辅助连接件的电气负载产生热以促进在至少一个第一材料层中对焊接辅助连接件的设置处理。此夕卜，该焊接辅助连接件针对性的重塑是通过在至少一个第一材料层的设置处理期间由组合的机械和热负载来执行。归因于焊接辅助连接件和/或第一材料层邻近面积的热软化，焊接辅助连接件与第二材料层的后面的焊接的成形制备在设置处理期间发生。这保证了焊接辅助连接件被设置到至少一个第一材料层中，制备性地重塑然后以平面的方式与第二材料层通过焊接而固定，无需在第二材料层中进行设置或者进行对应的连接。这些过程持续运行，使得总体而言，它们是时间上有效率的连接方法。
[0015]根据本发明，冲头优选地可经由电气、液压或气动驱动器移动。此外，提供了力传感器，其感测在焊接辅助连接件上的冲头的力和/或通过电参考信号将它转发到用于电子控制系统的机械和电气处理数据的记录设备。根据进一步的优选实施例，设置焊接装置的电子控制系统包括焊接设备，用该焊接设备能够在冲头和对置支撑件之间产生可控制或者可调节的焊接电流。
[0016]根据本发明进一步的优选实施例，电子控制系统包括加热设备，用该加热设备焊接辅助连接件和材料层的至少一个子区域的可调节加热能够在冲头和对置支撑件之间产生。该加热装置是有利的，例如当热量在焊接辅助连接件和在邻近的材料层中借助于电磁感应或通过热辐射的直接照射而产生时。它本质地也优选在焊接辅助连接件内借助于加热设备产生目标电流流动，由此对其加热。根据设置焊接装置的进一步的优选实施例，提供了具有多个测量设备的记录设备，用该记录设备来自设置焊接装置的电气和机械处理数据(优选地电流、电压、功率、电阻、力、冲头路径、温度)能够被记录并传送到设置焊接装置的记录设备。此外，根据本发明，提供了评估设备，用该评估设备能够评估机械和电气处理数据，将其与参考曲线和/或特征值表比较并且用该参考曲线和/或该特征值表能够确定哪个修正值。
[0017]在设置焊接装置的操作期间基于优选地机械和电气处理数据的连续记录，焊接辅助连接件在至少一个第一材料层中的设置过程，从而发生焊接辅助连接件的重塑，以及用于为后续焊接(优选地电阻焊)做准备的材料层的邻