功能元件和辅助元件的一体式电阻焊接的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于将至少一个夹层片材与由金属制成的至少一个功能元件接合的方法，其中，至少一个夹层片材具有两个金属外层和布置在金属外层之间的热塑性材料层，其中至少一个夹层片材的至少待接合的区域按如下方式被加热:使热塑性材料层软化，塑料层由于外层被挤压在一起而被外层挤出接合区域，并且至少一个夹层片材的外层借助于在第一电极与第二电极之间的电流而与功能元件接合，尤其是焊接到功能元件上。本发明还涉及用于实施根据本发明的方法的装置。
【背景技术】
[0002]在机动车领域，对于轻质结构概念的日益增长的需求使得在两个金属薄外层之间设有热塑性材料层的夹层片材的使用变得前景广阔，从而通过利用夹层片材进一步减轻所制造的机动车的重量。夹层片材能够提供开拓了新的减重潜力的各种独有性质。因此，夹层片材作为固体片材由于塑料层的存在而具有显著低的重量，同时提供了高强度值。此外，夹层片材能够消声且提供高级别的刚性。然而，夹层片材的缺点在于，它们具有电绝缘塑料层，该电绝缘塑料层在熔焊工艺情况下，特别是电阻焊接的情况下，会引起形成令人满意的焊接接合方面的问题。由于夹层片材在熔焊情况下出现的问题，夹层片材目前通常与其他金属部件通过粘合剂结合，或者例如通过卷边(beading)的机械方式相互连接。
[0003]此外，夹层片材目的在于进一步提供如下功能:该功能借助于例如螺钉、螺栓、焊接螺母等功能元件或类似的功能元件来提供。出于这个目的，功能元件必须连接到夹层片材。德国未经审查而公开的申请DE 10 2012 106 521 A1披露了一种用于将夹层片材与例如焊接螺栓等另外接合零件接合的方法，其中焊接螺栓具有在端部处指向夹层片材的突出的焊接突起以及片状辅助元件。具有焊接突起的螺栓预先连接到辅助元件，然后，栓和辅助元件二者一起与夹层片材接合。为了提高焊接到夹层片材上的功能元件的力吸收能力，辅助元件具有片状设计。然而，为达到该目的，需要两个加工步骤。在第一次操作中将螺栓与辅助元件焊接，然后将螺栓和辅助元件定位且焊接到夹层片材上。
【发明内容】
[0004]以此作为出发点，本发明的目的在于进一步简化和更具成本效益地构造功能元件与夹层片材的接合。此外，本发明基于提供用于实施根据本发明的方法的对应装置的目的。
[0005]根据本发明的第一教导，所表明的目的是这样实现的:在单次操作中，至少一个功能元件与第一辅助元件接合，然后功能元件连同辅助元件一起与至少一个夹层片材接合。
[0006]结果表明，能够在单次操作中直接对夹层片材实施两个接合步骤，即，将功能元件与辅助元件连接，以及将功能元件连同辅助元件一起与夹层片材连接。通过这种方式，省去了生产其上接合有辅助元件的功能元件的步骤，因此显著地简化了整个方法。
[0007]根据本发明的第一细化方案，至少一个功能元件连同辅助元件一起定位在位于夹层片材一侧的第一容器中，其中，第一容器连同至少一个功能元件和第一辅助元件一起形成第一电流路径的部件，在至少一个功能元件与辅助元件接合过程中，至少第一接合电流流经第一电流路径，其中，力同时施加到功能元件上，使得功能元件和第一辅助元件彼此接合，带有接合的第一辅助元件的至少一个功能元件、第一容器和第二电极随后形成第二电流路径的部件，当第一电流路径断开时，用于加热夹层片材的预热电流流经第二电流路径，并且在夹层片材的外片材被挤压在一起时，第二接合电流从第一电极经过功能元件、第一辅助元件和夹层片材的被挤压在一起的外片材流到第二电极。通过形成两个电流路径，例如螺栓等功能元件与辅助元件接合的过程能够在第一容器中直接发生在夹层片材上，其中，所述容器接纳功能元件本身和辅助元件。同时，能够确保夹层片材经由第二电流路径的预热，因此塑料层能够被挤出夹层片材的接合区域，且使两个外片材彼此相接触。只要两个外片材一开始接触，就会产生用于将功能元件连同第一辅助元件一起与夹层片材接合的接合电流，因此确保了非常简单的工序。
[0008]优选地，根据进一步的细化方案，当第一电流路径和第二电流路径断开时，用于接合目的的接合电流经过功能元件、第一辅助元件和至少一个夹层片材的外片材流到第二电极。通过这种方式，原则上，能够排除经由第二电流路径的分流。其次，还可以设想的是，通过在外片材接触时增大第二电流路径中的电阻，考虑到经由相接触的两个外片材的电流路径，第一电极与第二电极之间的电阻处于如此低的水平以至于不再经由第二电流路径流动显著的电流。在该情况下，例如，可以省去用于闭合和断开第二电流路径的器件。
[0009]根据该方法的进一步的细化方案，至少一个第二辅助元件定位在至少一个夹层片材的与功能元件和第一辅助元件相对的另一侧，优选地位于第二容器中，其中，在功能元件和第一辅助元件与夹层片材接合过程中，接合电流主要经过第二辅助元件流到第二电极。通过以例如片状片材的形式提供的第二辅助元件，首先，如果第二辅助元件同样接合到夹层片材上，则存在进一步提高焊接的功能元件的稳定性的可能。此外，第二辅助元件能够在接合过程中有助于将夹层片材稳定在接合功能元件的区域中。
[0010]根据该方法的进一步的细化方案，第一和/或第二辅助元件提供与夹层片材的至少部分片状接触，其中，在与夹层片材接合过程中，使用第一和/或第二辅助元件来挤出至少一个夹层片材的外片材之间的塑料层。首先，通过第一和/或第二辅助元件的片状接触，能够确保夹层片材在待接合区域中的缓慢加热，其次，通过片状接触，存在确保焊接后功能元件具有较大力吸收能力的可能。片状接触在此应理解为表示具有比纯粹的功能元件的接触表面大的接触表面的接触表面，优选地为比夹层片材至少大四倍的可能接触表面。
[0011]根据该方法的另外的实施例，第一和/或第二辅助元件具有朝着夹层片材的方向突出的至少一个焊接突起，其中，接合电流经由存在于第一和/或第二辅助元件中的焊接突起被引入夹层片材，使得第一和/或第二辅助元件至少经由至少一个焊接突起与夹层片材接合。借助于突出的焊接突起，存在提高电流密度的可能，并因此在突出的焊接突起处局部强化加热，使得与焊接突起开始接触的夹层片材的材料将首先软化。
[0012]优选地，以一个在另一个上方的方式布置的至少两个夹层片材与功能元件以及与第一辅助元件接合。通过在接合位置处所涉及到的共四个外片材，能够再次提高相应布置的功能元件的力吸收能力。同时，存在经由功能元件将两个夹层片材相互连接的可能。
[0013]根据该方法的另外的细化方案，第二辅助元件被设计为牺牲元件且在功能元件和第一辅助元件与至少一个夹层片材接合过程中不以一体结合方式连接到夹层片材。牺牲元件仅针对功能元件与辅助元件以及与夹层片材的接合起到改善接合条件的作用，例如，通过支撑对应的焊接位置或者通过夹层片材的片状加热，而本身不变成夹层片材的一部分或者所连接的功能元件的一部分。
[0014]根据另外的实施例，第二辅助元件与第一辅助元件相对地位于第二容器中，其中，至少当第一电流路径断开时，第二容器形成第二电流路径的部件，并且当第二电流路径闭合时，在功能元件和第一辅助元件与夹层片材实际接合之前，预热电流在第二电流路径中经由容器经过辅助元件流到第二电极。通过使用用于定位第二辅助元件的第二容器，显著利于辅助元件的定位及辅助元件的接触连接以构成第二电流路径的部件的进一步的简化。经由流经第二电流路径的预热电流，能够经由第二辅助元件以受控方式加热夹层片材的待接合区域，例如，还是经由第二容器，能够以如下方式将力施加在第二辅助元件上:第二辅助元件将夹层片材的外片材挤压在一起且挤出位于外片材之间的塑料层。
[0015]关于这方面，还有益的是，根据该方法的进一步的细化方案，将第一容器和第二容器分配给接合装置，所述接合装置将两个容器同时定位在接合操作之前的接合位置，其中，在接合操作期间力经由接合装置也施加到夹层片材上，从而挤出外层之间的在功能元件的待接合区域中的塑料层。例如，第一容器和第二容器可以是焊接夹钳的一部分，所述焊接