用于在使用接合元件的情况下接合至少两个至少在接合区中重叠布置的接合部件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在使用接合元件(6)的情况下接合至少两个至少在接合区(22)中重叠布置的接合部件(1、2)的方法，所述接合元件在接合方向(F)上被输送给接合区并且至少在柄部(13)中构造成在沿与接合方向(F)相反的方向观察时没有沉割部，其中，借助于接合元件(6)至少冲穿在接合方向(F)上首先与接合元件(6)相互作用的第一接合部件(1)，并且将接合元件(6)以不冲穿第二接合部件(2)的方式压入第二接合部件(2)中，其中，接合元件(6)的柄部(13)被设置成以在被压入第二接合部件(2)中之后无沉割部和至少在沿与接合方向(F)相反的方向观察时没有形锁合以及加载径向力的方式接触第一接合部件(1)和第二接合部件(2)。
【专利说明】
用于在使用接合元件的情况下接合至少两个至少在接合区中重叠布置的接合部件的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于在使用接合元件的情况下接合至少两个至少在接合区中重叠布置的接合部件的方法。
【背景技术】
[0002]从文献DE103 29 477 Al中已知一种用于连接重叠布置的接合部件的接合方法，该接合方法使用在柄部区域中无沉割部的接合元件。在这一已公开的接合方法中，在接合方法期间驱使第一接合部件的材料穿过在接合过程中产生的第二接合部件的冲裁凹口，由此会产生不期望的冲裁余料。在驱使第一接合部件的材料穿过所产生的第二接合部件的冲裁开口之后，使第一接合部件的材料相对于第二接合部件压紧，从而在第一和第二接合部件之间产生形锁合。在该方法中不利的是，产生不期望的冲裁余料，其必须可靠地从接合部位处移除。此外，在驱使第一材料穿过在第二接合部件中刚刚才产生的冲裁开口时，产生无覆层的棱边区域，由此可能导致不期望的腐蚀。
[0003]从文献DE 10 2011 009 649 Al中公开了整体作为概念全冲裁铆接已知的方法。在这种类型的方法中，所使用的接合元件至少在柄部区域中具有在周向上环绕的沉割部或者沟纹和凹入部，其用于通过借助于凹模实现的材料压入使全冲裁铆钉形锁合地配合在两个接合部件的材料中。
[0004]在所述全冲裁铆接方法中不利的是，产生两个待接合的部件的至少一个、如有可能甚至两个冲裁余料。特别是当接合部件由不同材料制成时，所产生的两个冲裁余料尤其不利，因为在借助于全冲裁铆钉接合之后，为了回收的目的必须以根据其材料特定的方式再次使该冲裁余料分离。
[0005]从文献DE 10 2008 005 289中已知一种用于车身构件、特别是用于车顶的车顶元件在机动车的车身上的固定组件。该固定组件使用全冲裁铆接方法作为固定或接合方案，在其中，在将全冲裁铆钉引入待接合的构件中时产生两个冲裁余料。在该方法中不利的是，冲裁余料的产生引起更高的清理成本。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是避免现有技术的缺点。此外，本发明的目的是给出一种在使用接合元件的情况下的接合方法，在其中，使在接合部位的区域中的易受腐蚀性最小化。
[0007]本发明的另一目的是，给出一种接合方法，在其中，不产生必须被清理的自由的冲裁余料。
[0008]本发明的另一目的是，给出一种利用简单成型的接合元件的接合方法，该接合元件提供足够的拔出强度或拔出力。
[0009]本发明的另一目的是，给出一种冲裁铆接接合方法，其也可使用在狭窄地设计的接合区中、特别是在12_或凸缘长度更小的车身凸缘的区域中。
[0010]这些目的通过具有权利要求1所述的特征的接合方法实现。在从属权利要求中给出有利的实施方式。
[0011 ]在用于在使用接合元件的情况下接合至少两个至少在接合区中重叠布置的接合部件的方法中，接合元件在接合方向F上被输送给接合区并且至少在柄部区域中构造成在沿与接合方向F相反的方向观察时没有沉割部/侧凹部/底切部，根据本发明通过以下方式改进所述方法，即，借助于接合元件至少冲穿在接合方向F上首先与接合元件相互作用的第一接合部件，并且将接合元件以不冲穿第二接合部件的方式压入第二接合部件中，其中，接合元件的柄部区域被设置成以在被压入第二接合部件中之后无沉割部和至少在接合方向F上观察时没有形锁合以及加载径向力的方式接触第一接合部件和第二接合部件。
[0012]在这种类型的根据本发明的方法中，特别的优点是，不产生不期望的冲裁余料。特别是，在借助于接合元件冲穿第一接合部件时产生的冲裁余料被推入第二接合部件的区域中并且嵌在此处。在根据本发明的接合方法中，接合元件几乎不变形并且也不像在半空心冲裁铆接中那样展开。由此，可保持接合区特别小，这实现了也可使用直径小的凸模和凹模以及压紧装置，从而根据本发明的接合方法也可很好地应用在小的重叠区的区域中、特别是窄的车身凸缘的区域中。出人意料的是，在根据本发明的接合方法中，通过冲穿第一接合部件并且通过沿着成型方向F将接合元件引入第二接合部件中，显然将如此大的径向力作用到接合元件的柄部上，即，可实现足够高的拔出力，该拔出力例如对于借助于铆接技术连接车身部件来说非常必要。在根据本发明的方法中，有意识地不产生形锁合，而是通过压入无沉割部的接合元件分别在接合部件和接合元件之间在接触面上产生纯粹的力锁合和/或摩擦连接，其中，由此产生的、接合元件从接合部件中的拉出力达到足够高的程度。
[0013]在根据本发明的方法的改进方案中，使在冲穿第一接合部件时产生的冲裁余料嵌入在接合元件的端侧的自由端部和未被冲穿的第二接合部件之间。即，由此在冲穿第一接合部件时产生的冲裁余料保留在待接合的接合部件之间的接合连接部中。由此，不需要清除和/或清理以冲裁余料的形式的废料，冲裁余料例如来自进行根据本发明的方法的接合工位。
[0014]具有柄部区域和接合部件头部的接合元件适合用于根据本发明的方法，其中，柄部区域构造成在沿与有意的接合方向F相反的方向观察时没有沉割部并且在其柄部外表面方面在横截面中可构造成圆形的、椭圆形/卵形的、三角形的、多角形的或多边形的。例如，接合元件的柄部区域可朝向其自由端部变细。
[0015]根据本发明使用的接合元件构造成，其在接合过程中在其空间形状方面保持为不变或者几乎不变。在此，“不变”或“几乎不变”理解成，显然在推动接合元件时可能在接合元件的外侧处产生沟纹或槽纹。然而，在此接合元件的空间形状基本上不变。作为反例(其中接合元件的空间形状并非保持不变)，在此应提到半空心冲裁铆接，其中，为了形成在接合连接中的沉割部，需要并且期望半空心冲裁铆钉的限定的变形。与此相对，适合用于根据本发明的接合方法的接合元件是实心体，其在接合时保持其空间形状。
[0016]已表明，当接合元件在柄部外表面的区域中具有RaSlOym的粗糙度时，已经得到了接合部位的足够高的强度。在这种粗糙度的情况下，通过在接合时产生的、作用到接合元件的柄部外表面上的径向力，已经产生了足够高的摩擦力，其引起连接部位的足够高的拔出力或拔出强度。
[0017]适宜地，在使用凸模和凹模的情况下应用接合部件。已表明，在接合元件的柄部区域的直径小于4mm、特别是小于3.5mm时，在接合区的区域中可使用具有12mm或更小、特别是小于1mm的直径的凹模，从而这种凹模适合使用在例如在车身凸缘中的接合区的狭窄的区域中。
[0018]适宜地，接合元件由这样的材料制成，S卩，该材料比两个待接合的接合部件中较硬的一个更硬。
[0019]根据本发明的方法适合用于接合两个由相同或不同材料制成的接合部件。例如，接合部件I和接合部件2可由不同的塑料制成。同样也可行的是，两个接合部件中的一个由塑料制成，两个接合部件中的另一个由金属制成。此外，根据本发明的方法也可使用在由不同金属材料制成的接合部件中。
[0020]为了进一步改进通过根据本发明的方法建立的接合连接，推荐的是，接合元件由这样的材料制成，即，该材料具有比待接合的接合部件中较大的热膨胀系数α更高的热膨胀系数α。
[0021]此外可以适宜的是，在进行根据本发明的接合方法之前，应加热接合元件被压入的接合部件的部分区域。这种类型的加热例如可通过在压紧装置或凹模中的合适的加热装置实现。如果接合部件中的至少一个由可感应加热的金属制成，则在压入接合元件之前例如可借助于感应加热局部地加热由金属制成的接合部件。为此，为了感应加热的目的，在压紧装置和/或凹模中可设有感应线圈。
[0022]由此实现，在将接合元件压入接合部件中的时刻，接合部件具有比接合元件更高的温度，由此，在插入接合元件之后，可提高作用到接合元件的柄部外表面上的径向力。由此，产生更高的拔出强度，因为由于更高的径向力，在接合部件和接合元件之间也产生更高的摩擦力并且由此在避免形锁合的情况下以足够高的程度实现了根据本发明期望的力锁合/摩擦连接。
[0023]为了进一步提高强度，或者为了达到密封的凸缘连接的目的，适宜的是，在进行根据本发明的接合方法之前，在接合部件之间、特别是在接合凸缘的区域中建立或者至少准备粘合连接。例如，准备的粘合连接理解成，涂覆在以后的步骤中硬化的粘合剂。
【附图说明】
[0024]下面根据附图示例性地详细解释本发明。
[0025]其中:
[0026]图1示出了应通过根据本发明的方法接合的接合部件组件的横截面，
[0027]图2示意性地示出了在接合区的区域中的待接合的接合部件的凸缘区域的截面，同时具有按照根据本发明的方法插入的接合元件，以及
[0028]图3a至3c示出了为根据本发明的方法设置的接合元件的透视图、侧视图和截面图。
【具体实施方式】
[0029]在图1中示出了适合用于根据本发明的接合方法的示例性的接合部件组件。接合部件组件具有第一接合部件1、第二接合部件2以及可选地具有第三接合部件3。接合部件1、2、3例如形成第一接合凸缘4和第二接合凸缘5。在接合凸缘4和5的区域中，通过根据本发明的接合方法例如在接合方向F上插入接合元件。在此，接合方向F优选地垂直于接合凸缘4、
5。在所示出的根据图1的示例中，第二接合部件2和第三接合部件3例如由钢材料制成，其中，第二接合部件2和第三接合部件3在接合凸缘4、5的区域中借助于点焊相互连接。通过根据本发明的接合方法，应使第一接合部件I在接合凸缘4、5的区域中与已经由第二接合部件2和第三接合部件3组成的组合结构相连接。在此，第一接合部件I同样可由钢材料制成或者由其它金属材料、例如铝制成或者由塑料制成。
[0030]以下，根据图2示例性地详细解释根据本发明的方法，其中，图2示出了接合凸缘4、5，接合元件6被插入其中。接合元件6借助于凸模7沿着接合方向F被压入接合凸缘4、5中。在沿着接合方向F压入接合元件6时，接合元件6首先与第一接合部件I接触。通过凸模7的继续运动，冲穿第一接合部件I，从而产生冲裁余料8。该冲裁余料8与接合元件6的、在接合方向F上位于前部的自由端部9一起被压入第二接合部件2中，其中(重要的是)不完全冲穿第二接合部件2，而是仅仅使其部分地在接合方向F上变形。由此实现，冲裁余料8嵌入在接合元件
6、特别是其自由端部9和第二接合部件2的未被冲穿的保留的剩余部分之间。如果第三接合部件3参与了接合凸缘4、5的形成，那么通过在接合方向F上推动接合元件6可能使该接合部件在凹模11的凹口区域10中局部变形。出人意料地已表明，通过在接合方向F上推动接合元件6，形成径向力R，该径向力足够用于与接合元件6的柄部13的外表面12共同作用。由于该径向力，产生摩擦力R，该摩擦力R反作用于接合元件6的沿与接合方向F相反的方向从接合部件1、2中的拉出。这种附着摩擦力足够大，从而可实现足够高的拔出力，在该拔出力下接合部件I和2可以再次松开。以适宜的方式，围绕凸模7布置压紧装置14，其中，显然在将接合元件6插入接合凸缘4、5中之后，不仅再次移开凸模7、压紧装置14，而且也移开凹模11。在接合凸缘4、5的三层结构(例如在图2中示出)中，适宜的是，接合部件2和3在接合元件6被插入之前已经相互连接。例如，在此推荐点焊，其示意性地通过点焊熔核15表明。压紧装置14和凹模11分别具有接触面20和21，其在接合元件6被插入接合区22的区域中时与接合凸缘4、5接触。通过该接触面20、21可根据需要将热引入接合区中。为了该目的适宜的是，在接触面
20、21的区域中借助于加热装置(未示出)加热压紧装置14和凹模11。
[0031 ]由此，在进行根据本发明的接合方法之后，接合元件6无沉割部地且至少在接合方向F上观察无形锁合地利用其柄部13配合在接合部件1、2中。
[0032]在图3a至3c中示出了适合用于根据本发明的接合方法的接合元件6。这种接合元件6具有柄部13和头部23。在接合过程期间，头部23利用其外侧24与凸模7共同作用。相对于外侧24，接合元件6的头部23优选地以α>120°的角度变细并且通过圆角区域25通入柄部13中。在其自由端部9上，柄部13在端侧具有扁平的凹入部26，在接合元件6的纵向延伸L上观察，该凹入部优选地离自由端部9延伸很小的尺寸，例如小于纵向延伸L的1/5、优选地小于纵向延伸L的1/10。备选地，也可使用平的端面。
[0033]在根据图3a至3c的示例中，接合元件6设计为旋转对称的构件，其中，凹入部26构造成圆锥形。在远离接合元件6的中轴线M的径向方向上观察，凹入部26几乎延伸到柄部13的外表面12，从而形成环绕的对中棱边27。该对中棱边27减小在压入接合元件6之前在接合元件6位于接合部件I上时的倾覆，并且辅助借助于接合元件6冲穿第一接合部件I。优选地，柄部13的外表面12具有ΙΟμπι或更小的粗糙度1^。除了凹入部26，接合元件6构造成实心件(见图3c)，从而在插入接合元件6时，空间形状的变化很小，特别是除了柄部13的外表面12的最小变化(也就是说沟纹或槽纹)之外，抑制了在接合时接合元件6的大部分的空间形状变化。
[0034]适宜地，接合元件6至少在柄部13的区域中具有覆层，例如由锌、铝或镍组成的混合物。如果接合元件具有覆层，则其至少在柄部13的区域中具有RaSlO的粗糙度。
[0035]凹入部26的另一功能是至少部分地容纳产生的冲裁余料8以及在被引入第二成型件2中时引导冲裁余料8。
[0036]在3a至3c的实施例中，接合元件6的柄部13构造成圆柱形、无论如何都没有沉割部。优选地，如此选择用于接合元件6的材料，使得为接合元件6使用较硬的材料，该材料比两个待接合的接合部件1、2中较硬的一个更硬。适宜地，接合元件6的热膨胀系数α大于待接合的部件1、2中的较大的热膨胀系数α。
[0037]在本发明的思想中的“没有沉割部”也理解为柄部13的这样的空间形状，即，该空间形状以没有沉割部的方式朝向自由端部9变细。由此，柄部13例如可构造成平截圆锥形，其中，外表面12的包络线28以几度、尤其地小于3°至5°的角度β与中心线M(在图3c中以点划线示出)成锐角地相交。在选择角度M寸，首先在外表面12和接合部件1、2之间的摩擦系数是非常重要的并且以专业技术的方式如此小地选择，使得在借助于根据本发明的方法建立接合连接时还可实现足够高的拔出力。
[0038]对于在用于机动车的车身制造中通常的凸缘连接来说，接合元件6的柄部13的直径小于4mm、特别是小于3.5mm是非常有利的。在柄部13朝向自由端部9变细的情况中，柄部13的最大直径定义成直径DS，其直接位于通往圆角区域25的过渡部处。
[0039]接合元件的头部23的直径DK优选地为柄部13的直径DS的1.5至2倍。
[0040]接合元件6特别是由高强度的调质钢制成或者由具有至少520HV、优选地540HV至650HV的硬度的材料制成。如有可能，为了形成对中棱边27，柄部13在其自由端部9的区域中构造成更剧烈地变细，例如设有倒角(Phase)或者过渡圆角。
[0041]上述对于接合元件6的硬度的说明优选地可用于接合高强度车身板件。如果通过根据本发明的方法例如使由较软的材料、例如由塑料或铝制成的第一接合部件I和第二接合部件2相连接，则显然可使用具有较低硬度的接合元件6。特别是为了接合非钢材料，适宜的是，也可使用例如由所谓的不锈钢制成的未涂覆的接合元件6。
[0042]为了提高参与建立力锁合/摩擦连接的柄部23外侧24的粗糙度，可设置有沟纹式的凹入部29和/或肋部式的突出部30。沟纹式的凹入部29和/或肋部式的突出部30在此平行于接合元件6的纵向延伸、也就是说平行于其中轴线M伸延，这等同于接合方向F的平行方向。
[0043]通过根据本发明的方法，以有利的方式实现，可简单地建立最优的接合连接，并且特别是防止了湿气进入接合部位中。其原因在于，没有冲穿至少一个外部的接合部件，从而该接合部件、例如根据图2的接合部件2没有断开并且由此保持了湿度密封。此外，可成本适宜地进行根据本发明的方法，因为一方面不需要在接合区22的区域中预先冲出接合部件I。另一方面，在借助于接合元件6冲穿接合部件I时产生的冲裁余料8—起被嵌入接合部件2中，从而不需要清理该冲裁余料8并且也不需要将该冲裁余料8与其它冲裁余料8在材料方面分离。
[0044]此外特别的优点是，根据本发明的方法允许使用特别小的接合元件6，例如具有仅仅最大4mm的柄部直径，由此，可保持接合辅助工具(凹模11和压紧装置14)的外直径很小。由此实现了，根据本发明的接合方法也可很好地使用在具有小于15mm、特别是12mm或者更小的凸缘长度的非常短的接合凸缘4、5中。
[0045]根据本发明的方法特别适合用于连接板式的、待冲穿的接合部件I，该接合部件可具有特别是0.5mm至1.5mm、特别是0.8mm至1.2mm的接合部件厚度。此外，适合使用在1.5mm至6mm的厚度中的板式的接合部件2，冲裁余料8被嵌入该接合部件中。在此，待接合的接合部件1、2的厚度可以相同或者不同。优选地，两个接合部件中的较厚的一个(在该实施例中接合部件2)用于容纳冲裁余料8并且未被冲穿。
[0046]附图标记列表:
[0047]I 第一接合部件
[0048]2 第二接合部件
[0049]3 第三接合部件
[0050]4 第一接合凸缘[0051 ] 5 第二接合凸缘
[0052]6 接合元件
[0053]7 凸模
[0054]8 冲裁余料
[0055]9 自由端部
[0056]10凹口区域
[0057]11 凹模
[0058]12 外表面
[0059]13 柄部
[0060]14压紧装置[0061 ] 15点焊熔核
[0062]20接触面
[0063]21接触面
[0064]22接合区
[0065]23 头部
[0066]24 外侧
[0067]25圆角区域
[0068]26 凹入部
[0069]27 对中棱边
[0070]28包络线
[0071]29沟纹式的凹入部
[0072]30肋部式的突出部
[0073]R 径向力
[0074]Ra 粗糙度
[0075]L 纵向延伸
[0076]M中轴线
[0077]F接合方向
[0078]DS柄部的直径
[0079]DK头部的直径
[0080]α角度/热膨胀系数
[0081]β角度
【主权项】
1.一种用于在使用接合元件(6)的情况下接合至少两个至少在接合区(22)中重叠布置的接合部件(1、2)的方法，所述接合元件在接合方向(F)上被输送给接合区并且至少在柄部(13)中构造成在沿与接合方向(F)相反的方向观察时没有沉割部， 其特征在于， 借助于所述接合元件(6)至少冲穿在接合方向(F)上首先与接合元件(6)相互作用的第一接合部件(I)，并且将接合元件(6)以不冲穿第二接合部件(2)的方式压入第二接合部件(2)中，其中，接合元件(6)的柄部(13)被设置成以在被压入第二接合部件(2)中之后无沉割部和至少在沿与接合方向(F)相反的方向观察时没有形锁合以及加载径向力的方式接触第一接合部件(I)和第二接合部件(2)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使在冲穿所述第一接合部件(I)时产生的冲裁余料(8)嵌入在接合元件(6)的端侧的自由端部(9)和未被冲穿的第二接合部件(2)之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用具有柄部(13)和头部(23)的接合元件(6)，其中，所述柄部(13)构造成在沿与接合方向(F)相反的方向观察时没有沉割部并且在其外表面(12)方面在横截面中构造成圆形的、椭圆形的、三角形的、四角形的、多角形的或多边形的。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件(6)的柄部(13)构造成朝向其自由端部(9)变细。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件(6)的空间形状保持为经过接合过程不变或者几乎不变。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件(6)在外表面(12)的区域中具有RaS I Ομπι的粗糙度。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用凸模(7)和凹模(11)的情况下以使所述接合部件(1、2)相接合的方式应用所述接合元件(6)。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在接合区(22)的区域中贴靠在第二接合部件(2)处的凹模(11)的外直径小于12mm、特别是小于10mm，和/或所述接合元件(6)的柄部(13)的直径小于4_、特别是小于3.5_。9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件(6)由这样的材料制成，即，所述材料比两个待接合的接合部件(1、2)中较硬的一个更硬。10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一接合部件(I)和所述第二接合部件(2)由不同的材料制成，例如分别由塑料I和塑料2和/或分别由塑料和金属和/或分别由金属I和金属2制成。11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，与所述凹模(11)相对地使用压紧装置(14)。12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件(6)具有比待接合的接合部件(1、2)中较大的热膨胀系数(α)更大的热膨胀系数(α)。13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少在所述接合区(22)的区域中优选局部地加热待接合的接合部件(1、2)中的至少一个，从而使所述接合部件(1、2)至少在接合区(22)的区域中具有比所述接合元件(6)更高的温度。14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了感应加热所述接合区(22)的目的，在压紧装置(14)和/或凹模(11)中设有感应线圈。15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在接合之前，所述接合元件(6)相对于参与的接合部件(1、2)中的至少一个具有较低的温度，例如，比所述至少一个接合部件(1、2)低至少30K。16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在进行所述接合方法之前，在接合部件(1、2)之间建立或者准备粘合连接。
【文档编号】B21J15/02GK105899308SQ201480073026
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月27日
【发明人】N·霍恩博斯特尔, F·巴尔克豪森, H·黑尔迈耶
【申请人】奥迪股份公司