功能元件的制作方法

本发明涉及一种装置，其用于在安装头处将粘接剂施加到功能元件，该功能元件粘接地接合到部件特别是塑料部件；并且涉及一种将功能元件附接到部件特别是塑料部件的方法。

背景技术：

由金属构成的功能元件(其具有形成附接表面的较大直径凸缘并且具有布置在该附接表面内且远离该凸缘延伸的定心部)十分普遍且众所周知与金属部件一起使用。一个示例可见于本申请人的欧洲专利说明书ep1116891，其描述了所谓的rnd螺母。也就是说，所述功能元件在该欧洲专利中形成为螺母元件。所述定心部在该欧洲专利中形成为铆钉部，该铆钉部在附接期间或之后变形以形成铆钉凸缘。

作为向轻量但高强度的模制部件的努力的一部分，主要为复合材料(例如玻璃纤维增强型或碳纤维增强型塑料)形式的塑料部件目前常代替钣金件使用，然而也可考虑其它增强材料，通常是具有高强度增强纤维的那些材料或这类纤维制成的织物。这种塑料制的部件通常还必须设置有紧固元件，对此已知有限的可能选择。在此方面，已知例如压入式元件，其通常在材料的提升温度下被压入塑料材料的匹配孔道中。该塑料材料围绕该插入件流动且进入设置于其的底切部中，并且在冷却状态将该插入件锚定。该插入件可以例如设置有内螺纹。这种插入件公认是合理的，但是大多数只能被有限地加载，因为否则它们可能被拉入所述塑料部件中或被从所述塑料部件拉出。这种插入件与相对薄的塑料部件一起使用时是特别有问题的。这种纤维增强塑料部件或以织物增强的塑料部件通常称为有机塑料片。

由ep2439055a可知，该专利提供一种类似于rnd元件的功能元件，其具有粘接环，以将其粘接地接合到部件，例如塑料部件，特别是纤维增强塑料部件或以织物增强的塑料部件。根据ep2439055a的螺母元件公认形成为一种定心元件，但是该专利中示出的定心部也可以形成为铆钉部，该功能元件于是不仅粘接地接合到所述部件，而且还附加地可通过在所述部件处的铆接部上卷边(beading)来固定。

本发明处理粘接剂在功能元件上的施加，并且在此要求保护的装置或方法原则上可以与各种类型的紧固元件一起使用。

功能元件当然也可具有不同的形式。例如，螺栓元件可具有圆柱形轴部而不是螺纹，并且所述圆柱形轴部可以用于支撑杠杆、线缆滑轮或其它部件。也可以考虑类似于螺母元件的中空元件，其中提供用于支撑轴的平滑孔道，来代替螺纹圆柱体。此外，还已知一些功能元件，其可以形成为用于接收插入的销或夹。根据本发明的功能元件也可以形成为用于执行对应的功能。

在功能元件处设置粘接剂可能存在问题。即使粘接剂以受保护方式容纳在功能元件处或以干燥形式存在，例如在粘接剂和硬化剂的混合小胶囊中(其仅在压力下爆裂并形成活化真空)或以另一种方式硬化的塑料，总是存在在功能元件处理期间或在从一个工作地点到另一工作地点的运输期间粘接剂受损或甚至丢失的风险。当所述塑料以双面粘接带的环的形式存在时，也存在这种风险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种非常大程度地防止上述粘接剂受损或丢失问题的装置和方法。

为了满足这些目的，根据本发明，提供一种利用安装头将例如金属的功能元件附接到部件(特别是一种包括纤维增强塑料的部件)的装置，其中所述功能元件具有设置粘接剂的接触表面，而特殊特征在于，所述装置被配置成在将所述功能元件附接到所述部件之前在所述安装头内将粘接剂施加到所述功能元件。

当在本申请中提及例如金属的功能元件时，意在表示功能元件通常仅由金属组成。然而，不排除使用纤维增强塑料的功能元件，也可以设想为这种功能元件配备金属芯，例如以螺纹插入件的方式。

由于粘接剂仅在安装头内或紧接在进入安装头之前被施加到功能元件，所以在到达安装头之前粘接剂受损或丢失或以其它方式被削弱(例如老化)的风险不再存在。

该装置在此方面可以被改进使得其具有注射系统，以在安装头内将呈环形状的或滴状形式的粘接剂施加到所述接触表面。由此，粘接剂可被限制于所述接触表面的期望区域。

功能元件借由安装头而附接到塑料部件中，可以使用多个不同装置进行。可以设想在压力机中使用安装头。安装头(其上布置有所述部件)可以面朝上地布置在压力机的下部工具中或在压力机的中间板中，并且功能元件可以借助于安装头而从下面被压到所述塑料部件上，并且实际上朝向保持在压力机的中间板中的或在压力机的上部工具中的模具。在这方面，部件可以以本身已知的方式被预先打孔，或者功能元件可以以自冲孔方式被引入所述部件中。

这种具有安装头面朝上(其同时意味着功能元件的接触表面面朝上)的布置是优选的，因为在安装头内粘接剂以基本上无损耗的方式传输到功能元件上。

然而，也可以设想，将安装头面朝下地布置在压力机的中间板中或压力机的工具中，然后压力机的中间板中或在压力机的下部工具中设置从下侧支撑所述部件的模具。

然后，对于压力机的每次行程，一个功能元件或多个功能元件可被同时附接到塑料部件。然后压力机可被设定成使得其一方面仅关闭将功能元件以根据本发明的方式附接到塑料部件以及在粘接剂上施加足够的压力以确保粘接剂功能所需的量。

另一种可能性包括：借助于机器人将功能元件插入或附接到塑料部件。机器人在这里可以例如承载类似于将元件压在塑料部件之一侧上的安装头的装置，而同时塑料部件从上方或从下方保持在同样由机器人承载的支撑件或模具上。

此外，可以进一步使用固定装置来保持模具，并且只有安装头能够由机器人致动。也可以设想相反的顺序，即，机器人将模具压到塑料部件的一侧上，而塑料部件的另一侧例如由支撑所述功能元件的保持器保持。

此外，可以使用力操作式夹钳，其将塑料部件和安装头朝向彼此挤压，或者，从塑料部件的一侧保持模具，并且从另一侧将安装头压到塑料部件上以及模具上。

不管使用哪种装置来致动安装头，注射系统优选地布置在设置粘接剂的相应功能元件的接触表面上方，以将粘接剂向下分送到该接触表面上。由此，粘接剂污染安装头的风险最小化。

根据本发明的装置优选地构造成使得注射系统包括：传导粘接剂的管线、从管线接收粘接剂并且具有分配器通路的分配器、、以及从分配器通路分配粘接剂的多个注射孔道或喷嘴。这种布置可以以非常紧凑的方式得以构建。

注射系统优选布置在供功能元件进入安装头的供给通路的开口的区域中。这具有特别的优点，即，如果由过多的粘接剂产生污染，则其非常大程度地被限制在供给通路的接口件(mouthpiece)的区域。

特别有利的是，喷射系统可以附连到通向安装头的供给通路的功能元件的接口件上。

以这种方式，粘接剂的可能污染被限制到相对容易清洁的接口件的区域。供给通路的接口件特别是借由可移动式闩锁鼻而可释放地连接到安装头。然后可以以简单的方式将具有接口件的供给通路从安装头分离，以用于清洁目的。

进一步地，根据本发明的装置被构造成使得：在将粘接剂施加到功能元件之后，该功能元件被立即推入安装头的模具通道中或者仅被带入模具通道前的等待位置中。

本发明的另一优选变型包括冲洗系统，其集成在安装头中以根据需要将粘接剂残留物从安装头冲洗掉。因此，如果粘接剂污染存在问题，则冲洗系统可用于借助至少在非硬化状态下溶解粘接剂的冲洗剂来溶解和去除污染。

特别有利的是，冲洗系统将冲洗剂供应入喷射系统中，例如供应入其分配器通路中。由此，注射系统可用于双重目的，即用于施加粘接剂和用于分配溶解粘接剂的冲洗剂，并且冲洗剂被施加在最可能发生污染处。

用于满足根据本发明的目的的特别优选方法可见于权利要求11至15。

附图说明

下面将参照实施例和附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1a至图1c示出一种功能元件，其基本形状从ep2439055a中已知，并且在此示出于下方半平面图(图1a)、半剖侧视图(图1b)、以及图1b的圆圈区域的放大图(图1c)；

图2是呈螺栓元件形式的功能元件，其基本形状同样从ep2439055a中已知，并且其头部形状与图1a至图1c的螺母元件的头部形状非常相似；

图3a和图3b是根据本发明的装置的示意图，其呈安装头形式，用于将粘接剂施加到借由该安装头附接至部件的功能元件，图3a是带供给通路的安装头的透视图，图3b示出图3a的圆圈区域的放大图；

图4a和图4b是根据本发明的安装头依照图3a和图3b的剖视图；

图5a和图5b是根据本发明的安装头依照图3a和图3b的示意图，但为清楚起见，除了其接口件之外，移除了供给通路；以及

图6a和图6b是根据本发明的安装头依照图4a和图4b的示意图，但为清楚起见，移除了注射系统。

具体实施方式

图1a至图1c示出金属的功能元件10，其具有：形成附接表面12的具有较大直径d1的凸缘14，和布置在附接表面12内并且从该凸缘延伸出去的具有较小直径d2的定心部16。在此用于解释本发明的该功能元件，本身从欧洲申请ep2439055a中已知。唯一的区别在于，在本发明中，粘接剂30(而不是ep2439055a中的环形状装置)以滴状形式布置在定心部16周围。然而，根据ep2439055a的环形状装置也可以在此使用。在接触表面处或在附接表面12处的粘接剂储配(depot)可以包括分布的粘接剂滴或粘接剂的环。

因此，粘接剂30被布置在定心部16周围并且邻近凸缘14的下侧的区域(在此称为附接表面12)。如从图1b和图1c可见，粘接剂以单个的、至少基本上圆形的凸出的滴30的形式固定到功能元件10上。

此外，特别是从图1b和图1c可以看出，粘接剂滴30的环在包括功能元件的纵向轴线的纵向平面中的截面中是近似矩形的，并且具有略微凸起拱形的下侧。

在图1b中可以容易地看到，圆柱形凸起18(其经由图1b中凸缘14的上侧中的半径而合并)位于凸缘14上方。由此形成的环形表面20形成加压表面，其用于在将功能元件10紧固到塑料部件上时施加所需的加压力。在这里形成为螺母元件的功能元件10的螺纹22通过设置该环形表面20被保护免于在加压力下变形。同时，突出的凸缘部14的轴向高度可被减低至所需尺寸，并且功能元件的重量同样由此可被减轻。

可以看出，功能元件的外周表面24具有在冷镦工艺中制造功能元件时自动产生的倒圆形状。这种倒圆形状是有利的，因为：一方面它节省重量，并且另一方面还形成从凸缘的外周表面的轴向平行区域26到凸缘的下侧的平缓过渡。该倒圆过渡28避免在塑料部件或金属部件的表面处的不期望的切痕。

在该实施例中，在凸缘14中设置了接收多余粘接剂的凹部38。凹部可以替代地或附加地形成在定心部中(未示出)。

如所示，凹部38优选是环形凹部，其形成在附接表面的径向之外作为凸缘14中的轴向凹槽。代替这种情况，环形凹部也可以布置为定心部16中的径向凹槽、或在附接表面径向之内或者中断该附接表面。

进一步地，存在下述可能性：代替设置环形凹部38(或作为其补充，未示出)，设置多个凹部，其布置在附接表面内部并围绕功能元件的纵向轴线，例如呈径向延伸凹槽形式的凹部。

在图1a至图1c中，定心部是圆形的并且在横截面中是环形状的。然而，如果需要，它也可以具有多边形的或者带有槽或肋的形状。

特别是从图1b可以看出，附接表面12径向地设置在环状接触表面40内，并且相对于后者在定心部16的轴向方向上向后缩回一个量h，该量h例如大约为0.1mm。因此，接触表面40形成外环表面，并且附接表面12形成内环表面，而接收过量粘接剂的环形凹部38设置在接触表面40与附接表面12之间。

功能元件10在图1a至图1c中形成为螺母元件；但它也可以等同地形成为如图2中所示的螺栓元件。

应当理解，图1a至图1c的前述描述在转移的意义上也应用于根据图2的螺栓元件，在图2中使用相同的附图标记并且具有相同的含义。图2的螺栓元件大部分对应于根据文件标号102004062391的德国专利申请的螺栓元件；仅头部形状在此选择成类似于根据图1a至图1c的螺母元件的头部形状。

图3a和图3b示出根据本发明的用于将例如金属的功能元件10附接到部件42的装置41，该部件42在此仅由图3a中的虚线示意性地示出。部件42可以是呈板或三维模制件形式的金属部件或者纤维增强型或织物增强型塑料部件。该部件可以如44所示被预先打孔，或者功能元件可以以自冲孔方式被引入该部件中，可选地在使用引导式冲孔模具(leadingpunchingdie)(未示出)的情况下。该纤维增强型或织物增强型塑料部件可以是多种不同的复合材料，不管是否具有热塑性或热固性基体材料，并且具有各种类型的增强纤维，比如玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维等。

该装置41主要包括本身已知的安装头(例如从ep-c-755749中特别是从其图25至图38d已知的安装头)，但根据本发明被改造为接受注射系统。由于安装头本身是已知的，因此这里仅做必要程度的描述，以解释根据本发明的实施例如何工作。

应当理解，本发明不限于特定类型的安装头或与其一起使用的功能元件，而是能够顾及本行业内本身已知的所有安装头和功能元件。唯一重要的是，功能元件10具有可设置有粘接剂的接触表面12，并且优选的是，一种具有引导通路46或引导轨的引导装置被设置来将功能元件引入安装头中处于正确位置。功能元件可由存储和传送单元(比如从ep-c-864396已知)连续地或从储存盒(比如从ep-b-633825，图4已知)成批地放置到安装头中，或者甚至由手动单个地引入引导通路。

功能元件10可沿引导通路彼此接触地在引导通路46中被推动，或者可以通过空气鼓风而在引导通路中被单个传送到安装头41中(比如ep-b-633825的图7中所示)。

在图3a至图4b的具体示例中，功能元件(在此根据图1a至图1c)首先沿箭头x的方向被向左推动成在图3a的引导通路46内成链式地彼此接触而无粘接剂30。引导通路46(其可由金属轨道或塑料轨道形成)具有矩形外横截面和中空通路47，该中空通路47具有依据功能元件10的侧视图的横截面。

在此示例中，引导通路46可以被认为如同它是例如来自根据ep-c-864396的分类和传送单元一样。引导通路46在其朝向安装头41的端部处设置有中空接口件48，该中空接口件48永久地附接到引导通路46并且被可释放地闩锁在安装头41的对应成型的安装件50中，如从图4a和图4b分别可见。

接口件48的下侧特别地具有孔道52，而圆柱形闩锁鼻54闩锁到该孔道中，该闩锁鼻54由弹簧力向上预加载并因此防止接口件48即引导通路46从安装头分离。闩锁鼻54在环形肩部55上合并到具有较大直径的螺栓56，所述环形肩部向接口件48的下侧加压并因此确定闩锁鼻54与接口件48相接合的位置。铰接式手动杠杆58可由操作者致动以向下拉动闩锁鼻54，由此，带接口件48的引导通路46可按需被从安装头中拉出。可以看出，接口件48的下侧的前部区域在60处被倒角。由此，接口件48可被容易地推入安装件50中，并且倒角60利用闩锁鼻向下加压螺栓56。一旦接口件已被完全推入安装件50中，弹簧预加载的螺栓56就随着闩锁鼻54向上跳到图4a和图4b中所示的闩锁位置。

从图4a和图4b可以看出，功能元件10'被布置在接口件48的左侧的等待位置，而另外一功能元件10”进一步向左位于模具62的最上端的模具通道61中。

安装头41通常具有紧固部分64，该紧固部分64借由螺钉65而被紧固在压力机的工具中或机器人的手上。模具62经由螺栓66而固定地连接到安装头41的紧固部分64，即安装头相对于该下部分不移动。安装头41还包括上部分68，该上部分68承载接口件并且在此示例中由弹簧力向上预加载。预加载弹簧未示出，但在此示例中位于用于螺栓56的引导筒70内，并且一方面支撑在安装头的紧固部分64所附接到的压力机的工具处，另一方面支撑在布置于螺栓56的下端处的活塞状抵接部72处。活塞状抵接部72可以在引导筒70内有限程度地滑动以释放闩锁鼻54，并且如所述地向引导筒70的端部凸缘加压。安装头的上部分68被从紧固部分向前推动至使得：功能元件10'能够被水平地向左推动到模具62的上端之前的模具通道61中，如图4a和图4b所示。安装头的上部分68一方面通过在模具通道中被引导的模具62另一方面通过引导筒70从而与紧固部分以可滑动方式设置，而所述引导筒70以与安装头的上部分68可滑动方式布置在紧固部分64的引导孔道74中。

当压力机闭合时或当机器人将安装头41压向部件42时，安装头的上部分68沿安装头的紧固部分64的方向向上脱离。此移动对位于引导筒70中的弹簧加载，并且在模具的上端处的功能元件10”被附接到部件42处的设置位置。

附图标记80表示注射系统，其被构造成把根据图1a的粘接剂储配30附接到功能元件10的接触表面12。在此示例中，注射系统80借由四个螺栓82而紧固到接口件48的前端的上侧，并且用于在功能元件10附接到部件42之前在安装头41内将粘接剂施加到分别布置在注射系统正下方的功能元件10。

为此目的，注射系统被配置成在安装头内将呈环形状的或滴状形式的粘接剂30施加到接触表面12。为此目的，注射系统包括：传导粘接剂的管线84、接收来自管线84的粘接剂并具有分配器通路86和壳体90的分配器88、以及分配来自(在此为环形状的)分配器通路86的粘接剂的多个注射孔道92或喷嘴。

在压力机的每次打开行程中，新的功能元件10”(其设置有粘接剂30)被施加于功能元件链上的压力带入安装模具62前方的输送和安装位置，另外一功能元件10'(同样已经设置有粘接剂)被带入等待位置，并且新的功能元件10被带至注射系统80下方的位置并且被从注射系统设置粘接剂30。在压力机的相邻闭合行程中，功能元件10”借由安装模具62而被附接到部件42，然后，压力机再次打开，直接在上面描述的循环则在压力机的每次打开行程中重复。

因此，注射系统80或其壳体90在此示例中借由螺栓82而被附接到引导功能元件进入安装头的供给通路46的接口件48，并且可以与接口件一起从安装头被释放。这特别有利于清洁目的，特别是当供给通路46的接口件48借由可移动式闩锁鼻54而可释放地连接到安装头10时。

一方面，该装置然后适应于在将粘接剂施加到所述功能元件之后将功能元件10立即推入安装头的模具通道中或者仅将其带至模具通道前方的等待位置，使得：粘接剂可能被外来物质污染或者以不同方式可能被损坏或丢失的时间非常短，并且安装头被污染的风险也非常小(也由于粘接剂30的面朝上位置)。

如果接口件48在前端区域(即注射系统80布置所在处)因粘接剂残留物而变脏，则可以通过释放闩锁鼻54从而将注射系统与接口件46一起快速移除并清洁。尽管在此实施例中设置了用于将粘接剂供应到注射系统中的单条管线84，但是管线的数量可被相应地选择，或者所述管线可以在使用双组分式粘接剂或多组分式粘接剂时利用同轴式管线通路实现。在使用双组分式粘接剂或多组分式粘接剂时，还可以在管线84内使用静态混合器，优选紧接在注射系统的壳体90前方或在分配器通路内。可能明智的是，在距离安装头选定距离处在管线内安装可被构造为可更换型一次性零件的静态混合器，使得粘接剂在放置到功能元件10的接触表面12上时已经达到一定的成熟程度，使得一方面能够实现对部件42的正确粘结，而另一方面已经发展为粘接剂在就要附接到部件之前已达到使得粘接可被认为是永久型粘接的足够强度。这还有助于避免在安装头41内的或对压力机的污染。

然而，注射系统不是必须被紧固到接口件46；还可以设想，将注射系统直接安装在安装头处，例如在由元件10'占取的等待位置上方，由此功能元件10'可以在设置粘接剂之后被直接引入模具通道中。

冲洗系统(这里未示出)可以集成在安装头41中，以按需将粘接剂残留物从安装头冲洗出。特别有利的是，冲洗系统将冲洗剂供应入喷射系统80，例如供应到其分配器通路86中。为此目的仅需要设置类似于粘接剂管线84的冲洗管线。如果接口件48可从安装头41释放，则冲洗系统可以利用溶解粘接剂的并且经由冲洗管线输送的冲洗剂在接口件的区域中冲洗注射系统，并且因此可以利用液体冲洗剂将粘接剂残留物从接口件和从注射系统冲洗掉进入收集容器中。

图5a和图5b以及图6a和图6b示出与图3a和图3b以及图4a和图4b相同的装置，使得图3a和图3b以及图4a和图4b的描述也适用于图5a和图5b以及图6a和图6b。在图5a和图5b中，引导通路的上侧被移除或被示出处于被剖切状态，以使布置更清楚。在图6a和图6b中，注射系统还被从接口件48松开，以更清楚地示出供功能元件10进入模具通道的入口。

所述粘接剂可以是在汽车工业中常用的商用单一组分式或双组分式粘接剂。例如，它可以是sikapower490c，其为一种用于汽车构造的双组分式粘接剂，并且也特别用于复合材料应用。然而，它也可以用于片材连接并且具有非常高的强度。作为进一步的示例，所述粘接剂可以是sikapower430，其为一种用于汽车构造的同样具有高强度的单组分式粘接剂。

对两种变体提供在升温下的硬化，但粘接剂具有用于将功能元件安装到部件的足够强度。所述升温下的硬化可在阴极浸涂后通过以无论何种方式用于硬化该阴极浸涂层的热而发生。名为sika的粘接剂可购自德国汉堡的sikaautomotivegmbh公司。

使用此类型粘接剂特别有利的是：无需采取特别措施以实现粘接剂的硬化，无需使用喷流，并且无需使用带特殊黏合剂的封装型粘接剂。

附图标记列表

10功能元件

10'在等待位置中的功能元件

10'在模具通道中的功能元件

12接触表面或附接表面

14凸缘(法兰)

16定心部

18圆柱形凸起

20环形表面

22螺纹

24周向表面

26轴向平行区域

28倒圆过渡

30粘接剂，粘接剂储配

38凹部

40接触表面

41装置或安装头

42部件

44孔

46引导通路

47中空通路

48接口件

50成型安装件

52孔道

54闩锁鼻

55环形肩部

56螺栓

58手操作杆

60接口件48的倒角

61模具通道

62模具

64安装头41的紧固部分

65螺钉

66螺栓

68安装头41的上部分

70引导筒

72活塞状抵接部

80喷射系统

82螺栓

84粘接剂管线

86分配器通路

88分配器

90喷射系统80的壳体

92喷嘴

d1较大直径

d2较小直径

h附接表面12与接触表面40的轴向偏移量

x箭头方向