连接至至少一个另一构件的构件、用于将构件连接至至少一个另一构件的方法以及组合件与流程

本发明涉及连接至至少一个另一构件的构件、用于将构件连接至至少一个另一构件的方法以及组合件。

背景技术：

借助于线性或扭振超声焊接或借助于振动焊接来连接构件是已知的。由此例如，de102014226955a1公开了借助于超声将附件连接至构件。该附件具有待焊接至构件的焊接部，该焊接部具有用于与扭振超声焊极接触的接触表面和连接至构件的对置的焊接表面。为了尽可能地限制对焊接部施加超声振动，该焊接部至少部分被外侧的振动解耦区包围并且至少部分被环形、内侧的振动解耦区所界定。

然而，在具有大质量和/或对称结构的许多构件的情况下，构件的其它部分存在由于将振动(尤其在超声振动的情况下)引入焊接部而损坏的风险。尤其是，在如果存在振动敏感部件比如像电子部件的情况下必须要避免。另外，尤其在大构件的情况下，相当大比例的振动能可被转移出焊接部，并且接下来不再被实际焊接所利用。这会导致焊接强度不足。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的所述缺点。尤其是减小或者甚至完全消除由引入的振动对构件造成损坏的风险。另外，期望具有相对大质量的构件和对称构件能以可靠方式连接。

在本发明的第一方面中，这个目的通过用于连接至至少一个另一构件的构件来实现。该构件具有至少两个焊接部，其将借助于振动焊接单独焊接至至少一个另一构件。此处以及下文中，振动焊接被理解为表示一种其中焊接借助于振动起作用的工艺。该振动焊接还可为超声焊接，比如像线性超声焊接或扭振超声焊接。替代地，该振动焊接还可为振动摩擦焊接。每个焊接部均具有用于连接至对应另一构件的对应的焊接表面。这包括每个焊接部连接至同一个另一构件以及第一焊接部连接至第一另一构件且第二焊接部连接至第二另一构件的可能性。另外，根据本发明，每个焊接部通过至少一个振动解耦区彼此空间分离。

该振动解耦区所起到的作用为，使引入其中一个焊接部的振动能仅最小可能程度地被传导至另外的焊接部并且由此不再用于实际焊接。因此根据第一方面，存在至少两个将独立焊接的部，应用范围明显扩大。由此，即使是大且沉的构件也可在多个连接点处连接至另一构件。在依次焊接的情况下，降低了在焊接第二连接的过程中损坏之前已经制得的第一连接的风险。

优选地，每个焊接部不仅通过振动解耦区彼此空间分离，而且每个焊接部通过至少一个振动解耦区与构件的所有余部空间分离。最终，不仅防止了振动能转移到其它焊接部，还防止了振动能转移至构件的所有余部。

在本发明的第二方面中，用于连接至至少一个另一构件的构件类似地具有至少一个焊接部，该焊接部将借助于振动焊接焊接至另一构件。该焊接部具有用于连接至另一构件的焊接表面。该焊接部通过至少一个振动解耦区与构件的余部空间分离。

根据第二方面，焊接部的位于垂直于焊接部表面的突起内的中心点与构件的重心相距一定(正)距离。焊接部的中心点在此例子中被理解为表示具体为焊接部的重心。这个重心不一定位于焊接部之内-例如如果焊接部以环的形式实现。

换句话说，焊接部的位于垂直于焊接表面的突起内的中心点与构件的重心重合。尽管有这种对称，振动解耦区能够有效地防止振动能转移出焊接部，从而可实现上文已经提及的优点。具体地，避免了由构件的对称引起的可能导致构件损坏的不可控的振动条件的情况。

所述距离可为关于焊接部的中心点测得的构件的半径的至少1％，优选至少2％，并且尤其至少5％。关于焊接部的中心点测得的构件的半径被理解为表示构件上的所有点距焊接部的中心点的最大距离。尽管有这种对称，振动解耦区能够有效地防止振动能转移出焊接部。

本发明的第三方面类似地涉及用于连接至至少一个另一构件的构件，其中该构件具有至少一个焊接部，该焊接部件借助于振动焊接焊接至另一构件，并且该焊接部具有用于连接至另一构件的焊接表面。在第三方面的例子中，该焊接部也通过至少一个振动解耦区与构件的余部空间分离。

在第三方面的第一变型例中，由振动解耦区所包围的构件的区域的惯性力矩(所述惯性力矩关于延伸通过焊接部的中心点并且关于焊接表面垂直的轴线来确定)为构件整体的关于所述轴线测得的惯性力矩的最多50％，优选最多40％，尤其优选最多30％。该振动焊接在此例子中优选为扭振振动焊接。

在第三方面的第二变型例中，由振动解耦区所包围的构件的区域的质量为构件整体质量的最多50％、优选最多40％，尤其优选最多30％。在这个第二变型例中，振动焊接尤其为线性振动焊接。

由此，换句话说，振动解耦区仅包围出相对小比例的惯性力矩或质量。但是，该振动解耦区所起到的作用在于过大比例的振动能不会转移出并进入构件的剩余更大并且解耦的区域中，以使大比例的振动能能够用于实际焊接，并且借助于振动解耦区解耦的质量不会或者仅轻微的受到振动的影响。

在许多实施例中，由振动解耦区所包围的区域形成了内部区域，借助于振动解耦区解耦的区域形成了外侧区域-例如如果焊接区是圆形并且振动解耦区以环的形式围绕其布置。但是，还可想到的是，在本发明的范围内，焊接区呈环形，振动解耦区类似地呈环形并且布置在焊接区内；在此情况下，在本发明的范围内，封闭区域形成了外侧区域，解耦区域形成了内侧区域。类似地，在本发明的范围内，如de102014226955a1所述，焊接部至少部分由外侧振动解耦区包围并且至少部分由环形侧部振动解耦区所界定；封闭区域接下来呈环形，并且解耦区域由内部区域和外部、环形区域所构成。

在第四方面中，本发明涉及用于连接至至少一个另一构件的构件，其中此处，该构件也具有至少一个将借助于振动焊接焊接至另一构件的焊接部，该焊接部具有用于连接至另一构件的焊接表面。

在第四方面中，焊接部按以下方式通过至少一个振动解耦区与构件的余部空间分离，该方式为当在焊接部内振动激励构件时，位于所述振动解耦区外部的构件的解耦区的基于时间平均的振动能与构件整体的基于时间平均的振动能的比值由于振动解耦区从大于50％、优选大于60％、尤其优选大于70％降低至小于30％、优选小于20％、尤其优选小于10％。

换句话说，将根据本发明的给定的构件与假设的对比构件进行比较，该假设的对比构件基本对应于根据本发明的构件但是没有振动解耦区。当对比构件在焊接部内被振动激励时，振动发生在封闭区域(其对应于位于根据本发明的构件的振动解耦区内部的区)和解耦区(其对应于位于振动解耦区外部的根据本发明的构件的区)内，所述振动分别具有时间平均的闭合和解耦振动能。具有振动解耦区的根据本发明的构件在焊接部内等振动激励的情况下也在解耦区内具有基于时间平均的振动能。根据本发明的第四方面，在对比构件的例子中，解耦区内的基于时间平均的振动能大于构件整体的基于时间平均的振动能的50％(尤其优选大于60％，并且尤其优选大于70％)。在具有振动解耦区的根据本发明的构件的例子中，归因于振动解耦区，这个比值被降低至小于30％(优选小于20％并且尤其优选小于10％)。

在这个第四方面中，振动解耦区也防止了振动能转移出封闭区域。

所述基于时间平均的振动能的比值的减小可尤其发生在按以下频率振动激励时，即频率位于10千赫至50千赫的范围内、尤其在20千赫至40千赫的范围内且尤其优选接近20千赫；这些通常为超声频率。替代地或附加地，所述减小可发生在如果振动激励按以下频率下作用时，即频率位于150赫兹至250赫兹的范围内，并且优选接近200赫兹；这些是振动焊接中的常用频率。

其它优选实施例的以下公开涉及以上所解释的本发明所有四个方面。

焊接部(尤其是每个焊接部)可具有用于与振动件接触的对应焊接表面。振动可经由这个接触表面引入构件。该振动件可为超声焊极，比如像扭振超声焊极。

至少其中一个振动解耦区可包括或由弹簧结构形成，借助于所述弹簧结构至少部分防止了引入焊接部的振动传播入第二部、尤其是构件的第二焊接部内。该振动可经由振动件(由此例如经由超声焊极)直接地或者经由另一构件间接地引入接触表面。

弹簧结构可包括几何学弹簧结构，其包括或例如由至少一个卷边形成。此几何学弹簧结构可相对简单地制备。如果存在多个卷边，它们可例如以线性方式并且彼此平行布置地实现，或者它们可以圆形或椭圆形并且同心布置地实现。替代地，清晰可见能够想到卷边的许多其它形式和布置，并且在本发明的范围内只要它们能够起到振动解耦的作用。

替代地或附加地，至少其中一个振动解耦区可由至少一个解耦开口和/或至少一个材料变薄区形成。解耦开口完全延伸穿过构件，而材料变薄区不完全延伸穿过构件。单个解耦开口和材料变薄区可例如为圆形、半圆形、卵形、椭圆形、月牙形或具有尖角或圆角的三角形或多边形，或也可为由凸形和/或凹形的弯曲形状构成的任意其它形状，其没有或者与直线形部段相结合。如果存在多个解耦开口和/或材料变薄区，它们可例如彼此平行或彼此同心布置。

类似地能够想到的是，在本发明的范围内，至少其中一个振动解耦区将由不同于至少一部分构件的余部的材料制成。例如，其中至少其中一个振动解耦区是由弹性模量小于至少一部分构件的余部的材料的弹性模量的材料构成。由此实现了防止或者至少部分减少了振动能转移出焊接部。其振动解耦区将由不同于至少一部分构件的余部的材料制成的构件可通过例如以下方式制备而成，即多组分注塑成型、尤其是双组分注塑成型，或者多组分挤出、尤其是双组分挤出。

如例如在de102014226955a1中所公开，至少一个焊接部可至少部分包围内部振动解耦区。该内部振动解耦区可至少部分包围具有通孔的内部构件部分。另外，至少一个焊接部可被外部振动解耦区至少部分地包围。至少其中一个焊接部的焊接表面可由至少一个延伸自焊接部的脊形成。参照这些细节可参见上文所述的专利申请de102014226955a1，其中涉及本文的公开内容在此被援纳入本申请。

焊接部(尤其是每个焊接部)可在构件的第一侧上具有用于连接至第一另一构件的第一焊接表面并且在构件的第二侧上具有用于连接至第二另一构件的第二焊接表面。通过此方式，包括振动解耦区的构件可被焊接在两个另一构件之间，而不需这两个另一构件本身具有振动解耦区。

该构件和/或另一构件可例如由塑料或金属构成。

焊接表面可具有在20毫米至40毫米范围内的直径。

构件的重心可位于焊接表面的外部，或者甚至位于包括焊接表面的焊接部的外部。即使那样，振动解耦区防止了振动能过量转移出焊接部并且防止了不可控的振动条件。

构件优选为机动车用构件，尤其是机动车的内饰件或外饰件。其可为保险杠、侧仪表板、导流器、装饰部件、封堵插头、饰物、车门槛、制动冷却装置、前照灯清洁单元或用于紧固功能部件例如传感器尤其是距离传感器的紧固件。还可想到的是，该构件是用于紧固无源部件尤其是装饰部件、封堵插头或饰物的紧固件。

另外，本发明还包括用于将如上文所述的构件连接至至少一个另一构件的方法，其中构件的焊接部，尤其是构件的每个焊接部和/或另一构件的焊接区具有用于连接至振动件的接触表面。如上文已经解释的那样，该振动件可为超声焊极，比如像扭振超声焊极。接触表面可由此仅存在于具有振动解耦区的根据本发明的构件之上，或者仅存在于无需具有振动解耦区的另一构件之上，或者既位于构件之上又位于另一构件之上。

该方法包括以下步骤：

a)使构件的焊接表面与另一构件的焊接区接触，

b)借助于振动件、尤其是超声焊极、尤其是扭振超声焊极对接触表面施加力，以使焊接表面和焊接区彼此压靠，和

c)借助于振动件引入振动、尤其是超声振动，以使焊接表面焊接至焊接区。

上文已经描述的优点在执行此方法中因而产生。

该构件可为根据本发明的第二方面的构件。在此情况下，尤其有利的是，在步骤c)中，关于扭转轴线引入扭振、尤其是扭振超声，该扭转轴线延伸穿过焊接部的中心点或距中心点的距离不大于20毫米、优选不大于10毫米、尤其优选不大于5毫米。

替代地，在根据本发明的第二方面的构件的例子中，在步骤c)中也引入了线性振动，尤其是线性超声振动，其中接触表面上的焊接部的中心点的垂直突起位于振动件的焊接表面的中心点处或者距该中心点不大于20毫米、优选不大于10毫米、尤其优选不大于5毫米。该线性振动和扭转振动尤其在平行于焊接表面的平面内作用。

该振动件可具有例如与扭振振动件的扭转轴线重合的对称轴线。该对称轴线可延伸穿过焊接部的中心点或距离该中心点不大于20毫米、优选不大于10毫米、尤其优选不大于5毫米。

振动件按以下频率引入振动，在该频率下位于振动解耦区外部的构件的解耦区的基于时间平均的振动能因为振动解耦区而从大于50％、优选大于60％、尤其优选大于70％减小至小于30％、优选小于20％、尤其优选小于10％。由此同样获得已经在上文阐述的优点。

本发明也包括另一种单独的用于将构件连接至至少一个另一构件的方法，在此方法的例子中，构件具有焊接部，所述焊接部将借助于振动焊接被焊接至另一构件。焊接部具有用于连接至另一构件的焊接表面，和构件的焊接部、尤其是构件的每个焊接部和/或另一构件的焊接区具有接触表面，其用于接触振动件，该振动件可例如为超声焊极，比如像扭振超声焊极，

根据本发明的第二个单独的方法包括以下步骤：

a)使构件的焊接表面与另一构件的焊接区接触，

b)借助于振动件对接触表面施加力，以使焊接表面和焊接区彼此压靠，和

c)借助于振动件引入振动，尤其是超声振动，以使焊接表面焊接至焊接区。

在根据本发明的这个第二方法中，构件的振动解耦区在至少一个方向上被布置为与接触表面有一定距离，该距离小于焊接表面的区域内的振动件的波长的八分之一。在根据本发明的这个第二方法中，也归因于振动解耦区，更少的振动能被转移出了焊接部。其中所述方向例如关于接触表面和/或焊接表面垂直延伸。优选地，振动件的波长位于从20毫米至35毫米的范围内。

另一构件(其无需具有振动解耦区)或具有振动解耦区的根据本发明的构件可是机动车用构件、尤其是机动车的内饰件或外饰件，例如保险杠、侧仪表板、导流器、装饰部件、封堵插头、饰物、车门槛、制动冷却装置或前照灯清洁单元。具有振动解耦区的根据本发明的构件或者是无需具有振动解耦区的另一构件可为用于紧固功能部件例如传感器尤其是距离传感器的紧固件。根据本发明的方法因此尤其可用于例如仅通过支承件或仅通过保险杠或通过具有振动解耦区的支承件和保险杠两者将用于距离传感器的支承件焊接至保险杠。但是，具有振动解耦区的根据本发明的构件或无需具有振动解耦区的另一构件还可为用于紧固无源部件尤其是装饰部件、封堵插头或饰物的紧固件。

在最后一个方面中，本发明还涉及一种组合件，其包括根据本发明的构件和另一构件。构件的焊接表面焊接至另一构件的焊接区，尤其借助于超声焊接，优选扭振超声焊接。具体地，组合件可通过根据本发明的方法制备而成。例如另一构件或构件可是机动车用构件，尤其是机动车的内饰件或外饰件，例如保险杠、侧仪表板、导流器、装饰部件、封堵插头、饰物、车门槛、制动冷却装置、前照灯清洁单元，和/或构件或另一构件可是用于紧固功能部件的紧固件，例如传感器尤其是距离传感器或如上文所述的无源结构件。借助于扭振超声焊接而连接的组合件可因为焊接区内尤其光滑的表面结构而被识别出，并且可与借助于线性超声焊接连接的组合件进行区分。

附图说明

下文基于多个实施例对本发明进行解释，附图示出

图1a：根据本发明的构件的俯视图，具有两个焊接部；

图1b：根据本发明的第一构件的侧视图；

图1c：根据本发明的第一构件的侧视图，具有焊接其上的两个另一构件；

图2a：根据本发明的第二构件的侧视图，具有卷边；

图2b：根据本发明的第二构件的俯视图；

图3a：根据本发明的第三构件的侧视截面图，该第三构件由具有不同弹性模量的两种材料制成；

图3b：根据本发明的第三构件的俯视图；

图4：根据本发明的第四构件的侧视图，其在两侧被焊接至另一构件；

图5：根据本发明的第一方法的侧视图，其中根据本发明的构件具有用于扭振超声焊极的接触表面；

图6：根据本发明的第二方法的侧视图，其中另一构件具有用于线性超声焊极的接触表面；

图7：根据本发明的第五构件的侧视图；

图8：根据本发明的组合件的侧视图；

图9：根据本发明的第六构件的侧视图；

图10：根据本发明的第七构件的侧视图；

图11：根据本发明的第八构件的侧视图；

图12：根据本发明的第九构件的侧视图。

具体实施方式

在图1a至1c中示出的为用于连接至两个另一构件30的根据本发明的第一构件10。该构件10可由塑料或金属构成。

该构件10包括两个焊接部11、11′，其将例如借助于扭振超声焊接被焊接至对应的另一构件30、30′。每个焊接部11、11′均具有用于连接至对应的另一构件30、30′的对应焊接表面13、13′。该焊接表面13、13′具有位于20毫米至40毫米的范围内的直径d。

另外，焊接部11、11′均具有用于与振动件接触的对应接触表面12、12′，可借助于该振动件引入超声振动。该振动件可例如为扭振超声焊极。

焊接部11、11′均与构件10的余部空间分离，由此通过对应的振动解耦区14、14′尤其与对应的其它焊接部11、11′分离。焊接部11、11′均具有中心点m、m′，其与焊接部11、11′的对应重心重合。振动解耦区14、14′由多个解耦开口19、19′形成，该解耦开口完全延伸穿过构件10、呈椭圆形并且围绕焊接部11的中心点m以圆形布置。代替解耦开口19地，还可能仅提供没有完全延伸穿过构件10的材料变薄区。

在垂直于焊接表面13(即在图1a的附图的平面内)的突起内，焊接部11、11′的中心点m、m′与构件10整体的质点s存在对应的距离d、d′。该距离d大于参照焊接部11的中心点m测得的构件10的半径r的5％。在此，上述半径r被理解为表示构件10上的所有点距焊接部11的中心点m的最大距离。类似地，该距离d′大于参照焊接部11的中心点m′测得的构件10的半径的5％。在本文示出的实施例中，构件10的重心s也位于两个焊接部11、11′的外侧。

构件10整体上具有参照轴线a的惯性力矩，该轴线a延伸穿过焊接部11的中心点m并且关于焊接表面13垂直。参照相同的轴线a，位于振动解耦区14内的封闭区域21也具有小于构件10整体的惯性力矩的30％的惯性力矩。类似地，参照轴线a′，位于振动解耦区14′内的封闭区域21′具有小于构件10整体的惯性力矩的30％的惯性力矩。

另外，位于振动解耦区14内的封闭区域21的质量小于构件10整体质量的30％，并且位于振动解耦区14′内的封闭区域21′的质量也小于构件10整体质量的30％。

归因于振动解耦区14，当在焊接部11内振动激励构件10时，构件10的位于振动解耦区14外侧的解耦区22的基于时间平均的振动能与构件10整体的基于时间平均的振动能的比值从大于50％降低至小于30％。类似地，当在焊接区11′内振动激励构件10时，位于振动解耦区14′外侧的构件10的解耦区22′的基于时间平均的振动能与构件10整体的基于时间平均的振动能的比值从大于50％降低至小于30％。这例如对比如为20千赫的典型超声频率的情况下是适用的。为了采用振动焊接，该频率也可例如为200赫兹。

在图2中示出的根据本发明的第二构件10仅具有一个振动解耦区23，其被实现为卷边23。该卷边23在形成了几何学弹簧结构并且至少部分防止了焊接部11内的振动传播至构件10的第二部25。

在根据图3a和3b的第三实施例中，构件10包括振动解耦区26，其由不同于构件余部的材料构成。具体说，振动解耦区26的弹性模量小于构件10的余部的弹性模量。构件10可例如由双组分注塑成型或通过双组分挤出制备而成。

图4示出了另一个根据本发明的构件10，其具有第一焊接表面13和第二焊接表面13′，该第一焊接表面布置在第一侧24上以用于连接至第一另一构件30，该第二焊接表面布置在构件10的第二侧24′上以用于连接至第二另一构件30′，没有明确示出振动解耦区。

图5示出根据本发明的用于将构件10连接至另一构件30的方法的步骤。此处，构件10既包括焊接部11和振动解耦区14又包括用于与超声焊极70接触的接触表面12。在这个例子中，这是扭振超声焊极70，其可围绕扭转轴线t实施扭振振荡并且具有焊接表面71。构件10的焊接表面13与另一构件30的焊接区31接触。接下来借助于扭振超声焊极70对接触表面12施力，以使焊接表面13和焊接区31彼此压靠。接下来借助于扭振超声焊极70引入超声振动，以使焊接表面13焊接至焊接区31。扭转轴线t在此情况下距焊接部11的中心点m的距离不大于20毫米。

图6中示出的是一个变型例，其中不是根据本发明的构件10而是另一构件30包括用于振动件70的接触表面12。另一个不同之处在于，此处的振动件70为线性超声焊极70，借助于其引入了线性超声振动。该线性超声焊极70具有带有中心点p的焊接表面71。该线性超声振动可平行于或垂直于接触表面12起作用。接触表面12上焊接部13的中心点m处的垂直突起位于这个焊接表面71的中心点p内。但也可想到的是，所述垂直突起距中心点p有一定距离，该距离不大于20毫米。

线性超声焊极70具有对称轴线b，其延伸穿过焊接表面71的中心点。构件10和超声焊极70彼此匹配，匹配方式为振动以如下频率引入，即在该频率下位于构件10的振动解耦区14外侧的解耦区22的基于时间平均的振动能由于振动解耦区14从大于50％减小至小于30％。

根据本发明的另一个方法在图7中示出。在方向r上(其垂直于接触表面12和构件10的焊接表面13)，由不同材料制成的振动解耦区26布置成与接触表面12相距距离b，该距离小于焊接表面13的区域内超声焊极70的波长的八分之一。该波长在该例子中可位于20毫米至35毫米的范围内。

另一构件30或构件10可为机动车的内饰件或外饰件，例如保险杠，侧仪表板，导流器，车门槛，制动冷却装置或前照灯清洁单元。该构件10或另一构件30可为用于紧固功能部件(例如距离传感器)的紧固件。

图8示出了借助于根据本发明的方法由根据本发明的构件10和另一构件30制得的组合件90的示例。

图9中示出的是根据本发明的矩形的另一构件10，其中居中的焊接部11通过两个振动解耦区14、14′与两个第二部25、25′空间分离。此处，振动解耦区14、14′中的每一个均由一系列的解耦开口19形成。线性超声振动可沿着由双箭头表示的方向被引入接触表面12。位于振动解耦区14、14′之间的封闭区域的质量小于构件10的整体质量的30％。

在图10中示出的类似的根据本发明的矩形构件10具有焊接部11，然而该焊接部11在本例子中并未居中。线性超声振动可沿着由双箭头表示的方向引入接触表面12。在图中位于振动解耦区14右侧的区域的质量小于构件10的整体质量的30％。

在图11中示出的根据本发明的构件10的例子中，焊接部11居中，但是在此将引入由曲线型双箭头表示的扭振超声振动。位于振动解耦区14的内侧的封闭区域21关于延伸穿过焊接部11的中心点m的轴线的惯性力矩不及构件10整体关于此轴线的惯性力矩的30％。

在图12中，构件10具有环形焊接部11，其包围内侧的环形振动解耦区1并且其本身被外侧的环形振动解耦区14′包围。此处，由振动解耦区14、14′所包围的区域21呈环形。该解耦区由位于内侧振动解耦区14内部的区域22和位于振动解耦区14′外部的环形区域22′构成。焊接部的中心点m(即其重心)本身没有位于焊接部11内而是位于区域22内。由振动解耦区14包围的区域的惯性力矩(所述惯性力矩相对于延伸穿过中心点m并且关于焊接表面13垂直的轴线a确定)不及构件10整体相对于所述轴线a测得惯性力矩的30％。

本文公开的实施例减小了传递出焊接部的振动能的比例，并因此提供了振动能的更有效利用并降低了构件的余部损坏的风险。