使用旋挤成孔式螺钉建立螺旋‑粘合连接的方法以及对此可用的旋挤成孔式螺钉与流程

使用旋挤成孔式螺钉建立螺旋-粘合连接的方法以及对此可用的旋挤成孔式螺钉技术领域本发明涉及一种使用旋挤成孔式(flieβlochformend)螺钉在至少一个上部构件与至少一个下部构件之间建立螺旋-粘合连接的方法。此外，本发明还涉及一种对此可用的旋挤成孔式螺钉。

背景技术：
通过粘合和旋挤成孔螺接在构件之间建立螺旋-粘合连接由现有技术中已广为人知。在此方面例如可参阅DE10348427A1。在DE3909725C1中清楚地示出了无切屑地形成旋挤孔(Flieβlochformen，通过塑性流变挤压成型而形成孔)和螺纹的过程以及一种适当的自成孔和自攻丝螺钉或者说旋挤成孔式螺钉。如在DE102012210791A1中示出的那样，上部构件-特别是如若该上部构件具有不适合于形成旋挤孔的材料厚度和/或材料硬度或者由不适合于形成旋挤孔的材料(例如FVK(纤维增强塑料))构成-可以具有一预制孔。在旋入过程期间，螺钉尖部以及另外还有旋挤成孔式螺钉的自成形的螺纹段抵碰到先前涂覆的粘合材料层上，由此将粘合材料卷起并从预制孔中抛出。这样就导致了对旋入设备和/或构件的污染。此外，从预制孔中排出的粘合材料还可能对旋入设备的扭矩调节产生不利影响。因此，以往都将接合位置或旋入位置空出不涂敷粘合材料。然而，无粘合材料区段的存在使得粘合材料涂敷更为麻烦(花费更大)并且导致一种中断的粘合缝或粘合面。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种使用旋挤成孔式螺钉在至少一个预制孔的上部构件与至少一个下部构件之间建立螺旋-粘合连接的方法，该方法不具有至少一个随现有技术带来的缺点，或者至少是仅在最小程度上具有随现有技术带来的缺点。为此，本发明提供一种使用旋挤成孔式螺钉在至少一个上部构件与至少一个下部构件之间建立螺旋-粘合连接的方法，其中，使所述螺钉在接合位置经过预制孔穿过所述上部构件并且在构成旋挤孔的情况下与所述下部构件螺接，其特征在于：在所述上部构件的预制孔内安置保护环，所述旋挤成孔式螺钉的螺钉杆在旋入过程中被旋拧穿过该保护环。相应地，本发明还提供一种适用的旋挤成孔式螺钉，该旋挤成孔式螺钉包括：螺钉头和成形于其上的螺钉杆，所述螺钉杆具有起始于杆体尖部的成孔段和向着所述螺钉头方向连接的、自成形的螺纹段，其特征在于：在所述螺钉杆上设置有至少一个防脱落地保持的保护环。本发明的方法使用旋挤成孔式螺钉在至少一个预制孔的上部构件与至少一个下部构件之间建立螺旋-粘合连接，其中，所述螺钉在接合位置经过预制孔穿过所述上部构件并且在构成旋挤孔(Flieβloch)的情况下与所述下部构件螺接，该方法规定：在上部构件的预制孔内安置至少一个保护环或保护套，螺钉杆在旋入过程中被旋拧穿过该保护环或保护套。优选自动化地执行本发明的方法。可以设置多个预制孔的上部构件和/或多个下部构件。这些构件在其彼此相对的面上相互粘合。可以面状地或者沿着至少一条轨迹涂覆粘合材料(用于产生粘合缝)。旋挤成孔式螺钉(亦即适于无切屑地形成旋挤孔和螺纹的螺钉)具有一个螺钉杆，该螺钉杆带有起始于杆体尖部或螺钉尖部的成孔段和向着螺钉头方向连接的、自成形的螺纹段。所述保护环具有比螺钉杆更短的轴向长度并且可以沿着轴向方向相对螺钉杆运动(也就是说，设定了在保护环与旋挤成孔式螺钉的螺钉杆之间的轴向可运动性)。优选的是，保护环相对于上部构件内预制孔的直径而言构造为具有更小的外径，使得该保护环不需挤压就能够导入或者说插入预制孔中。在旋入过程之后，保护环保留在预制孔内。在旋入时，保护环在上部构件中的预制孔之内支撑抵靠到下部构件上，由此能够实现在螺钉杆与保护环之间的轴向相对运动，方式是：固定不动的保护环和旋入的螺钉的螺钉头在旋入过程期间互相接近。所述旋入过程具有两个阶段(形成旋挤孔和形成螺纹，伴随同时的螺纹啮合)。所述保护环一方面用于防止在旋入过程期间粘合材料流出。特别是防止粘合材料通过螺钉的自成形螺纹被拉升。由此，构件和旋入设备(包括所使用的夹具)不被排出的粘合材料污染。粘合材料涂敷可以连续地或整面地进行，通过这种方式简化了涂敷，特别是自动化涂敷，并且还获得了关于在接合位置处所实现的连接强度和腐蚀特性方面的优点。此外，扭矩调节(如果有的话)亦保持稳定。而另一方面，所述保护环还可以在旋入过程中用于螺钉杆在预制孔内部的对中定心和导向，并防止发生在旋转着的螺钉杆与预制孔内壁之间的接触(也就是说，抑制在螺钉杆与预制孔壁之间的所谓卡咬(Fressen))。此外，通过保留在预制孔内的保护环可以实现提高的抗腐蚀性。特别是可以避免接触腐蚀(例如由于上部构件的外露的CFK(碳素纤维增强塑料)纤维)。这并不是对本发明所带来之优点的穷举。所述保护环可以紧固在螺钉杆上并且与该螺钉杆一起插入上部构件内的预制孔中。这便导致处理步骤的简化并且可以更好地自动化。优选规定：保护环的轴向长度至多与上部构件的厚度相等。也就是说，保护环的轴向长度不超过上部构件的厚度。通过这种方式，保护环在预制孔内沿着轴向方向具有充足的空间，因此旋入过程也不受影响。同样可以规定：保护环构造为可变形的并且沿着轴向方向相对于上部构件的厚度而言具有超出长度，由此，该保护环在旋入过程期间在下部构件与螺钉头之间被蹾挤压紧。保护环在蹾挤压紧时特别是塑性地变形，为此该保护环由可变形的材料诸如塑料(包括塑料复合材料)或金属(例如一种软的铝材)构成。环壁可以具有结构上的削弱特征这种削弱特征能够实现环原料的有针对性目标的和/或简化的蹾挤压紧并因此实现改进的流动。该削弱特征例如可以是环壁内的压痕或缝隙。由于蹾挤，在上部构件中的预制孔内部可以随之造成一个孔壁压力，该孔壁压力(特别是直到粘合材料硬化之前)防止构件在接合位置处滑移。此外，通过环的蹾挤可以提高预制孔的密封，因此还可靠地防止漏气(Ausgasen)，例如在(具有形成小气泡之危险的)KTL(阴极浸入式涂装)-工艺过程中。同样可以规定：保护环构造为刚性的并且沿着轴向方向相对于上部构件的厚度而具有超出长度，因此在旋入过程中在构件之间产生或构成一个确定的间隙。该确定的间隙例如用作粘合材料间隙。因此可以在接合位置或旋拧位置处防止粘合材料挤出和/或构件直接接触。该刚性的保护环例如由金属构成，特别是由钢材或硬的铝材构成。在旋入旋挤成孔式螺钉期间，粘合材料由于在接合位置或旋入位置处(差不多是从下面)实现的挤压能够进入预制孔中并填满空腔和/或将保护环粘合于预制孔内部。通过这种方式，一方面改善了密封以及另一方面提高了可实现的连接强度。那就是说，用于粘合构件的连续地或整面地涂敷的粘合材料还可以在本发明的范围内用于实现在预制孔之内的功能性利用。如文首已经述及的那样，与此相比，在现有技术中规定：将接合位置或旋入位置空出不涂敷粘合材料。优选规定：在涂敷粘合材料时，总体上或者仅仅局部地在旋入位置或接合位置上涂敷过量的粘合材料，该粘合材料然后在旋入所述旋挤成孔式螺钉时可以(差不多是从下面)进入预制孔中。本发明的旋挤成孔式螺钉具有螺钉头和(一体)成形于其上的螺钉杆，该螺钉杆具有起始于杆体尖部的成孔段和向着螺钉头方向连接的、自成形的螺纹段，其中规定：在螺钉杆上设置有防脱落地保持的保护环。所述旋挤成孔式螺钉和所述保护环因此构造为一件式的，也就是说作为一个部件。优选的是，保护环设置在螺钉杆上位于成孔段与自成形的螺纹段之间的过渡区域内，并且特别是通过夹紧或者说借助夹紧配合和/或通过形状锁合(例如利用螺纹段的螺纹线)固定保持在螺钉杆上。根据夹紧配合和/或形状锁合的强度，螺钉杆可以沿着轴向方向滑动穿过保护环或者借助自成形的螺纹段旋拧穿过保护环。在两种情况中，在旋入过程期间，在旋挤成孔式螺钉或者说其螺钉杆和随此支撑在下部构件上的保护环之间产生一个轴向相对运动。所述保护环可以由金属(例如铝)或由塑料(例如PA4.6)构成。保护环可以套装或者旋装到螺钉杆上。此外，采取可拆式固定也是可能的，例如通过逐点式的粘合。保护环也可以(特别是当该保护环由塑料构成时)喷涂成型到螺钉杆上。优选的是，紧固或者说保持在螺钉杆上的保护环至少部分地覆盖成孔段并且特别是还覆盖螺钉尖部。因此，特别是构造为套筒状的保护环也可以起到运输送及仓贮保护的作用。附图说明下文将参照示意性的和并非按正确比例的附图示例性地详细阐述本发明。附图中示出的和/或下文中阐述的特征可以(与具体的特征组合无关地)是本发明的一般性特征。图1示出本发明的旋入过程的三个剖视图；图2示出根据本发明建立的螺旋-粘合连接的另一个实施可能性的剖视图；图3示出根据本发明建立的螺旋-粘合连接的又一个实施可能性的剖视图；图4示出根据本发明建立的螺旋-粘合连接的又一个实施可能性的剖视图。具体实施方式图1a局部地示出了两个板状的构件110和120，它们应该在所示出的接合位置粘合并且借助旋挤成孔式螺钉200接合。上部构件110在接合位置具有一个预制孔115。上部构件110可以由金属构成，例如板材或铸材，或者也可以由纤维增强塑料(FVK)构成，如特别是玻璃纤维增强塑料(GFK)或者碳素纤维增强塑料(CFK)。下部构件120由一种适合于形成旋挤孔的材料构成，如特别是钢板或铝板。一层连续的粘合材料膜或一层粘合材料夹层130位于构件110和120之间。旋挤成孔式螺钉200具有一个螺钉头210和一个成形于其上的、沿着轴向方向L(螺钉轴线)延伸的螺钉杆220。螺钉杆220构造有一个起始于扁平的或倒角的杆体尖部或螺钉尖部221的成孔段222和一个向着螺钉头210方向连接的、自成形的螺纹段223。如所示出的那样，自成形的螺纹段223可以一直延伸到螺钉头210为止。同样，接近钉头的或者说与螺钉头210接界的杆体区段也可以不带有螺纹或者说构造为无螺纹的。旋挤成孔式螺钉200作为这种设计形式在现有技术中是已知的。在螺钉杆220上在成孔段222与自成形的螺纹段223之间的过渡区域中设置有所说的这种保护环300，该保护环通过夹紧(为此该保护环300的内径小于螺钉杆220在有关位置处的外径)或者形状锁合(例如通过简易/轻微的螺纹啮合)防脱落地固定在螺钉杆220上。保护环300在所示实施例中具有一种套筒状的构型并且就这点而言也可以称为保护套。保护环300也可以与所示出的矩形/方形横截面不同地构造为具有其他横截面几何形状，例如具有圆形的、椭圆形的、三角形的横截面等等。旋挤成孔式螺钉200的旋入(在无下部构件120预制孔的情况下)是以本身在现有技术中已知的方式进行的。在旋入过程开始时，将螺钉杆220连同保持在其上的保护环300一起插入上部构件110内的预制孔115中，使得螺钉尖部221贴靠在下部构件120上。然后给螺钉200施加一定转速(转数)U并将其利用力F压向下部构件120，由此便以已知方式在下部构件120内构成一个旋挤孔125，螺钉200的自成形的螺纹段223旋入该旋挤孔内。在图1b中示出了这一点。(旋入设备未示出。)在(特别是自动化执行的)旋入过程期间，可以改变并且特别是调节轴向压力F和/或转速U。也可以设定旋转方向转换。此外，为了在上部构件110上施加固定力可以使用压紧器或类似装置。位于预制孔115内的保护环300由沿着力方向F旋入构件110和120中的螺钉200压向下部构件120并且随此支撑抵靠到下部构件120上。同时螺钉杆220旋拧穿过保护环300，因此发生在螺钉杆220与固定不动的保护环300之间的轴向相对运动，在该相对运动中，保护环300与螺钉头210互相接近。特别是这样地实现保护环300与旋挤成孔式螺钉200的螺钉杆220之间的相对运动，即，使螺纹段223的螺纹不与环内壁啮合，而是螺钉杆220移动穿过并且特别是滑动穿过保护环300。保护环300在旋入过程期间通过如下方式防止粘合材料从连续的粘合材料层130中穿过预制孔115和/或沿着螺钉200的螺纹段223上升，即粘合材料差不多是保持挂附在保护环300上。通过这种方式防止了对构件特别是上部构件110和/或旋入设备的污染。另一方面可以规定：由于在接合位置或旋入位置上实现的挤压，在旋入过程中粘合材料130按确定目标进入预制孔115中，然而却不从该预制孔115流出(就是说粘合材料留在预制孔115内)，以便例如填满预制孔115内的空隙和/或将保护环300粘合于预制孔115内部。在旋入螺钉200时，保护环300还可以用作在上部构件110中预制孔115内部的定心辅具，其中，预制孔115的内壁还得到保护以防由旋转的螺钉杆220或者说构造于其上的螺纹223造成的损伤。图1c示出了最终状态。所制造的构件复合体标注为100。保护环300持久保留在预制孔115内。保护环300的轴向长度小于上部构件110的厚度并且最大或者说至多与上部构件110的厚度相等。在图1示出的实施例中，旋挤成孔式螺钉200的螺钉杆220可以具有5.0mm的名义直径。上部构件110内的预制孔115可以具有7.0mm至8.0mm的直径。保护环300可以具有6.0mm至7.9mm的外径，由此，对于该保护环300的环壁便得到一个约0.5mm至约1.5mm的优选的均匀壁厚。图2示出了另一个实施可能性，其中，可变形的保护环300′相对于上部构件110的厚度而言具有轴向超出长度，由此在旋入过程中将该保护环在下部构件120与螺钉头210之间蹾挤压紧，因而如所示出的那样在螺钉杆220与上部构件110内的预制孔115之间导致一种间接的形状锁合。因此可以更好地(特别是在粘合材料130硬化之前)承受构件110和120之间的剪切负荷。保护环300′由一种可变形的材料构成，诸如塑料、塑料复合材料或金属(特别是铝)。在必要时，保护环300′的材料也可以进入到构件110和120之间并且构成一个间隙(参见图4)。旋入过程是与前面关于图1的说明类似地进行的。图3示出了又一个实施可能性，其中，保护环300″构造为刚性的或者说不可变形的并且相对于上部构件110的厚度而言具有轴向超出长度，由此，在旋入过程中在构件110和120之间产生一个确定的间隙140。例如粘合材料130可以位于该间隙140内。该不可蹾挤的保护环300″防止构件110和120的触碰接触并且抑制在接合位置处将粘合材料130挤开。旋入过程是与前面关于图1的说明类似地进行的。图4示出了又一个实施可能性，其中，保护环300′″在其背离螺钉头210的端部处具有一个由于塑性变形所造成的旋挤凸缘310，该旋挤凸缘在旋入位置将构件110和120相互压离，由此，类似于在图3中示出的实施可能性，在构件110和120之间构成了一个间隙140，该间隙优选填满粘合材料130。旋入过程基本上与前面关于图1的说明类似地进行。在旋入过程中，如结合图2的实施例阐述的那样，相对于上部构件110的厚度而言具有轴向超出长度的套筒状保护环300′″被蹾挤压紧。此外，由旋挤成孔式螺钉200将下部构件200压向下方或者从上部构件110处压离，因而在构件110和120之间构成了间隙140，环材料可以流入到该间隙中，这有利于将构件110和120间隔开，其中构成的旋挤凸缘310此外还起到定距器的作用。为此，保护环300′″可以在其背离螺钉头210的或者说朝向下部构件120的端部处具有特殊的构造特征(Ausgestaltungsmerkmal)(例如较软的材料、较小的环壁厚度、环壁中的压痕或缝隙和/或诸如此类的设计)。优选保护环300′″由一种可变形的材料构成。此外可以规定：构造为套筒状的保护环300′″设计为基本上刚性的，也就是说不可变形的，如结合图3的实施例所阐述的那样，并且仅仅在其背离螺钉头210的端部是可变形的。此外，在图4中示出了螺钉头210的两个优选的构造设计，即：带有钉头底部凹槽215(螺钉头右侧)用于接纳环材料以避免钉头底部间隙，和不带有钉头底部凹槽(螺钉头左侧)。前述的和在图中示出的各实施可能性的特征在本发明的范围内可以与其他按照本发明的实施可能性相组合。附图标记列表100构件复合体110上部构件115预制孔120下部构件125旋挤孔130粘合材料，粘合材料层140间隙200旋挤成孔式螺钉210螺钉头215钉头底部凹槽220螺钉杆221螺钉尖部222形成旋挤孔的区段，成孔段223自成形的螺纹段300保护环310旋挤凸缘F轴向压力L纵轴线，螺钉轴线U转速