专利名称：固定元件，焊接它的工具和将安装构件固定其上的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个固定元件，它可以通过电弧焊将一个端侧面焊接到一个构件上的和至少具有一个隙缝，以及涉及一个用于其焊接的焊接工具和涉及一个将安装构件固定到该固定元件上的装置。
权利要求1前序部分的固定元件在加拿大专利公报Nr887，911中及GB-1275799中已公开，其中，一个开缝的套筒，借助一个在弹簧压力下安置的销栓被固定在其中间部分内部，然后挤压到一个结构件上进行焊接，由此，该边构件被包围住。这样一个方法不能很好地实现经济和首先可靠的生产，例如，达不到汽车建造的要求。
在US-39964446中公开了如上述相同的元件，它虽然是弹性的结构，但是首先必须置于一个唯一可能指向的位置，以便在焊接时抓住里边，然后挤压定位。
还有另一个公知的固定元件，它以经常被应用在汽车工业中，例如，固定车身构件或电气导线或类似物。所有这此已公知的可焊接固定元件共同的是，它们是加工成笨重的销柱，其一般具有一个法兰，在法兰处焊接到车身板上，这此例如已在DE-A-3218886或GM7925469中所公开。这种实心销柱要用一个柔性的夹紧钳装在一个销柱焊接工具上。从公开说明书的附图中得出，在销柱焊接工具中具有夹紧钳的固定装置，因为销柱的刚性结构和特别是法兰具有较大的直径，所以肯定具有昂贵机械加工的构件，由于这些构件本身必须可靠地在高脉冲频率下工作。
在DE-A-2532311中虽然公开了一个圆柱形焊接销柱，它没有法兰，然而，焊接工具的夹紧钳是不能简化的。
此外，这种公知的焊接销柱结构导致的问题是，板件和销柱间的连接焊缝是不均匀的，因此，必需专门的措施以适用于销柱焊接表面的结构。这一点还适于DE-B-2 227 384的固定元件。其中，螺栓或螺母以及固定元件都要焊接。这两个文件中表示的固定元件，对焊接工具的夹紧钳提出特别高的要求，为此夹紧钳必须作特别地设置。
此外，在夹紧钳疲劳时，与销柱的电气接触已不再保证，从而导致熔蚀位置，和使可靠性降低，特别在安装带情况下，可靠性是决不可忽略的。
最后，公知的焊接销柱或固定元件具有一个确定的焊接表面，它在焊接工具中必须依确定的位置方向安置。这就使送料复杂化，其中，这些元件必须先经分选后再送入焊接工具中。
因此，基于这个公知的现有技术，本发明的一个任务是，给出一个可焊接的固定元件，它一方面确保可靠地焊接到一个下边支承体上，并在已简化其实施结构的情况下，能实现固定多种形式的安装构件;而另一方面，将焊接工具的固定件以及其导送装置明显简化，同时，确保在焊接过程中固定器和固定元件间形成一个最佳的电流流动。这样一个固定元件在权利要求1中作了描述。
在这种固定元件下，一方面该固定元件不必作位置定向的予分选，就可送入刚性固定器中，另一方面，由于纵向隙缝的结构，使得弹性作用或挤压力在导电流的固定器上已如此之高，即总能确保在固定元件上的固定器有一个最佳的电流流动过渡。
在一个实施结构中，固定元件两个端侧面是带螺纹形状的锥形喇叭结构，同时该固定元件还可以置有一个外螺纹或制动爪。然而，所有固定元件的共同点是，都为弹性的结构，以确保固定工艺必需的柔性和良好的电流传导。
作为公知销柱的例子，在DE-A-3218886和GM7925469中，是用一个焊接工具进行焊接的。这样一种笨重的销柱需要焊接工具有一个柔性夹紧钳。从公开说明书的附图看出，焊接工具中具有夹紧钳的固定器必须由昂贵机构加工的构件组成，因为，销柱是刚性结构和特别具有大直径的法兰，而且这些构件本身必须在高脉冲频率下可靠的工作。
在这种具有公知销柱固定器和夹紧钳的焊接工具情况下，其由钢或铍铜制成时，该夹紧钳在要求的柔性情况下则要承受一个很大的磨损，特别当夹紧钳的接触面和夹紧表面靠在销柱的尖端螺纹区时更如此。
在按照行程点火原则焊接销柱时，要通过小的接触位置，传导3-5000A电流，所以会在固定器夹紧钳的夹紧力降低时导致熔蚀位置，从而使可靠性，(特别是在安装带时更不可忽视的可靠性)下降。
此外，由于这种公知的焊接销柱的结构，就使板件和销柱间的焊接缝的均匀性发生问题，由此，必需对销柱的焊接表面结构设置专门措施。这一点也涉及DE-B-2227384的固定元件，其中，不仅螺栓或螺母而且固定元件都要焊接。这两个文件中表明的固定元件对焊接工具的夹紧钳提出特别高的要求，为此夹紧钳要有特殊结构。
另外，在EP-A-406459，公开了一个销柱焊接枪，它需要具有不同直径的销柱固定管和塑料垫片，同时，固定管处于相当强烈的磨损。
最后，该公知的具有确定焊接表面的焊接销柱结构必需有一个装置用于将焊接销柱进行定向的导送。
为此，本发明另一个任务是，提供一个焊接工具，其用于固定元件的导送装置和固定件是可以明显简化的，同时确保焊接时在固定件和固定元件有一个最佳的电流导通。一个解决这个任务的焊接工具记载于权利要求14-16中。
该要求保护的焊接工具的特征是，其固定器具有一个刚性管而不是一个柔性夹紧钳，其中，导入一个设置成柔性套筒的固定元件，并大面积地围住该固定元件。由此，使焊接工具中省去大部分易受干扰的运动构件。
在公知的装置中，安装构件(大多数由塑料制成)的固定孔内壁一般置有筋件，它们象刚性肋一样均匀地分布。将这一构件安装在实心焊接销柱上时，(该销柱可以是型材结构)则需要很高的挤压力，因此导致高的能量消耗和要求一个刚性结构，特别在半自动和全自动安装工具情况下更如此。
还有，带柔性阻止舌的安装构件也已公知，这些阻止舌卡住焊接销柱的一个型部，但是，只有较小的拉力和剪力从安装构件传递到销柱上。
还有，在安装构件为圆柱形孔的情况下，安装作用力还比带筋件的安装构件时的力高许多倍，但是，此处在销柱和安装构件孔内壁之间仅为点形的接触位置。
因此，导出本发明的另一个任务是，确定一个装置用于将安装构件固定在一个可焊接的固定元件上，安使安装构件的装配明显简化，并形成强大的稳固性和可靠性，还能提供一个更多种多样的固定构件。一个解决上述任务的装置记载于权利要求中。
下面，借助附图中的实施例详细描述本发明。
图1是本发明固定元件第一实施例立体图;
图2是图1固定元件截面图;
图3是图1的固定元件置于一个焊接工具的刚性固定件中;
图4表示图1的固定元件和周围的安装件焊接在一起;
图5表示一个另外的固定元件与一个固定安装件焊接一起;
图6表示又一个固定元件与一个固定安装件焊接一起;
图7是本发明固定元件具有外螺纹的又一实施例变型方案截面图;
图8是固定元件带有弹性环的又一实施例变型方案截面图;
图9是固定元件具有内固定爪的又一实施例;
图10表示一个带外部固定爪的固定元件和一个其上固定的安装件;
图11表示图1的固定元件和一个其上固定的安装件;
图12表示图1的固定元件和一个其上固定的安装件;
图13是图1固定元件的一个实施变型方案;
图14是一个带本发明固定元件的电气连接件实施例;
图15表示一个测量焊接质量的装置;
图16表示一个安装件的又一固定类型;
图17、18表示图16中一个构件的两个实施变型方案;
图19表示另一个安装件;
图20表示一个固定元件的再一实施变型和一个从属的安装件;和图21表示一个固定元件另一实施例横截面图。
在图1和2中，表示一个第一固定元件1，它是一个弹性的套筒结构和具有一个纵向隙缝2。如从图2看出的，这个固定元件是轴线对称的结构设置，而且两个端侧3是喇叭形向里的。但是，这端侧面不是径向对称的结构，而是如此设置的，即端侧面的内边棱4具有一个类似螺纹的型面。由于该固定元件的套筒形和开缝的结构，所以在适当选择材料时，它可具有一个很大的弹性力，从而带来很多优点。而其上可固定的安装件，一般说具有一个相对大的容差范围，所以，在刚性销柱情况下，所必需的柔性只能由塑料或金属的构件来获得。这样的缺点是，通过安装件传递的作用力是较小的。因此，从一个柔性的固定元件到一个安装件可传递的作用力是明显较高的。此外，由实心材料制作的焊接销柱具有一个大的重量，这样在一个汽车中大量应用焊接销柱情况下会导致一个不可忽视的总重量。
在一个实心焊接销柱情况下，整个表面进行焊接的必要性则导致，所形成的大焊接面有一个不希望的相对板件厚度的比率。由此，薄的板件在焊接区域会有一个强烈的受热和变热，从而导致在销柱与板件的边缘区域的强度变弱。这些缺点通过图1和2的固定元件可以消除，因为只有环形的焊接区和类似相等的材料厚度。
如开头已提及的，该固定元件的对称结构会导致，这些(固定元件)只有沿轴线指向才可置于管道中，并且不需要位置定向的予分类。这样，就使分类装置简化和提高了其可靠性。
如提到过的，该弹性的套筒形的固定元件具有一个另外很有意义的优点是，该焊接工具可以明显地得以简化。因为，该固定元件是弹性的结构。所以只用一个刚性孔作为固定器已经足够，而不必需要一个具有复杂操作机构的隙缝式夹紧舌、这样，不仅使焊接工具有一个明显的简化、而且使他的可靠性还明显的提高。在图3中，作为例子使图1的固定元件置于一个孔5中。这个公知的和一般借助柔性的管道和压力空气对固定元件的导输工作此处可以仍然使用，同时，(如已提到过的)，这些固定元件必须是轴向定位的。这种固定元件的焊接过程也保持相同，因此，公知的设备仍可应用，其上，不用具有可运动的夹紧舌的复杂固定器，而可以使用一个固定管，它是沿轴向可移动的。理所当然，所需要的压力空气脉冲(为了将固定元件轴向置入输送管5中的终结位置)必须对其大小和长度作适当地选择。固定元件的通孔38可允许，将一种保护气体送至焊接位置上。不仅固定元件的外缘表面6而且固定器的内表面7都是光滑的结构，以确保一个尽可能无干扰地轴向导送和一个大面积的接触区以便利于焊接电流传送，同时，固定元件孔的材料及直径，在设置和计算固定元件的外径和管形固定器的内径时，应认真选择，以便实现一个相应的张紧作用。
图4表示已被焊接的按图1的固定元件1和周围的安装件10。该固定元件1通过焊接位置8与一个构件9(例如一个汽车的车身板)焊接在一起。该安装件10(例如由塑料构成)是借助一个螺栓11固定的，它(11)可以直接拧在固定元件的螺纹孔4中。因为，该固定元件在其被焊接以后而在上边区域是弹性的，所以，在挤压安装件时，就已经可以实现一个夹紧作用，从而在用螺栓固定以后得到一个固定的连接。
在图5中描述一个另外的固定元件12，它同样是套筒形的和弹性的结构，且具有一个纵向隙缝，但同时，两个端侧面13具有向外U形弯卷的边缘14。这个离开圆筒壁15的边缘14可以扩展而形成一个夹紧和抑制作用。同时按照目的要求，这个安装构件16可以在其孔18上有一个倒角19，以便可以较容易地克服固定元件的弯卷边缘14。这两个弯卷边缘14的外侧必须如此设置，即，应该在固定元件和固定器(安装构件孔)之间保证一个足够大的接触面。
在图6中描述了另一个固定元件20，它通过其结构形式就已经可以借助夹紧作用固定住一个安装构件21。这个固定元件20具有相同的端侧面3和一个纵向隙缝22。固定元件的外缘表面是不平的结构，而是具有两个相同的端部构件23和一个中间构件24，它24直径小于端件23的直径。这样，外部形成两个突肩25和26，其中一个突肩如25在固定元件被焊接的情况下用于将安装构件拉住。该安装构件21具有一个和固定元件上紧缩的中间构件24相适应的凸缘27，其上边棱28(如图示)从后边卡住突肩25。为了更好地导入安装件，该下边棱40是倒角的。从图中可以看出，在固定元件往安装构件中导入时，构件倒角的边棱和凸缘一起挤压固定元件的上端构件，然后这个上边的端部构件又伸展开来，以将安装构件固定住。
图7的固定元件29具有相同的端侧面3如图1的固定元件一样，并且，上边的端部构件30也像那个固定元件一样加工成相同的。不同的是中间部分31是设置成类似螺栓的螺纹;应注意的是，按照图7的固定元件29既可以里边容置一个螺栓和/或外边安装一个螺纹件或螺母。
按照图8的固定元件32除了中间部分以外是和图1的相应部分结构相同的。该固定元件32的中间部分33是一个S形的结构，以便在里边容置一个弹性的夹紧环34，它的作用是显见的用于固定一个安装构件。
图9中的固定元件35是另一个实施例，每个端侧面36都置有切口37，因此，它(端侧是弹性的结构。通过它，不仅可以在孔38中容置具有螺纹的螺栓，而且可以容置没有螺纹的杆柱或类似物，它们通过夹紧作用就可以固定。这个固定元件同样具有一个隙缝。另外，由固定元件的外缘表面切开而成的固定爪39沿轴向交错安置并向里弯曲。在将一个杆柱从一个端侧或另一个端侧导入该固定元件之后，这一个或另外的固定爪39就卡住杆柱并附加地将杆柱固定住。
图10表示一个和图9类似固定元件35′，但是固定爪39′是向外弯曲的。在用一个杆柱40a将安装构件40装配上时，该固定爪39′就卡到安装构件的孔壁40b上，并附加地将安装构体固定住。
从图11可以看出，在应用一个安装构件41的情况下，其具有一个伸入固定元件1之孔38中的杆柱42，将固定元件1围住的作用就通过安装构件明显地提高了孔壁的抑制力。
在图12中描述了另一个安装构件43，其具有一个带刚性倒钩45的杆柱44，其具有一个很高的抑制特性。
从图13中可以看出，概念“纵向隙缝”，并不意味着必须是一个与固定元件纵轴线平行的隙缝。该固定元件46具有一个纵向隙缝47，它相对于固定元件的纵轴是倾斜的。具有端侧面48的该固定元件其余部分是与图1中元件相同的。
图14给出了一个将本发明固定元件应用于电气连接件的可能方案。同时，原则上可以涉及一个图1或13的元件。该元件1被焊接在一个导电的下支承件9上，并用作手操作的插件，通过它，可使一个相应制作的带接触销51的电缆接触环50之阴式接触件49插上。通过应用一个圆柱形或近似圆柱形的弹性元件，就能实现一个自动的和完全有效的连接件，这用一个平坦插件是不可能达到的。
图15是一个检验下边支承体9上焊缝8的机械性能的可能方案。因为，固定元件1具有一个隙缝2和元件是被挤压一起焊接的，所以具有的倾向是，此后应张开。如果这个焊缝不好的话，那么隙缝2的宽度则不像一个好的焊缝那样的分布。由此可能的是，通过例如光学检验隙缝的分布来推断焊缝的质量。
图16表示一个结构为扩张杆53的锁紧元件，它插入图1所示固定元件的通孔38中，其长度小于该固定元件两个端侧面3之间的最小距离。通过将扩张杆打入固定元件的内部，锁紧作用就可以消除。为了改进扩张杆的操作，这个杆至少在一个端部置有一个隙缝或者内六角孔54或者类似结构。用这样的扩张杆就可以将带盲孔56和用于扩张杆的较小孔57的安装元件55套装上，锁紧和松锁。还可以不用带光滑表面的扩张杆53，而使用一个具有细槽的或螺纹结构的杆柱，以便能使该扩张杆较好地锁定或使其拧入或拧出。
图19表示，一个应用弹性固定元件的可能方案，其中，将一刚性件，例如将一个具有内隆起62的刚性帽60套装在一个图5示的固定元件上。这个帽罩本身可以就已是一个安装构件或者与一个安装构件相连接。
图20固定元件的又一个实施例。该固定元件62在其套筒壁63上置有窗口64，其中伸入安装构件66上的相应突起物65，从而用此锁紧。为了更好地导入和锁紧，该突起物在下边朝着下边支承件9的方向设有倒角67，而在其上边置一个突肩68。为了松锁，可在固定元件上设置孔(未示出)，以将适当结构的工具通过去，使固定元件收缩。
图21表明，固定元件70的套筒壁内表面69可以不是圆筒形而是多角形例如六角形，以便能防止转动，同时，此处的外表面71为圆柱形的。在相应的焊枪配合下，可以想到，将套筒壁的外表面设置成多角形的，例如为六角形的。
在附图中描述的，固定元件壁的纵向厚度是均匀的同时，也可以使构件，其中，特别是中间构件具有一个比其余构件较小的厚度。
这样，给出了一系列不同的固定元件，但却不是穷尽的说明。由此，从这些实施例中可以组合成另外的可能方案，然而，固定元件的基本特征，也就是说，作为套筒的结构和套筒壁的弹簧特性在所有固定元件中是存在的。作为应用实施，汽车工业已经提到过，同样另外的应用领域也是适宜的，例如，设备、仪表制造业。
权利要求
1.固定元件，它通过电弧焊接将一个端侧面焊接到一个构件(9)上；和至少具有一个隙缝，其特征在于该固定元件设置成径向弹性的套筒(1，12，20，29，32，35，46，62，70)；同时，纵向隙缝(2，22，47)的结构能使固定元件有一个组合弹性；而该固定元件可以在两个端侧面(3，13，36，48)之任一处进行焊接。
2.按照权利要求1所述的固定元件，其特征在于该纵向隙缝(2，22;47)是连续贯通的，和平行于或倾斜于固定元件的纵轴线而布置。
3.按照权利要求1或2所述的固定元件，其特征在于两个端侧面(3，13，36，48)是相同的结构，以避免在焊接工具中设一个整理位置的予分选。
4.按照权利要求1至3之一所述的固定元件，其特征在于该端侧面(3，13，36，48)是向内呈喇叭形和螺纹形(4)的结构。
5.按照权利要求1至4之一所述的固定元件，其特征在于端侧面(13)具有一个U形向外的弯卷边缘(14)，它用于安装构件(16)的制动件。
6.按照权利要求1至5之一所述的固定元件，其特征在于固定元件的纵向壁由两个端部构件(23)和一个收缩的中间部分(24)构成，同时，由此形成的一个凸肩(25)用于安装构件(21)的制动件。
7.按照权利要求1至6之一所述的固定元件，其特征在于该固定元件(29)纵向壁的中间部分是制成螺纹(31)的结构。
8.按照权利要求1至7之一所述的固定元件，其特征在于约在其纵向壁的中间(33)处是制成S-形的结构，而在内部安置一个夹紧环(34)。
9.按照权利要求1至8之一所述的固定元件，其特征在于固定元件(35)向里指向的端侧面(36)是切槽的结构。
10.按照权利要求1至9之一所述的固定元件，其特征在于设置至少一个向内的或向外的(固定)爪(39，39′)。
11.按照权利要求1至10之一所述的固定元件，其特征在于纵向壁在中间部分比朝端侧面去的纵向壁具有一个较小的厚度。
12.按照权利要求1至11之一所述的固定元件，其特征在于它的套筒壁(63)具有窗口(64)。
13.按照权利要求1至12之一所述的固定元件，其特征在于固定元件(70)的套筒壁的外表面(71)是圆柱形的，而套筒壁的内表面(69)是多角形的，特别是六角形的结构。
14.用于长形固定元件焊接的焊接工具，具有一个导送通道和一个轴向可移动的用于固定元件的固定器，其特征在于不用一个夹紧钳，而将轴向可移动的固定器(5)设置成刚性管结构，其中，导入这设置成柔性套筒(1，12，20，29，，32，35)结构的固定元件，并且，该固定元件被大面积地包围。
15.一种操作权利要求14焊接工具的方法，其特征在于将固定元件不用事先整理位置的予分选就提供给输送装置和送入固定器内，在其中，该固定元件借助一个压缩空气的推动而在刚性管内导送到终结位置，然后焊接到结构体上。
16.按照权利要求14所述的焊接工具，其特征在于通过固定元件的中部(38)可以将保护气体导入并直至焊接位置。
17.将安装构件固定到一个固定元件上的装置，该固定元件通过电弧焊而焊接在一个结构件上，其特征在于该安装构件(10，16，21，40，41，43，50，55，60，66)可以摩擦地和形状吻合地安装到设置成弹性套筒(1，12，20，29，32，35，46，62，70)的固定元件上。
18.按照权利要求17所述的装置，其特征在于该安装构件(16，21)在其孔(18，27)中，被在固定元件(12，20)外壁上设置的制动件(14，23)在后边抓住。
19.按照权利要求17或18所述的装置，其特征在于安装构件(21)在其孔(27)中具有一个突肩(28)，为的是将在固定元件(20)外壁上设置的制动件(23)在后边卡住。
20.按照权利要求17至19之一所述的装置，其特征在于该安装构件(40)具有一个杆柱(40a)和/或一个孔(40b)，在装上安装构件(40)时，固定爪(39，39′)就抓在其(孔)中或其(柱)上，为的是将安装构件固定位。
21.按照权利要求17至20之一所述的装置，其特征在于安装构件(41)具有一个伸入固定元件(1)孔(38)中的杆柱(42)，并结构吻合地将固定元件(1)包围住，以便提高孔(38)壁对杆柱的制动力。
22.按照权利要求17至21之一所述的装置，其特征在于安装构件(43)具有一个带刚性倒钩(45)的杆柱(44)。
23.按照权利要求17至22之一所述的装置，其特征在于安装构件是一个电缆接触环壳(50)，它的阴插件(49)将已焊接固定元件(1，46)的自由端包围住。
24.按照权利要求17至18之一所述的装置，其特征在于该安装构件(55)具有一个盲孔(56)用于容置一个固定元件(1，46)和一个同心的较小孔(57)用于容置一个伸入固定元件中的扩张杆(53);该杆(53)的长度应小于固定元件端侧面之间的最小距离。
25.按照权利要求24所述的装置，其特征在于该扩张杆(53)至少在一个端部置有一个凹槽或内六角孔(54)，还具有一个平滑的或设置成一个肋形结构(58)的或螺纹(59)的外圆表面。
26.按照权利要求17至22之一所述的装置，其特征在于安装构件由一个带内隆起(61)的刚性帽罩(60)构成，或包含一个这样的帽罩，它(帽罩)可以装在一个带向外U形弯卷边缘的固定元件(12)上。
27.按照权利要求17至22之一所述的装置，其特征在于该安装构件(66)置有一个孔，而孔具有一个伸入其内的突起物(65)，该突物是可以插入固定元件(62)套筒壁(63)上相应制作的窗口(64)中的。
28.按照权利要求27所述的装置，其特征在于该突起物(65)向下朝下边支承件(9)的方向置有倒角斜面(67)，而向上去有一个突肩(68)。
29.按照权利要求17至28之一所述的装置，其特征在于固定元件(70)套筒壁的外表面(71)是圆柱形的，而套筒壁的内表面是多角形的，特别为六角形的。
全文摘要
固定元件，可通过电弧焊而焊在一个构件上，其是一个弹性套筒的结构和具有一个纵向隙缝。在优选的实施例中，它的两个端侧面是相同的结构，以便在焊接工具中简化了位置定向的预分选。还具有一个螺纹形的内孔。用于焊接长形固定元件的焊接工具设有一个导送通道和一个轴向可移动的固定器用于固定元件。将安装构件固定到固定元件上的装置具有一个安装构件。
文档编号F16B19/00GK1100782SQ9310930
公开日1995年3月29日 申请日期1993年7月29日 优先权日1992年7月30日
发明者汉森·P·巴雷顿 申请人:斯匹利特法斯特技术公司