用于焊接的具有杆和带突出部的凸缘的紧固件、使用该紧固件的结合方法和结合连接件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于焊接的紧固件、结合方法和结合连接部。在金属紧固件(1)中，紧固件(1)具有带有焊接端(3)的杆(2)和距离焊接端(3)一定距离的凸缘(5)，凸缘(5)具有大于杆(2)的直径，凸缘(5)在面向焊接端(3)侧设置有多个突出部(10)，多个突出部(10)布置在距离杆(2)并且距离彼此一定距离处，其自由端形成用于结构部件的接触表面。
【专利说明】用于焊接的具有杆和带突出部的凸缘的紧固件、使用该紧固件的结合方法和结合连接件
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有杆并且具有凸缘的金属紧固件，杆沿轴向方向延伸并且具有焊接端，凸缘布置在杆上距离焊接端某一距离处，该凸缘具有大于杆的直径。本发明另外涉及用于通过使用该类型的紧固件连接至少一个结构部件与金属支撑部件的结合方法，和包括金属支撑部件、置于支撑部件一侧上的带有孔的至少一个结构部件和该类型紧固件的结合连接件。
【背景技术】
[0002]除了其他行业之外，所述类型的紧固件用在汽车结构中，用于将各种类型的结构部件紧固到汽车车身。紧固件通过使用传统的螺柱焊接技术，特别是拉弧螺柱焊接来焊接到适用于焊接的汽车车身的结构部件。通过机械紧固件，例如螺母、螺钉或夹，焊合的紧固件于是与待紧固的结构部件连接在一起。
[0003]US3, 774，009也公开了一种紧固件，通过该紧固件，同时通过该紧固件的焊合，待紧固的结构部件可与紧固件焊接到其的支撑部件连接在一起。这里，待紧固的结构部件在焊接点区域中具有开口，紧固件穿过该开口被以其焊接端焊接到支撑部件。紧固件具有凸缘，该凸缘大于该开口，并且在紧固件被焊合之后，牢固地置于结构部件的围绕该开口的边缘区域上，并且由此保持该结构部件互锁在支撑部件上。
[0004]设计用于焊接的另一种紧固件公开在GB1，075，969A中。该紧固件具有杆和凸缘，并且通过弧螺柱焊接方法穿过待紧固的板状元件中的孔来焊接金属支撑部件。这里，板状元件具有多个槽道，所述槽道从该焊接点通向外，以允许气体从焊接点逸出。
[0005]在汽车构造中，一般来讲，所提到类型的紧固件焊接到其的支撑构件已经设置有腐蚀防护层。当紧固件被焊合时，该焊接点区域中的腐蚀防护层被破坏。为了防止由此引起的腐蚀破坏，需要再次给围绕焊接点的区域提供适当的腐蚀防护层。电化学浸涂方法通常用于此，其中预装配的结构部件，例如汽车车身通过在浸漆槽中浸溃接受防腐漆的均匀涂覆。在紧固件同时通过紧固件的焊合还将待紧固的结构部件与支撑部件连接在一起的情况下，焊接点附近腐蚀防护层的恢复是个问题，因为紧固件通过其凸缘置于围绕紧固开口的被紧固的结构部件的边缘上，并且因此与防腐漆在该焊接点区域中的涂敷相干涉。
【发明内容】
[0006]本发明的目的因此是设计一种上面所述类型的紧固件，以在紧固件被焊合在焊接点区域上时，可有效地以简单方式防护腐蚀。
[0007]根据本发明，该目的通过金属焊接元件实现，该金属焊接元件包括沿轴向延伸并且具有焊接端的杆，和布置在杆上距离焊接端一定距离处的凸缘，所述凸缘具有大于杆的直径，并且在面向焊接端的一侧具有多个突出部，所述多个突出部距离杆并且距离彼此一定距离，其自由端形成用于结构部件的接触表面。接触表面优选位于与轴线共面的径向平面中。
[0008]在根据本发明的紧固件中，凸缘不是通过环形表面而是仅通过各个突出部置于由紧固件保持的结构部件上。由于突出部之间的距离，因此敞开的通道形成在凸缘和支撑部件之间。通过所述通道，凸缘下面以及结构部件中孔内的间隙以及因此建立在其中的焊接点可从外部在多个路径上进入。结果，防腐蚀剂，例如在通过紧固件连接在一起的部件的随后浸漆中，漆能够在突出部之间渗透到结构部件中位于紧固件下面的孔中，并且孔内存在的结构部件和紧固件的表面，包括焊接点，可被由均匀的防护层涂覆。以该方式，由于焊接点区域中紧固件的焊合而被破坏的腐蚀防护层可被有效地恢复。
[0009]突出部之间的多个通道另外使得浸漆中存在于紧固件下面的孔中的空气可容易地逸出，并且没有气泡保留，由此可有利地实现由漆均匀浸润的结构部件和紧固件。
[0010]另外，突出部之间的多个通道允许过多的漆在离开浸浴时流出，而没有大量的漆保留在孔中。这确保经济地消耗漆并且促进部件在离开浸浴之后快速干燥。
[0011]焊接中，形成的气体可通过突出部之间的通道逸出，并且保护气体可容易地被输送到焊接点由于突出部距离紧固件的杆的距离环形自由间隙形成在突出部和杆之间。自由间隙防止焊接时电弧偏移，并且可适应存在于待紧固的结构部件中的孔边缘上的任何可能的毛刺，以防止凸缘在待保持的结构部件上的不规则支撑。
[0012]根据本发明的另一目的，凸缘在朝向焊接端的一侧具有在一定距离处围绕杆的环形轴环，突出部布置在所述环形轴环上。轴环可布置在凸缘的外边缘处，并且凸缘的延伸在轴环和杆之间的区域可设计为可弹性变形，类似于板簧，以能够在紧固件焊接时，通过沿焊接端方向轴向指向的力，产生用于将连接在一起的部件相互夹持的初始应力。
[0013]根据本发明的另一目的，在朝向焊接端的一侧，凸缘可在一定距离处具有围绕杆的环形轴环，该环形轴环被槽分割为多个轴环节段，多个轴环节段形成突出部。另外，凸缘可被由多个槽分割为多个凸缘节段。凸缘可用于提高凸缘的弹性，以及增大容差区域，以在结构部件紧固时获得限定的轴向初始应力。分割凸缘的槽可延伸至紧固件的杆。
[0014]根据本发明的另一方面，提出一种用于通过使用根据本发明的紧固件连接至少一个结构部件与金属支撑部件的方法，其中结构部件设置有孔，该孔大于杆的横截面，小于紧固件的凸缘，结构部件在支撑部件一侧形成接触并且保持接触，紧固件在杆的焊接端延伸穿过结构部件中的孔的情况下，被通过电弧焊接方法以这样的方式焊接到支撑部件:凸缘的突出部的接触表面抵靠结构部件的围绕孔的表面。
[0015]根据本发明的结合方法简单并行执行起来较廉价，并且适用于汽车装配过程。其允许使用焊接方法来连接由不能焊接在一起的材料构成的结构部件。这里的优点是，用于紧固操作的结构部件必须可从仅一侧接近，并且待使用紧固件焊接的支撑部件不需要要求密封的紧固开口。
[0016]在根据本发明的结合方法中，用于焊接的杆同中心地布置在结构部件的孔中，结构部件的孔相对于杆较大，以在焊接之后，连续的自由间隙存在于孔的边缘和杆之间。自由间隙用于容纳焊缝，焊缝形成并且在支撑部件上围绕焊接点形成存在的以及仍待涂敷的腐蚀防护层之间重叠的足够大的区域。另外，自由间隙提供孔边缘距离焊接点足够大的距离，以防止由于焊接操作损坏结构部件，并且避免焊接中电弧的偏移。紧固件的焊接优选通过电弧拉弧焊接进行。[0017]根据该结合方法，另外提供在轴向力的影响下的紧固件被以这样的方式焊接到支撑部件:在焊接操作结束并且焊接点冷却之后，至少一个结构部件被通过凸缘的突出部和支撑部件之间的轴向夹持力牢固地夹紧。以该方式，除了互锁之外，在结构部件和支撑部件之间获得力和摩擦锁定连接部，这消除了结构部件相对于支撑部件横向于紧固件的轴线的任何相对运动。如果结构部件由足够软和可流动材料构成,则凸缘上的突出部可伸入材料中，并且由此产生另外的互锁，这防止结构部件关于支撑部件的移动或扭转。
[0018]为了形成所需的腐蚀防护，形成在支撑部件和至少一个结构部件之间的连接部优选以浸涂工艺使用液体防腐蚀剂涂覆。
[0019]根据本发明形成的有利的结合连接部包括金属支撑部件、带有孔的置于支撑部件一侧上的至少一个结构部件和根据本发明的紧固件，该紧固件通过电弧焊接方法通过延伸穿过结构部件中的孔的杆的焊接端焊接到支撑部件，该孔大于杆的横截面，小于紧固件的凸缘，该凸缘的突出部通过接触表面置于结构部件的围绕孔的表面上。该易于形成的结合连接部适用于不能焊接在一起的部件的连接，例如轻金属或复合材料紧固到钢支撑部件上。
[0020]根据本发明，该结合连接部设计成使至少一个结构部件通过凸缘的突出部和支撑部件之间的轴向夹持力牢固地夹紧。为了获得有效的腐蚀防护，该包括在孔内的焊接点的结合连接部可使用防腐蚀剂涂覆。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面将参照附图中所示的示例性实施例详细说明本发明，附图中:
[0022]图1显示了紧固件的第一实施例的侧视图，
[0023]图2是图1的紧固件的截面图；
[0024]图3是具有根据本发明的紧固件的结合连接件；
[0025]图4是紧固件的第二实施例的后侧视图；
[0026]图5是图4的紧固件的紧固侧的视图；和
[0027]图6是具有紧固螺柱的紧固件的一个实施例的视图。
【具体实施方式】
[0028]示出在图1和2中的紧固件I具有基本上圆柱形状的杆2，沿中心轴线A延伸。杆2的一端设计为焊接端3，并且设置有平的截头圆锥状前表面4或一些其他适当形状，例如圆形表面。在杆2的另一端上形成有圆盘状凸缘5，其直径为约杆2的直径的两倍大。凸缘2的直径可替代地更大或更小；该凸缘必须在每一种情况下大于待紧固的结构部件中的孔。凸缘5的背离杆2的侧具有关于中心轴线A成直角的平圆形表面，该表面可用于紧固件I在焊接夹具中的轴向支撑。凸缘5在其外边缘上具有环形圆柱状轴环6，其从凸缘5朝向焊接端3的方向轴向地延伸。凸缘5和轴环6 —起形成外圆柱表面7,紧固件I可在该表面7处被从外部通过焊接钳抓握，并且也可用作用于电焊接电流的传输的接触表面。
[0029]在轴环6和杆2之间存在环形凹槽形式的环形自由空隙8。由于该自由空隙8，凸缘5和轴环6获得距离焊接端3的大的有利的距离，因而降低焊接过程期间电弧偏移的风险。焊接过程由此变得更稳定，并且焊接点的质量可提高。自由间隙8可另外适应待紧固的结构部件上通过冲压形成的毛刺，以可获得待紧固的结构部件上的紧固件的良好支撑。
[0030]轴环6的自由边缘设置有多个径向延伸的凹部9，所述凹部9以等间距间隔隔开。位于凹部9之间的轴环6的边缘部分形成间隔开布置的突出部10，通过该突出部10，紧固件I可被支撑在结构部件上。突出部10的前表面位于关于中心轴线A径向的共同的平面中，该共同的平面距离焊接端3的最前截头圆锥表面某一距离，该距离将比由紧固件I紧固的结构部件的厚度或比待紧固的多个结构部件的整个厚度大焊接所需的过量长度。
[0031]该焊接端的焊接所需的过量长度取决于相应的焊接过程，并且一般来讲，达几十毫米。过量长度太大导致待紧固的结构部件的不充分的夹紧；过量长度太小导致焊接端的不完全焊接，并且因而导致紧固件的不充分紧固。
[0032]图3显示了在紧固件I的辅助下形成在支撑部件12和置于支撑部件12上的结构部件14之间的结合连接部。为了形成结合连接部，结构部件14设置有孔15。孔15的尺寸由紧固件I的尺寸控制，并且将选择为使孔15大于杆2的直径并且小于凸缘5的直径。孔15的直径优选选择为尽可能大，特别地，当结构部件14由可由于高温在焊接区域中损坏的材料构成时。但是，孔15的直径如果可能应小于轴环6的内径，以确保突出部10在结构部件14上的良好接触，并且在紧固件I的定位中可允许紧固件I和孔15的中心偏差。
[0033]为了执行焊接操作，结构部件14放置在支撑部件13上预期位置中，并且保持在该位置中。然后紧固件I被通过已知的螺柱焊接夹具前移，其中焊接端3延伸穿过孔15到达支撑部件12，并且通过根据已知拉弧焊接方法的电弧的产生，被焊接到支撑部件12。螺柱焊接夹具在每一种情况下被控制为使紧固件I在焊接端3浸没到形成的熔池中时的运动通过突出部抵靠在结构部件14上而限制。随后冷却时紧固件1、焊缝17和支撑部件12的收缩导致凸缘5和支撑部件12之间的距离缩短，以使结构部件14夹紧在两者之间。
[0034]在以所述方式形成的结合连接部的情况下，当支撑部件12和紧固件I通常已经被提供预存在的腐蚀防护层时，该预存在的腐蚀防护层在焊接结合部附近由于焊接操作而被破坏。但是，所需的腐蚀防护层可被以简单方式恢复，因为围绕焊接区的间隙在很多点处由于突出部10之间的凹部9而容易接近。因而，例如在浸涂过程中，间隙16中的阴极浸漆、涂层材料等能够渗透在紧固件I下方，并且给间隙16的整个内表面提供防护涂层。凹部9的尺寸和数量另外确保已经渗透到紧固件I下方的间隙16中的过多的材料能够在离开浸浴之前流出间隙16。以该方式，紧固件I确保由紧固件I覆盖的焊接连接区域中腐蚀防护层的恢复。
[0035]图4和5显示了紧固件101，其具有圆柱状杆102和在杆102的相对端处的圆形盘状凸缘105，圆柱状杆102具有焊接端103。凸缘105的外边缘设置在朝向焊接端103的具有轴环106的侧，轴环106具有圆柱状外表面107。在轴环106和凸缘105之间可存在环形自由空隙108。凸缘105和轴环106被由以规则间距间隔开布置的多个径向槽111分为单独的区段。槽111终止在杆102的表面。由于该分隔，轴环106的多个区段形成单独的突出部110，紧固件101可通过该突出部110支撑在结构部件上。如果图3中所示类型的结合连接部通过紧固件101形成，则凸缘105下面的间隙16由于槽111而保持可进入，并且可由防腐蚀剂涂覆。槽111另外提高了凸缘105的弹性，使得可获得一个或多个结构部件的更准确限定的压合。
[0036]图6中显示了紧固件201，其与紧固件I不同之处在于，在凸缘205的背离焊接端203侧沿杆202的延伸方向形成螺柱213，该螺柱213设置有外螺纹。在通过紧固件201的焊接将结构部件紧固到支撑部件之后，在例如螺母、夹等机械紧固器件的辅助下，另外的结构部件可被紧固到螺柱213。
【权利要求】
1.一种金属紧固件(I, 101，201)，具有杆(2，102, 202)和凸缘(5，105，205)，所述杆(2，102，202)沿轴向方向延伸并且具有焊接端(3，103，203)，所述凸缘(5，105，205)布置在杆上距离焊接端(3，103，203) 一距离处，所述凸缘具有大于杆(2，102，202)的直径，其特征在于，凸缘(5，105，205)在面向焊接端(3，103，203)的侧具有多个突出部(10，110)，所述突出部(10，110)布置在距离杆(2，102, 202)以及距离彼此一距离处，并且其自由端形成用于结构部件的接触表面。
2.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，凸缘(5，105)在面向焊接端的侧具有环形轴环(6，106)，环形轴环(6，106)在一定距离处围绕杆(2，102)，突出部(10，110)布置在轴环(6，106)上。
3.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，凸缘(105)在面向焊接端的侧具有环形轴环(106)，环形轴环(106)在一定距离处围绕杆(120)，所述轴环(106)被槽(111)分割为多个轴环节段，所述轴环节段形成突出部(110)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的紧固件，其特征在于，凸缘(105)被由多个槽(111)分割为多个凸缘节段。
5.根据前述权利要求中任一项所述的紧固件，其特征在于，在凸缘(205)的沿杆(202)的延伸方向背离焊接端(203)的侧上，螺柱(213)被布置用于紧固另外的结构部件。
6.一种用于通过使用根据前述权利要求任一项所述的紧固件(I)连接至少一个结构部件(14)和金属支撑部件(12)的方法，其中结构部件(14)设置有孔(15)，所述孔(15)大于紧固件⑴的杆⑵的横截面，并且小于紧固件⑴的凸缘(5)，结构部件(14)被与支撑部件(12)的一侧形成接触并且保持在该侧，紧固件(I)通过延伸穿过结构部件(14)中的孔(15)的杆(2)的焊接端(3)被以这样的方式通过电弧焊接工艺焊接到支撑部件(12):凸缘(5)的突出部(10)的接触表面抵靠结构部件(14)的围绕孔(15)的表面。
7.根据权利要求6所述的结合方法，其特征在于，为了焊接，杆(2)被同中心布置在孔(15)中，以使孔(15)的边缘和杆⑵之间存在连续的自由间隙。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的结合方法，其特征在于，紧固件(I)被在轴向力的影响下以这样的方式焊接到支撑部件(2):在焊接操作结束和焊接点冷却之后，至少一个结构部件(14)被通过凸缘(5)的突出部(10)和支撑部件(12)之间的轴向夹紧力夹持。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的结合方法，其特征在于，紧固件(I)的焊接通过电弧拉弧焊接进行。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的结合方法，其特征在于，孔(15)被通过切割工具以这样的方式切割:毛刺仅在结构部件(14)的背离支撑部件(12)的侧形成。
11.根据权利要求6到10中任一项所述的结合方法，其特征在于，支撑部件(12)和至少一个结构部件(14)之间形成的连接部被以浸涂方法使用液体防腐蚀剂涂覆。
12.—种结合连接部，包括金属支撑部件(12)、具有孔(15)的置于支撑部件(12)的一侧上的至少一个结构部件(14)和根据权利要求1-4中任一项所述的紧固件，其中，紧固件(I)通过杆(2)的焊接端(3)延伸穿过结构部件(14)中的孔(15)，被通过电弧焊接方法焊接到支撑部件(12)，所述孔(15)大于杆(2)的横截面并且小于凸缘(5)，凸缘(5)的突出部(10)通过接触表面置于结构部件(14)的围绕孔(15)的表面上。
13.根据权利要求12所述的结合连接部，其特征在于，至少一个结构部件(14)通过凸缘(5)的突出部(10)和支撑部件(12)之间的轴向夹紧力牢固地夹持。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的结合连接部，其特征在于，包括孔(15)内的焊接点，该结合连接部被使用防腐蚀剂涂覆。
15.根据权利要求12到14中任一项所述的结合连接部，其特征在于，至少一个结构部件(14)由轻金属或合成材料构成。
【文档编号】B23K9/20GK103917324SQ201280054046
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2011年11月4日
【发明者】J.海恩, J.施奈德, H.戈特沃尔斯, A.舒格, H.尼奇, M.费拉本德, S.巴赫 申请人:纽弗雷公司