具有接合辅助元件的构件、至少两个构件的构件组合体以及用于制造的方法与流程

本发明涉及一种具有接合辅助元件的构件、一种至少两个构件的构件组合体以及一种用于制造所述构件和所述构件组合体的方法。

背景技术：

在车辆工业中越来越多地使用轻质结构材料导致总是对新制造技术的挑战。数十年所使用的适应钢材使用的接合方法只能有条件地转用于现代的轻质结构材料。

例如目前，例如当应该接合由不同金属材料(例如铝和钢，或异类材料如金属和纤维复合材料)组成的材料对时，并不总是可直接将构件熔焊或钎焊。

为此，由现有技术已知，在两个接合配对件中的一个接合配对件中引入接合辅助件，该接合辅助件由能够实现与另一个接合配对件焊接的材料构成。所使用的接合辅助件具有铆钉状或销钉状的形状。接合辅助件利用其杆部被引入到第一构件中，其中，接合辅助件利用其头部支撑在第一构件上，并且利用其足部或杆部与另一个构件焊接。为此，例如参见专利文献de10015713a1、de10060390b4、de102004025492a1和de102010053608a1。

此外，由文献de102010031709a1已知一种具有这样的接合辅助件的构件组合体，所述接合辅助件被用于借助于电阻焊接将各构件连接并且在其头部上还具有功能区段，该功能区段例如能够实现固定其它构件。

技术实现要素：

在此背景下，本发明的任务是提出一种灵活的可行性，利用这种可行性可接合由不同材料制成的构件并且相对于现有技术得到改进或具有至少一个优点。

所述任务通过一种根据权利要求1所述的构件、一种根据权利要求9所述的构件组合体、以及一种根据权利要求12所述的用于制造构件的方法以及一种根据权利要求14所述的用于制造构件组合体的方法来解决。其它的有利实施方案由从属权利要求和下述说明给出。

提出一种构件，在该构件中在至少一个随后要与一个另外的构件形成接合连接的接合位置上，接合辅助元件借助保持区段被压入到所述构件中。所述接合辅助元件还具有功能区段，利用所述功能区段能够实现至少一个另外的功能。优选地，所述功能区段邻接到保持区段上。按照本发明，接合辅助元件的保持区段设置在通孔中，并且该通孔在至少一个边缘区域上通过压印部被加宽，其中，接合辅助元件的保持区段被压入到通孔中并且以力锁合和/或形锁合的方式与孔壁连接并且所述保持区段嵌接到所述压印部中。

还提出一种至少两个构件的构件组合体，所述至少两个构件在至少一个接合位置上接合。该构件组合体包括：第一构件和第二构件，其中，在第一构件中在接合位置上，接合辅助元件借助保持区段被压入到所述构件中，并且接合辅助元件还具有优选邻接到保持区段上的功能区段，利用该功能区段能够实现至少一个另外的功能。按照本发明，接合辅助元件的保持区段设置在通孔中，并且该通孔在至少一个边缘区域上通过压印部被加宽，其中，接合辅助元件的保持区段被压入到通孔中并且以力锁合和/或形锁合的方式与孔壁连接，并且保持区段嵌接到压印部中。接合辅助元件以材料锁合的方式与第二构件或与设置在第二构件中的第二接合辅助元件连接。

所述通孔例如可通过切割或冲压构造成并且优选具有一个闭合的孔或截面轮廓。所述通孔相对于构件表面分别由一个边缘区域限定。接合辅助元件与第一构件以形锁合的方式横向于接合轴线连接。通孔的孔几何结构以及接合辅助元件的外部几何结构至少部分对应地相互协调。

所述通孔和/或压印部例如可具有圆形的横截面或替代的横截面。因此，当孔横截面和/或压印部横截面例如具有锯齿形的或多角的形状，或具有压印部的通孔设计成冠形时，可使引入粘合剂变得容易。

在压印部的区域中，所述孔横截面增大，例如通孔的直径在压印部的区域中增大。接合辅助元件的保持区段在压印部的区域中形成侧凹部，该侧凹部将接合辅助元件沿一个方向形锁合地固定以防挤压通过该通孔。与如下推测相反：在压印部区域中减小的构件厚度对该连接强度有不利影响，已被证明的是，可实现出乎意料的高强度。在此推测原因，这归因于压印的过程，从而实现在压印部边缘区域中的材料强化，所述材料强化与保持元件的随后压入协同作用而提高。此外确定，通过引入压印部也实现减少氢脆化并且可抑制在该区域中的边缘裂纹敏感性。

所述压印部可在单侧上构造。优选地，所述压印部围绕通孔环绕地构造在整个边缘区域中。所述压印部可延伸例如直至通孔深度的20％，直到通孔深度的40％或直到通孔深度的一半。也可有利的是，压印部延伸大于通孔深度的50％并且尤其是大于通孔深度的60％。

特别有利地已被证实的是，在一种实施方案中，所述压印部设计成环绕的倒棱。在所述倒棱的区域中，孔壁相对于通孔的纵向轴线倾斜并且通孔的直径在倒棱的区域中朝向通孔的边缘持续地增大。在倒棱的区域中，通孔可例如相对于通孔的纵向轴线倾斜一角度，所述角度可在30度至60度的范围内或在40度至50度的范围内并且尤其是45度。

在一种构型中，该作用可被用所述在构件的两侧上，为此在孔壁的两个边缘区域上压印一个环绕的压印部或倒棱，接合辅助元件的保持区段嵌接到所述压印部或倒棱中。压印部或倒棱可构造成对称的，使得相同的压印部或倒棱被压制在通孔的两侧上，或者可构造成非对称的，即具有不同的形状或角度和/或不同的深度。

接合辅助元件的保持区段被称为接合辅助元件的在负载情况下可将力传递到所述构件上的区段。以有利的方式，保持区段的厚度可被减小并且可在压入的状态下小于或基本上等于所述构件的厚度。所述表达“基本上等于”就此而言可理解成保持元件的厚度在压入之后可等于所述构件的厚度或由制造决定地比构件厚度例如厚十分之几毫米。具有压印部或倒棱的通孔提供如下可行性：将保持元件以形锁合的方式沿接合轴线的方向固定在构件中，使得保持区段例如可构造成无头部的、即没有侧向伸出通孔直径的区段。优选地，所述保持区段可具有要简单制造的几何结构并且例如构造成圆柱形的。

在一种构型中，接合辅助元件的保持区段完全接纳在通孔中、即在构件与保持区段之间的力传递仅在通孔的孔壁上进行。为此，保持区段例如可与构件表面齐平地结束或相对于所述构件表面退回到通孔中。

可使用保持区段的端面、优选保持区段的设置在背离功能区段的那侧上的端面，以建立与第二构件的材料锁合的连接。为此，在一种构型中可有利的是，所述保持区段延伸穿过第一构件并且至少与第一构件的背离功能区段的上侧齐平或伸出该上侧。如果在接合辅助元件的区域中设置有负载压印部则保持区段可相对于所述负载压印部伸出，然而相对于构件的剩余表面退回或构造成与所述剩余表面齐平。保持区段的端面可以是平的或设有一结构，例如用于电弧点火的点状突起。此外，保持区段的端面也可相对于第一构件的上侧退回。

此外，在将接合辅助元件压入到构件中的情况下附加地将中间层元件(例如用于防止接触腐蚀的膜或粘接层)引入到接合辅助元件与孔壁之间。

辅助接合元件可与所述中间层元件和/或与该辅助接合元件压入到其中的所述构件附加地以材料锁合的方式连接。

接合辅助元件的功能区段设计为使得该功能区段提供附加的功能、优选固定功能。为此，功能区段例如可构造成销栓杆部、螺纹栓、螺母、镦粗管或构造成夹式连接件的一部分。所述功能区段可相对于构件伸出，替代地也可设想，功能区段集成到保持区段的内部。功能区段可在压入过程之前已经构造或也可在压入期间通过相应成形的压制工具(例如通过保持区段的一部分的成形)构造。同样，接合辅助元件可由预成型元件(例如以螺纹衬套或螺旋圈的型式)构造。

所述材料锁合的接合例如可通过熔焊、钎焊或粘接或通过它们的组合进行。这样的构件组合体是合适的，以便将不同的材料相互连接，这些材料不能轻易被钎焊、熔焊或粘接，例如与不同的金属(例如铝和钢)或异类材料(例如纤维复合塑料与金属)连接。尽管也可利用该方法将相同的或同种类的材料或原料连接。

接合辅助元件的材料优选这样选择，使得该材料具有设置用于相应连接过程的特性，例如为第二构件的材料提供相应的钎焊、熔焊或粘接特性。

接合辅助元件可与第二构件的基础材料以材料锁合的方式接合。为此，特别有利的是，接合辅助元件由如下材料构成，该材料与第二构件的基础材料能充分地以材料锁合的方式接合、优选能充分地熔焊或钎焊。

在一种构型中设置，在接合位置处在第二构件中引入一个另外的接合辅助元件，并且第一构件的接合辅助元件与第二构件的接合辅助元件以材料锁合的方式连接。所述另外的接合辅助元件例如可以是金属块，即无头部且无杆部的金属板，该金属板被压入到第二构件中。所述第二接合辅助元件可(如对于第一接合辅助元件的保持区段所描述的那样)被压入到在一侧或两侧上设有压印部的通孔中。所述压印部例如可优选构造成倒棱。接合辅助元件的材料优选这样选择，使得接合辅助元件可足够好地相互以材料锁合的方式接合、优选可充分地熔焊或钎焊。此外，也可使用如下接合辅助元件作为第二接合辅助元件，如对于第一接合辅助元件所描述的那样，即该接合辅助元件具有相应的保持区段和附加的功能区段。

在一种有利的构型中，第一构件或第二构件或这两个构件由轻质结构材料例如轻金属(例如铝、镁或其合金)或由纤维复合塑料构成，并且所述接合辅助元件由钢构成。因此，有利地可实现，现代的轻质结构材料也能利用现有的接合设备(例如传统的电阻点焊设备)进行接合。所述第一和第二构件可由相同的或不同的材料构成。

所述功能区段例如可被用于将一个另外的构件固定在该构件组合体上。所述功能区段例如可被夹住或压入到所述另外的构件中相应的接纳部中或所述功能区段可以是固定所述另外的构件的螺纹连接件的一部分。可设想替代的固定可行性。

所述构件可优选由板材材料(例如钢板、铝板或镁板)或板材类材料例如纤维增强塑料(例如碳纤维增强的、玻璃纤维增强的或芳纶纤维增强的)构成或可以是有机板材。原则上也可以是铸件或型材部件，所述铸件或型材部件以板材类的方式构造在接合位置上。上述构件连接件例如特别适合于在0.5mm至5mm范围内的材料厚度并且尤其是也适合于具有2.99mm或更少强度的薄板材或精细板材。

所述构件可优选是车辆构件。优选地，所述构件组合体是组装构件(夹层构件)并且尤其是车身构件。然而，例如也可以是底盘构件或内饰构件。

所述构件组合体可具有唯一的接合位置，然而优选地所述构件在多个接合位置上相互连接。所述多个接合位置可构造成相同的亦或不同的。

所述构件组合体还可具有第三构件或其它构件，这些构件也借助于所述方法或借助于其它已知的接合方法连接。

此外，用于制造具有接合辅助元件的构件的方法，该方法具有以下步骤：

-在构件中的至少一个接合位置上产生通孔，

-引入压印部，使得所述通孔在至少一个边缘区域中被加宽，

-将接合辅助元件这样压入到所述通孔中，使得接合辅助元件的保持区段与孔壁以力锁合和/或形锁合的方式连接并且嵌接到压印部中，其中，接合辅助元件还具有功能区段。

还提出一种制造至少两个构件的构件组合体的方法，所述至少两个构件在至少一个接合位置上接合。该方法包括以下步骤：

-在构件中在至少一个接合位置上产生通孔，

-引入压印部，使得所述通孔在至少一个边缘区域中被加宽，

-将接合辅助元件这样压入到所述通孔中，使得接合辅助元件的保持区段与孔壁以力锁合和/或形锁合的方式连接并且嵌接到压印部中，其中，接合辅助元件还具有功能区段，

-将第二构件相对于第一构件定位和定向，以及

-在接合位置上通过熔焊、钎焊或粘接形成材料锁合的连接，其中，接合辅助元件与第二构件的基础材料以材料锁合的方式连接或者与在第二构件中设置在接合位置上的第二接合辅助元件以材料锁合的方式连接。

通过将保持区段嵌接到压印部或倒棱的区域中给出一种也沿接合轴线的方向的形锁合结构。

有利地，第二构件这样被定位，使得该第二构件设置在第一构件的背离功能元件的那侧上。

通孔例如可通过冲压或切割形成。压印部例如通过借助相应成形的压制工具的压制形成。这可与通孔的产生同时进行或在单独的制造步骤中进行，例如在通孔产生之前或之后进行。如果具有通孔的构件是由纤维复合塑料(fvk)制成的构件，则所述通孔例如可已经在制造fvk构件时、例如在挤压构件半部时构造有压印部。这样的压印部由于在通孔的边缘区域中提高的纤维体积含量实现所述加强。

如果通孔构造在金属构件中，则在一种构型中可有利的是，在形成通孔之前压印出压印部或倒棱。压印部或倒棱的压印在金属构件中产生凹部，其中，可能存在的构件涂层或氧化层至少部分地保留在粘接面上。

此外，在将接合辅助元件压入到构件中的情况下附加地可将保护层(例如用于防止接触腐蚀的膜)引入到接合辅助元件与孔壁之间。

利用所述方法，这些构件能以预固定的方式连接并且随后通过其它接合方法附加地相互连接。也可行的是，该构件组合体仅通过前述方法构造，其中，这些构件优选在多个接合位置上被连接。

如果在接合辅助元件与构件之间附加地引入一个另外的层(例如用于电化学分离或者一粘接层)，则通过挤压和/或热处理能够附加地实现材料锁合的连接。所述热处理可在压入过程之前、期间或之后进行。同样，通过将接合辅助元件与一个另外的构件焊接附加地在接合辅助元件与该接合辅助元件被压入其中的构件之间出现材料锁合的连接。

接合辅助元件的压入例如利用合适的工具，例如压制工具或c形弓形件进行。为此，保持区段被引入到相应的通孔中并且在那里被挤压，其中，保持区段的材料持续地变形并且力锁合地被挤压到孔壁上。此外，在一些构型中可设置，此外，保持区段的材料流到经压印的或倒棱的区域中并且在那里分别形成侧凹部。因此，接合辅助元件也沿接合轴线f的方向以形锁合的方式固定在该构件中。

如果在孔壁的另一边缘区域上也压制有环绕的压印部或倒棱，则所述压印部或倒棱可如对于第一压印部或倒棱所描述的那样产生。在将保持区段压入到通孔中之后，保持区段然后在这两个压印部或倒棱上具有侧凹部，所述侧凹部将所述保持区段固定在通孔中。

此外可行的是，所述通孔和/或压印部不是在单独的步骤中、而是通过引入接合辅助元件本身产生。所述通孔例如可产生，其方式为自开槽的接合辅助元件(例如借助旋转击穿)被压入到该构件中。

所述方法被用于制造上文所述的具有接合辅助元件的构件或用于制造构件组合体，从而实现为此描述的相同的技术效果和优点。

利用本发明可尤其是以混合结构方式低成本地且可重复地制造构件组合体和组装构件。能够实现将构件组合体与轻质结构材料(例如铝)在现有的焊接设备中并且利用现有的焊接工艺进行接合，因为例如通过使用由钢制成的接合辅助元件也可与铝构件相互接合或将铝构件与钢构件相互接合。按照本发明的构件组合体通过沉入在构件中的保持区段可特别是实施成平的，接合辅助元件利用该保持区段固定在构件上。此外，按照本发明的构件组合体的特征在于在接合连接件的构型高度灵活性的情况下实现高强度。此外，按照本发明的构件组合体也适用于薄板连接件。

借助附图并且结合以下的实施例说明，本发明的上述特点、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚和更易于理解。当在本申请中使用术语“可”时，则这不仅指在技术上的可行性而且指实际的技术实现。

附图说明

接下来借助附图阐释各实施例。附图中以示意性图：

图1示出一种示例性的按照本发明的构件组合体的剖面图，

图2示出另一示例性的构件组合体的剖面图，

图3示出用于压入接合辅助元件的操作方式，以及

图4示出另一示例性的构件组合体的剖面图。

具体实施方式

图1以剖面图示出构件组合体1的接合位置，该构件组合体包括两个构件2、3。构件组合体1利用按照本发明的方法制造。构件组合体1可具有多个这样的接合位置，这些接合位置可构造成相同的或不同的。

第一构件2是一种由轻质结构材料(例如铝或纤维复合塑料)制成的板形构件。术语“铝”也包括相应的铝合金。第二构件3是一种板形构件并且也由轻质结构材料制成。所述两个构件2、3在接合位置上直接借助于被压入到第一构件2中的第一接合辅助元件4和被压入到第二构件3中的第二接合辅助元件5通过将所述两个接合辅助元件材料锁合地连接的焊接点6固定地接合。所述接合辅助元件4和5分别由一种钢材构成。所述焊接借助于常规的电阻点焊工艺实施。另外的焊接方法或长形的焊缝也是可行的。作为熔焊的替代方式，接合辅助元件也可通过钎焊连接或粘接连接相互接合。必要时，所述构件附加地可在与所述接合位置不同的位置上进行粘接。

第一接合辅助元件4具有保持区段7，第一接合辅助元件借助该保持区段以力锁合且形锁合的方式被压入到第一构件2中，并且具有功能区段8，该功能区段在附图中仅示意性地示出，并且该功能区段构造用于实现另一个功能、优选提供一种另外的固定可行性。为此，所述功能区段8例如可设计为夹式连接件的一部分、设计为销或设计具有螺纹。

第一接合辅助元件4的保持区段7完全被接纳在第一构件2中。该保持区段不是支撑在第一构件2的表面上，而是通过两个侧凹部9和10也沿接合轴线f的方向以形锁合的方式固定在第一构件2中。

图2示出第一构件2和第一接合辅助元件4，在所述第一接合辅助元件被压入到第一构件2中之前。第一接合辅助元件4具有基本上圆柱形形状的无头部的保持区段7。该保持区段7被压入到通孔13中，该通孔在准备阶段中在第一构件2中例如通过切割或冲压产生。在孔13的边缘区域中分别压印一个以倒棱为形式的压印部14和15。保持区段8现在被压入到所述通孔13中，其中，保持区段8的材料持续地变形并且与孔壁形成力锁合的连接。此外，保持区段8围绕所述压印部14、15分别形成一个侧凹部。

第二接合辅助元件5是压入到第二构件3中的金属块，该金属块也通过两个侧凹部11和12以形锁合的方式沿接合轴线f的方向固定在第二构件中。第二接合辅助元件的压入如先前对于第一接合辅助元件描述的那样进行。

在后续的步骤中，第二构件相对于第一构件定位并且形成焊接连接部6，为此例如接合辅助元件能够与电阻点焊装置的电极接触。

图3示出一种替代的构件组合体1a。如果使用相同的附图标记，则相应地适用针对图1的说明。所述构件组合体1a包括具有其接合辅助元件4的第一构件2和由钢材构成的第三构件16。所述焊接连接部17将接合辅助元件4与第三构件16的基础材料以材料锁合的方式连接。

与常规的具有接合辅助元件的构件组合体不同地，可实现构件组合体的明显较小的高度，因为接合辅助元件在需要时能够与工件表面齐平地封闭。当然可行的是，接合辅助元件例如能够在接合位置的区域中伸出工件表面，例如以便有针对性地形成点火火花。

同样，在将接合辅助元件压入到构件中的情况下附加地可将未示出的保护层(例如用于防止接触腐蚀的膜)引入到接合辅助元件与孔壁之间。

各构件之间的示出间距不是必需的。在构件组合体中，各构件也可直接彼此重叠地放置。

尽管在附图中示出相应两个以倒棱为形式的压印部，构件中的通孔也可分别仅在一侧上设有压印部或倒棱。同样，所述压印部的形状不局限于在图1至图3中示出的倒棱几何结构，相反改变是可行的，例如在图4中示出的拱顶形的压印部14a。接合辅助元件也可在所述压入之前已经具有侧凹地贴靠在压印部上的形状，例如在图4中示出的圆柱形接合辅助元件4a具有在保持区段7的区域中加宽的头部区段18。

在图1-3中为了说明示出孔壁的走向，就好像在倒棱的区域中倾斜的孔壁直接过渡到垂直的孔壁区段中。然而，在实际中，在倾斜的壁区段与垂直的壁区段之间可构造有颈圈形环绕的平台，该平台由压印冲头的几何结构决定。

通过在通孔中压制的倒棱和压入的接合辅助元件实现非常高的强度。例如在一次试验中在厚度为2.5mm的由5000系铝合金制成的金属板中(120至140n/mm²的基础强度)将具有直径为12mm的通孔构造在芯中。在边缘区域上以45度的角度以0.7mm的压制深度和0.4mm的平台宽度压制出倒棱。由具有厚度为4mm的以及在挤压之前具有直径为11.7mm的由s355制成的圆柱形板材块被压入到通孔中。在挤压之后得出每侧8.5kn至12.6kn的用于块的拔出力。

所述实施例并非是按比例绘制和限制性的。专业人员技术范围内的改变也是可行的。

附图标记列表

1、1a构件组合体

2第一构件

3第二构件

4、4a、5接合辅助元件

6焊接点

7保持区段

8功能区段

9-12侧凹部

13通孔

14、15倒棱

16构件

17焊接连接部

18头部区段

f接合轴线