用于在使用压紧装置的情况下无预制孔地直接螺接至少两个构件的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在使用自成孔和自攻丝螺钉的情况下直接螺接至少两个构件的方法，其中，所述构件在旋拧过程期间借助压紧装置相互压贴。
[0002]另外，本发明涉及一种用于实施所述方法的设备。
【背景技术】
[0003]所说直接螺接应理解为在至少两个要接合的构件之间在没有事先将孔洞或钻孔(所谓的预制孔)加工到这些构件中的情况下形成螺纹连接。在直接螺接时既省去了用于加工预制孔的费用也省去了在定向对准要接合的构件时找孔的费用。
[0004]在本发明的范围内应该利用自成孔和自攻丝螺钉进行直接螺接，该螺钉具有头部和成形在该头部上的杆部，该杆部带有自成形的螺纹区段和用于形成旋挤孔(Flie fUochformen，通过塑性流变挤压成型而形成孔)的成孔区段。在所谓的形成旋挤孔的旋拧螺接中，将专门为此构造的自成孔和自攻丝螺钉以其成孔区段在连接位置或者旋拧位置上压靠于要接合的、相互定向对准的且没有预制孔的构件上，并使之旋转。由于产生的摩擦使连接位置局部变热，这样能使得构件材料塑化，所述构件材料于是便沿径向方向和沿轴向方向利用成孔区段发生塑性变形并且最终被穿透。在此，至少在其中一个要接合的构件上还形成出所谓的翻孔(Durchzug，也被称为旋挤孔(Flie β loch))，接下来，所述自成孔和自攻丝螺钉的自成形的螺纹区段嵌接到该翻孔中并且形成在构件之间力锁合的和形状锁合的连接。有益的是，在连接位置处单侧可接近性就足够了。
[0005]由DE 39 09 725 Cl已知一种用于形成旋挤孔的自成孔和自攻丝螺钉。
[0006]在直接螺接中(如前所述)由于构件材料的塑性变形可能导致在构件之间形成不希望有的并且不利的间隙。为了防止这样的间隙形成，在DE 103 48 427 Al中提出了使用一种压紧装置，该压紧装置在旋拧过程期间将构件相互压贴。通过作用的压紧力拟防止在构件之间形成间隙。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是，提供一种文首述及类型的方法，该方法符合新的要求并且该方法没有或者至少仅仅在减小的范围内具有伴随现有技术所出现的那些缺点。
[0008]此目的通过根据本发明的具有权利要求1所述特征的方法得以实现。
[0009]上述目的的解决方案还通过从属权利要求得以延伸，以及延伸至根据本发明的设备。
[0010]优选的扩展方案和构造方案对于两个发明主题来说类似地不仅可由各从属权利要求而且也可由下文的说明得出。
[0011]根据本发明的方法用于在使用自成孔和自攻丝螺钉的情况下无预制孔地直接螺接至少两个构件，所述螺钉具有头部和成形在该头部上的杆部，该杆部带有自成形的螺纹区段与用于形成旋挤孔的成孔区段，其中，所述构件在旋拧过程或者说旋入过程期间借助压紧装置(在连接位置或者说旋拧位置上)相互压贴，该方法规定:压紧装置在旋拧过程期间用以将构件相互压贴的作用力或者说压紧力在旋拧过程期间发生变化。
[0012]关于变化的压紧力，应理解为:压紧装置在旋拧过程期间用以将构件相互压贴或者相互挤压的压紧力不是恒定的，而是在旋拧位移上发生改变，这一点特别是根据一种限定的或者预设的力-位移-曲线来实现。
[0013]在此，主题思想如下:压紧装置不是在整个旋拧过程期间，而是仅仅在恰当的时间点或者在比较短的时间间隔期间以用于防止间隙形成的最大需要的压紧力或挤压力压靠所述构件，通过这种方式保护了构件并且特别是压紧装置直接(或者在必要时还间接地)作用到其上的上部构件。通过这种方式特别是可以保护由易损的构件材料或基本材质构成的构件并且防止或者至少减少上部构件上的表面损坏。
[0014]特别优选规定:压紧力在下部构件中构造旋挤孔期间是最高的，或者说达到其最高值(最大值)，因为在这个旋拧阶段中，由于被挤出的构件材料之故，间隙形成倾向是特别高的。但是，压紧力也可以在旋拧过程结束时达到其最大值或第二最大值(如下文还将进一步详细阐述的那样)。
[0015]关于要螺接的构件，特别可以是用于机动车车身的零件或者构件，诸如板材或者类似的构成物和型材(它们可以作为半成品或者作为空间结构成形的构件存在)，以及实体/立体的构成物诸如铸件等。
[0016]优选规定:压紧装置直接安放在最上部的构件上，该构件由非金属材料或者材质，诸如由纤维增强塑料(FVK)并且特别是由碳纤维增强塑料(CFK)构成。根据本发明的方法证明特别是对此是非常有益的，因为避免了上部构件上的过度的、时间上的压力载荷。优选规定:压紧力在旋拧过程期间只有当这一点为了防止间隙形成而绝对必需时才是最大的并且可以在其他旋拧阶段期间具有较低值并且甚至具有零值(即没有压紧力)。另外在这种情况下，通过压紧装置还可以防止或者至少最小化上部构件的由自成孔和自攻丝螺钉引起的损坏，诸如材料断裂和材料剥落。因此，该压紧装置可以具有多重作用。
[0017]压紧力可以以优选方式在旋拧过程期间在ON至2000N的范围内变化。在压紧力为ON时，构件在连接位置上未压紧在一起。压紧力也可以具有小于ON的值，通过这种方式例如能够使压紧装置向后退。特别优选规定:压紧力在100N至2000N的范围内并且特别是在1000N以上至2000N的范围内变化。
[0018]另外优选规定:压紧装置较为紧密地、特别是如在工艺技术上可行地那么紧密地围绕连接位置或者围绕旋拧位置在特别是圆环形的面内作用到上部构件上。在此，特别优选规定:所述圆环形的面尽可能地大，使得由施加的压紧力产生的单位面积压力很小并且防止或者至少最小化构件上的、并且特别是上部构件上的损坏(例如压紧装置压入表面中)。大的圆环形面的特征例如在于:它的径向环宽度(内圆与外圆之间的径向间距)相应于所使用的自成孔和自攻丝螺钉的头部直径的2至10倍并且特别是3至7倍。特别优选规定:圆环形的面(特别是与螺钉的头部直径相关联地)具有20_至60_范围内的外径。压紧装置的接触面也可以以其他形状(即非圆环形地)构造。另外，压紧装置可以在其接触面上构造有用于保护构件和特别是上部构件的保护层等。
[0019]优选规定:自成孔和自攻丝螺钉的成孔区段构造成专门用于将孔加工到上部构件中。可以通过成形或造型(即通过塑性材料挤压)和/或通过切削或切入(即材料分离和/或通过切削、刮剃、撕裂等)将孔加工到上部构件中。
[0020]特别优选规定:所使用的自成孔和自攻丝螺钉在其成孔区段上具有至少一个切削刃边等，该切削刃边能够在使螺钉沿一个旋转方向旋转时将孔加工或制造且特别是切削到特别是上部构件中，并且该切削刃边在使螺钉沿另一个或者说相反的旋转方向旋转时允许特别是在下部构件中形成旋挤孔。成孔区段上的至少一个切削刃边能够通过首先使螺钉沿一个旋转方向旋转将孔切削地或者在必要时也无切削地制造或者构造到特别是上部构件中，其中，压紧装置在此具有一种辅助功能。通过紧接着使螺钉沿相反的旋转方向旋转可以利用同一成孔区段特别是在下部构件中构造旋挤孔，紧接着，自成形的螺纹区段如文首述及的那样便可以嵌接到该旋挤孔中。通过这种方式特别是也可以使由不同材料构成的构件(例如FVK构件或CFK构件与金属构件，如下文还将进一步详细阐述的那样)机械接合(混合结构)。
[0021]上部构件可以由非金属材料或材质构成、优选由塑性的不能或者仅仅很难才可变形的材料构成并且特别是由脆的材料构成。特别优选，上部构件由纤维增强塑料(FVK)并且特别是由碳纤维增强塑料(CFK)构成，如上面所述的那样。下部构件可以由金属材料并且优选由塑性的可变形的或者可延展的构件材料构成。特别优选的是，下部构件由铝材或者钢材构成。
[0022]要螺接的构件至少在旋拧位置的区域内可以附加地相互粘接。恰好在此，直接螺接证明是特别有利的，因为不需要特别的准备措施，诸如使预制孔区域无粘合剂，这将导致粘合缝或粘合面中断并因此导致强度受损和/或耐久性受损。还使加工设备或者其工具/模具免遭溢出的粘合剂的污染。另外，通过使用压紧装置(如提出的那样)可以改进构件之间形成的粘接连接的强度和/或稳定性。为此，可以有利的是:压紧力在旋拧过程结束时再次提高或者达到其最大值。因此，可以非常有效地防止在形成间隙情况下构件的所谓松气(Aufatmen)。
[0023]根据本发明的用于实施本发明的方法的设备至少包括:
[0024]-螺杆，利用所述螺杆能够在旋拧过程期间将压力和转矩(通过随之发生的螺钉的旋转)施加到要拧入的自成孔和自攻丝螺钉上；和
[0025]-压紧装置，所述压紧装置构造为，使该压紧装置能够在旋拧过程期间将可变的压紧力施加到上部构件上。
[0026]优选规定:根据本发明的设备具有至少一个可调节的或者可控制的用于压紧装置的伺服驱动装置，该伺服驱动装置用于产生压紧装置运动和/或压紧力。优选是电子机械的伺服驱动。作为可选或者补充，也可以设置液压的和/或气动的伺服驱动装置来代替电子机械的伺服驱动装置。特别规定:为了在旋拧过程期间调节或者控制或改变压紧力，能够通过配属于所述设备的控制装置电子地或者在必要时还液压地或气动地控制这个伺服驱动装置。
[0027]另外，还可以设定在旋拧过程期间对压紧力和/或螺杆的旋转速度或者说转数的调整。在旋拧过程期间也可以与轴向作用的拧力(这是在旋拧过程中由螺杆沿轴向施加到螺钉上的压力)相关联地调节或者调整压紧力，其中，在旋拧过程期间该轴向作用的拧力(也被称为钻力)自身可以是变化的并且特别是可以控制的或调整的。
[0028]另外，优选规定:螺杆以及特别是还有其驱动装置，除了用于使转速和/或施加在到螺钉上的转矩变化的可能性之外，还设计或构造为用于可选择的向右-向左-运转，或者用于旋转方向逆转并且特别是用于快速转换的向右-向左-运转。螺杆的转速优选处于100至7000转每分钟的范围内并且也可以在这个范围内改变和/或调整。
【附图说明