用于电阻元件焊接的自冲的接合件和具有至少一个这种接合件的部件复合结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于电阻元件焊接的自冲的接合件和具有至少一个这种接合件的部件复合结构，所述接合件用于使两个以上的由扁平材料制成的部件相连接，所述接合件具有头部（110a）和在其上形成的柄部（120a），其中柄部（120a）在其远离于头部（110a）的轴向端部的端面上设计有尖端（130a）。提出了，柄部（120a）设计成在轴向方向上可镦粗的柄部，为此尖端（130a）在柄部（120a）的轴向端面上由圆环面（140a）围绕，其一方面在冲裁过程期间用作切割面，并且另一方面在镦粗过程期间用作力作用面，用于施加在轴向方向（L）上起作用的镦锻力。本实用新型还涉及一种部件复合结构，具有第一部件、第二部件、第三部件和至少一个这种自冲的接合件（100a）。
【专利说明】用于电阻元件焊接的自冲的接合件和具有至少一个这种接合件的部件复合结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于电阻元件焊接的自冲的接合件，用于连接两个以上的由扁平材料制成的部件。
[0002]本实用新型还涉及一种部件复合结构，具有两个以上的由扁平材料制成的部件。【背景技术】
[0003]由DE 10 2004 025 492 Al已知了一种用于通过压装和随后焊接接合件来接合或者说连接多个由扁平材料制成的部件或者说接合部件的方法。铆钉形式的接合件这样设计，它具有至少一个切割刃或尖端，在待连接的或者说待接合的部件事先已经彼此定位之后，接合件利用该切割刃或尖端、借助于机械负载被带动通过第一或者说上部部件并且与第二或者说下部部件机械接触。在随后的电阻焊接过程(所谓的电阻元件焊接)中，在接触位置处实现了在接合件和第二部件之间的材料配合，由此借助于接合件产生了在部件之间的形状-和力配合连接。以有利的方式，仅第二或者说下部部件必须能与接合件焊接。因此，由不同材料制成的部件可以被相互连接。
[0004]由DE 42 37 361 C2已知了一种自冲的接合件，具有头部和在其上形成的柄部，用于将铝板和钢制部件相连接。在焊接之前，接合件首先被这样装入铝板中，使得它自冲裁通孔。通过在头部的底面上的环形凸起，铝材被挤出并且朝向事先由柄部冲裁的通孔变形，这导致了柄部在通孔中的紧凑的配合(strammen Sitz)。接合件因此被防丢失地并且定位精确地紧固直至焊接。
[0005]所述的现有技术涉及了两个待连接的部件，其中这些部件典型地由可塑性变形的材料制成。然而现代的部件复合结构也可以具有接合区域或者说接合位置，其中三个或更多的部件应被相互接合或者说连接。此外，待连接的部件通常不具有塑性的材料特性(像例如CFK部件)。从中得出了对接合件的新要求。
实用新型内容
[0006]因此本实用新型的目的是，提出一种开头所述类型的自冲的接合件，其适合于连接两个以上的部件，其中所述部件中的至少一个也可以由不能塑性变形的材料制成。
[0007]所述目的通过一种根据本实用新型的、具有权利要求1所述特征的自冲的接合件来实现。
[0008]所述目的也可以利用并列权利要求通过一种具有至少一个根据本实用新型的自冲的接合件的部件复合结构来实现。
[0009]优选的改进方案和设计方案类似于两个实用新型主题由从属权利要求以及由下面的说明中得出。
[0010]根据本实用新型的自冲的接合件具有头部和在其上形成的柄部或者说销栓，其中柄部在其远离于头部的轴向端部的端侧或者说端面上设计有尖端或凸出部。提出了，柄部设计成在轴向方向上(在头部的方向上)可镦粗的柄部，为此尖端或凸出部在柄部的轴向端面上由圆环面围绕，该圆环面一方面在冲裁过程期间用作切割面，并且另一方面在接下来的或者说随后的镦粗过程期间用作力作用面，用于施加在轴向方向上(在头部的方向上)起作用的镦锻力。
[0011]根据本实用新型的接合件也可以被称为接合辅助件或连接辅助件。
[0012]扁平材料被理解为类似于板的材料，其中它可以是金属材料、塑料材料、塑料复合材料、例如CFK、夹层材料等等。
[0013]根据本实用新型的自冲的接合件在各个方面满足了在连接两个以上的部件时的要求，其中所述部件中的至少一个也可以由不能塑性变形的材料制成。在下面的说明中，以非限制性的方式涉及了仅由一个根据本实用新型的自冲的接合件用于连接的相关部件，其中当然也可以设置多个根据本实用新型的自冲的接合件，用于连接所述部件。
[0014]借助于根据本实用新型的自冲的接合件连接多个由扁平材料制成的部件优选地以如下方式来实现。首先借助于根据本实用新型的自冲的接合件预先接合或者说预先固定两个或多个待连接的部件，如下面还要详细说明。这一点如此实现，即根据本实用新型的自冲的接合件至少利用其尖端或凸出部从接合复合结构中向外伸出(或者说具有突出部)，并且因此能与另一个部件相接触，接合件随后也与该部件以电阻焊接工艺焊接，如开头所述。柄部的轴向长度因此特别是如此测定尺寸，使得尖端或凸出部在镦粗后为了预先固定而从最下部的部件上突出或者说从最下部的部件中向外伸出，并且形成用于随后的电阻焊接过程的焊接接触面。突出部优选地在0.3mm至0.7mm的范围中。
[0015]根据本实用新型的自冲的接合件的柄部或者说销栓特别是设计成柱形的。也能设计成锥形的。在其远离头部的端部上构成了根据本实用新型的、带有尖端或凸出部的自冲的接合件，其中尖端或凸出部一方面支持了冲裁过程并且另一方面用作焊接接触面。关于柄部的端侧或者说端面的轴向俯视图，尖端或凸出部特别是这样由圆环面围绕，使得圆环面的内圆相应于尖端或凸出部的根圆，并且圆环面的外圆相应于端侧或者说端面的外边棱。也就是说，尖端或凸出部并非占据整个端面。优选地，圆环面和尖端或凸出部彼此同轴地设计。特别是提出，圆环面的平面大致垂直于柄部的纵轴线延伸。在柄部的端侧上的圆环面具有双重功能，如下面详细阐述的那样。
[0016]利用所提出的在柄部的端面上的圆环面提供了有效的切割面，利用该切割面可以较为简单地穿透两个或多个彼此定位的部件，特别是即使当所述部件之一由不能塑性变形的材料制成时。优选地提出，切割面具有环形的剪切边棱，其中该剪切边棱可以设计成尖棱的或也可能具有倒圆。
[0017]利用所提出的在柄部的端面上的圆环面此外还提供了一种用于施加在轴向方向上起作用的镦锻力的力作用面，从而柄部在穿透彼此定位的部件之后可以被镦粗。镦粗被理解为柄部的塑性变形，与其随之出现的是轴向长度的缩短和至少局部的横截面增大。镦粗特别是这样实现，使得柄部在其远离头部的端部上获得了最大的横截面增大。这种变形可以通过柄部的锥形的初始形状得到改进，其中最大的横截面位于柄部的端部上。通过所述镦粗，使得待接合的部件形状配合地且力配合地在柄部的变形的端部和头部的底面之间以侧凹的方式夹紧并且直至随后与另一部件的焊接过程而可靠地预先固定，其中也防丢失地保持根据本实用新型的接合件。这样预先固定的部件可以由任意的材料和特别也由热-和温度敏感的材料制成。也在材料组合方面不存在限制，这例如在混合结构方面，特别在机动车车身制造中是有利的。
[0018]用于镦粗柄部的镦锻力特别通过属于安装工具(压紧工具或者说冲裁工具)的模具施加，其一方面具有钻孔，用于清除由根据本实用新型的自冲的接合件所产生的孔废料块(块状废料)；并且另一方面可以利用钻孔边缘压靠到根据本实用新型的自冲的接合件的圆环面上，以便实现柄部的镦粗，而不会由此明显损坏端面上的尖端或凸出部。必要的镦锻力通过向前驱动根据本实用新型的自冲的接合件和/或通过模具在相反方向上的运动而产生。
[0019]在柄部的端面上的圆环面优选地具有0.2mm至0.4mm的径向宽度并且特别具有约
0.3mm的径向宽度。利用这种圆环宽度可以在上面说明的圆环面双重功能方面实现特别好的结果。当(端面的区域中的)柄部直径为4.0mm至8.0mm时，尖端或凸出部的直径(在基面上测定尺寸)为3.4_至7.4_。因此得出了在尖端面或凸出部面和环绕的圆环面之间的面比例为2.5比I至6比I。
[0020]优选地提出，在端面的外周边棱上设计有在轴向方向上突出的或从端面凸出的切割边棱。该外周边棱特别也是圆环面的外边棱或外圆。优选地，该外周边棱设计成环形的切割边棱。利用这种切割边棱可以改进冲裁过程。凸出的切割边棱的轴向的超出部可以在
0.1mm至0.3mm的范围中和特别为约0.2mm。
[0021]在根据本实用新型的自冲的接合件的柄部上可以设计有多个环形的凹槽、然而设计有至少一个这样的环形的凹槽。这个优选地凹形构成的凹槽用于，在镦粗之后实现在预先固定的或预先接合的部件和接合件之间的附加的形状配合。
[0022]根据本实用新型的自冲的接合件的头部可以设计成扁头(Flachkopf)。该头部同样可以设计成沉头(Senkkopf)。沉头提供的优点是，可以在接合件和待接合的部件的平面或者说表面之间齐平地封闭(或者仅较小的超出)。扁头在柄部直径相同的情况下提供了在部件表面和接合件的头部的底面之间更大的接触面，其中能有利地实现更高的连接刚性。扁头的更大的头部直径在电阻焊接时还提供了对于电极增大的电接触面。
[0023]关于其接触面相对较大地确定尺寸的扁头除了上面说明的优点之外也提供了以下优点:即使待接合的扁平材料在电阻焊接时发生熔化(在这里特别危险的例如是铝板)，仍提供了足够大的接触面以确保所需的承载能力。在柄部直径为4.0mm至8.0mm时,扁头例如可以具有8.0mm至14.0mm的直径。
[0024]优选地，根据本实用新型的自冲的接合件一体地由成型实心钢材制成。相应地它是成型件而不是旋转件。基本上直的圆柱形的柄部有利于成型制造。例如将20MnB4材料考虑为钢材。
[0025]特别优选地提出，根据本实用新型的自冲的接合件至少在柄部上涂层并且特别是金属涂层。例如可以将基于锌的、基于锌和镍的或基于铝的涂层考虑为金属涂层。涂层特别是用于，克服在待连接部件之间的电镀问题。
[0026]根据本实用新型的部件复合结构包括第一部件、第二部件、第三部件和至少一个根据本实用新型的自冲的接合件，其中提出了，接合件形状配合地穿透第一部件和第二部件并且特别是利用柄部的端面与第三部件通过电阻-焊接或者说电阻-压焊而材料配合地连接。这些部件特别是扁平材料。[0027]第一部件是那种根据本实用新型的接合件的头部贴靠在其上的部件。第二部件布置在第一和第三部件之间。第一和第二部件在一定程度上在第三部件和接合件的头部的底面之间形状配合地和力配合地夹紧。特别优选地因此设计了大的头部接触面，为此特别将头部设计成扁头。根据本实用新型的部件复合结构也可以包括三个以上的部件。
[0028]特别优选地提出了，部件复合结构的部件至少在接合件的区域中附加地粘贴。粘贴提高了牢固性并且克服了在被连接的部件之间的电镀问题。此外也可以将粘合剂用作防腐蚀和/或密封材料。例如可以将糊状的热硬化的结构粘合剂用作粘合剂，特别是用于车身制造中。替代地也可将这些部件涂层。在第一和第二部件之间的粘合剂在定位这些部件之前已被施加。在此，在根据本实用新型的接合件上的圆环面拥有另一个功能，即将所产生的孔废料块(块状废料)与在部件或接合对(Fugepartner )之间的粘合剂共同通过安装工具的模具无污染地排出。
[0029]特别优选地提出，第三或者说最下部的部件(关于接合件的压入方向)是经过压模淬火(pressgehjirtet)的板材成型件。接合件与这种经过压模淬火的板材成型件焊接在一起。根据本实用新型的自冲的接合件因此能实现利用经过压模淬火的钢板材料、特别是由不同的扁平材料来制造部件复合结构。以这种方式，例如铝板、镁板、CFK扁平材料、塑料扁平材料等能以任意组合与经过压模淬火的钢板材料接合成部件复合结构(混合结构)。
[0030]一种用于电阻元件焊接的自冲的接合件，用于使两个以上的由扁平材料制成的部件相连接，所述接合件具有头部和在其上形成的柄部，其中所述柄部在其远离于所述头部)的轴向端部的端面上设计有尖端或凸出部，其特征在于，所述柄部设计成在轴向方向上能镦粗的柄部，为此所述尖端或凸出部在所述柄部的轴向端面上由圆环面围绕，所述圆环面一方面在冲裁过程期间用作切割面，并且另一方面在镦粗过程期间用作力作用面，用于施加在轴向方向上起作用的镦锻力。
[0031]在所述柄部的端面上的所述圆环面具有0.2mm至0.4mm的径向宽度。
[0032]在所述柄部的端面上的所述圆环面具有0.3mm的径向宽度。
[0033]在端面的外周边棱上设计有在轴向方向上突出的切割边棱。
[0034]在所述柄部上设计有多个环形的凹槽。
[0035]所述柄部的轴向长度如此测定尺寸，使得所述尖端或凸出部在镦粗后还伸出并且形成焊接接触面。
[0036]所述头部设计成扁头或沉头。
[0037]所述接合件一体地由成型实心钢材制成。
[0038]所述接合件至少在所述柄部上进行金属涂层。
[0039]一种部件复合结构，具有由扁平材料制成的第一部件、第二部件和第三部件，和至少一个按前述权利要求中任一项所述的自冲的接合件，其中所述接合件形状配合地穿透所述第一部件和第二部件并且与所述第三部件通过电阻-焊接材料配合地连接。
[0040]所述第三部件是经过压模淬火的钢板部件。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]下面以非限制性的方式参考示意性的和不严格遵循比例的附图详细说明本实用新型。在附图中示出的和/或在下面说明的特征可以与具体特征组合无关地成为本实用新型的单独的特征。
[0042]图1以侧视图示出了根据本实用新型的自冲的接合件的第一种实施可能性。
[0043]图2以截面图示出了根据图1的接合件的插入。
[0044]图3以侧视图示出了根据本实用新型的自冲的接合件的第二种实施可能性。
[0045]图4以截面图示出了根据图2的接合件的插入。
[0046]图5以侧视图示出了根据本实用新型的自冲的接合件的第三种实施可能性。
[0047]图6以放大的细节视图中示出了根据本实用新型的自冲的接合件的端侧的外周边棱的两种实施可能性。
【具体实施方式】
[0048]在附图中示出了具有相同的附图标记的、相同的或功能相同的元件或者说组件。然而为了更简单地区分各种不同的实施可能性，应用了附注a，b和C。在下面所述的尺寸是“可能的”尺寸并且以非限制的方式涉及一种根据本实用新型的自冲的接合件，其柄部的直径为4.0mm至8.0mm。较大的和较小的根据本实用新型的自冲的接合件可以相应地确定尺寸。所述的尺寸如果没有不同的表述则对于所有的实施可能性都是适用的。
[0049]图1示出了自冲的接合件100a。接合件IOOa具有头部110a，该头部带有形成在其上的柄部或者说销栓120a。设计成旋转对称的接合件IOOa的纵轴线用L表示。设计成平头的头部IOOa在其底面上具有环形槽112a。柄部120a在其背对头部IlOa的端面上设计有尖端130a或者替代地凸出部。根据本实用新型提出，尖端130a在柄部120a的轴向端面上由位于外部的圆环面140a围绕，该圆环面一方面在冲裁过程期间用作切割面(切割压力接触面)，并且另一方面在随后的镦粗过程期间用作力作用面，用于施加沿轴向方向(沿头部IlOa的方向)起作用的镦锻力，如上所述。
[0050]柄部120a的轴向长度a在1.5mm至5.0mm的范围中，其中该长度决定性地通过要连接的部件(210和220 ;见图2)在接合位置上的厚度来确定。头部IlOa的头部直径b在
8.0mm至14.0mm的范围中。柄部120a的直径d在4.0mm至8.0mm的范围中。尖端130a的直径c在3.4mm至7.4mm的范围中，由此得出了圆环面140a的径向宽度约为0.3mm。尖端130a的轴向高度e在0.1mm至1.0mm的范围中。
[0051]图2示出了部件复合结构200的制造，其具有第一部件210、第二部件220、第三部件230和根据图1的自冲的接合件100a。
[0052]为了制造部件复合结构200，首先将两个部件210和220连接成预先接合的或预先固定的接合复合结构200A，如所示出地那样。为此将两个部件210和220彼此定位。随后，自冲的接合件IOOa通过轴向的力加载而压紧，其中两个部件210和220被穿孔。这种穿孔通过柄部120a的端面上的圆环面140a得到帮助，从而在两个部件210和220中插入精确的通孔。随后，柄部120a在轴向方向上被镦粗，其中所需要的镦锻力通过圆环面140a施加。柄部120a的这种镦粗导致了在柄部120a的、远离头部IlOa的下端部上的横截面增大，由此形成了在部件210和220与接合件IOOa之间的侧凹的形状配合。所产生的侧凹(Hinterschnitt) f 可以在 0.1mm 至 0.5mm 的范围中。
[0053]柄部120a的镦粗这样实现，使得尖端130a可能变形但不会被损坏。接合件IOOa利用其尖端130a从部件210和220之间的预先固定的接合复合结构200A中向下(也就是说在背离头部IlOa的侧面上)伸出。轴向的超出部g (焊接长度区域)在0.3mm至0.7mm的范围中。从预先固定的接合复合结构200A中向外伸出的尖端130a与第三和关于头部IlOa在最下部的部件130a接触并且以电阻压焊工艺焊接，其中形成了焊接核心。
[0054]在头部IlOa的底面上的环形槽112a用于在压入接合件IOOa时接纳弹性变形的材料并且实现头部下侧更好地贴靠在第一部件210上。由此也改进了在头部IlOa和第一部件210之间的密封，特别是针对腐蚀性介质的进入。
[0055]图3示出了自冲的接合件IOOb的另一种实施可能性，其替代平头IlOa而具有沉头110b。此外，接合件IOOb可以具有结合图1和2说明的接合件IlOa的所有特征。头部IlOb的头部直径b (在其最宽的位置上)在6mm至12mm的范围中。尺寸c,d和e与根据图1的接合件中相同。柄部120b的柄部长度a可以相同或略小。
[0056]图4示出了在两个部件210和220之间的预先固定的接合复合结构200A，其中接合复合结构200A像结合图2所述地那样制造。尺寸f和g与图2中示出的接合复合结构相同。有利地，沉头IlOb与平头IlOa (见图2)相比从上部的部件210突出的明显更少。通过还存在的超出部，焊接电极与第一或者说上部的部件210的接触被阻止。
[0057]图5示出了自冲的接合件IOOc的另一种实施可能性，其基本上符合于图1中示出的接合件100a。与根据图1的接合件IOOa不同的是，在接合件IOOc的柄部120c上设计有多个环形的凹槽122c。凹槽122c可以沿轴向方向彼此并排设置或者彼此间隔开。凹槽122c引起了与部件210和220的附加的形状配合，这可以从图2或图4的观察中得出。优选设计成相同的凹槽122c的轴向凹槽高度(凹槽宽度)在1.0mm至4.0mm的范围中。优选凹形构成的凹槽122c的径向凹槽深度在0.05mm至0.15mm的范围中。这种凹槽122c也可以设置在图3中示出的接合件IOOb中。
[0058]图6示出了柄部120上的端侧的外周边棱的两种实施可能性，像它在所有前面说明的接合件IOOaUOOb和IOOc中可以设置得那样。端侧的外周边棱此外用作在制造预先固定的接合复合结构200A期间压入接合件时的切割边棱(剪切边棱)。在上面示出的实施可能性中，夕卜周边棱设计成倒圆。倒圆半径(冲裁边棱半径)k可以在0.1mm至0.5mm的范围中。在下面示出的实施可能性中，外周边棱设计成在轴向方向上从圆环面140上突出的切割边棱142。突出的切割边棱142的轴向的超出部(冲裁边缘高度)m可以在0.1mm至0.3mm的范围中并且特别是约为0.2mm。
[0059]附图标记列表
[0060]100自冲的接合件
[0061]110 头部
[0062]112环形凹槽
[0063]120柄部(或者说销栓)
[0064]122 凹槽
[0065]130尖端(或者说凸出部)
[0066]140圆环面
[0067]142切割边棱
[0068]200部件复合结构
[0069]200A接合复合结构[0070]210第一部件
[0071]220第二部件
[0072]230第三部件
[0073]a柄部长度
[0074]b头部直径
[0075]c尖端直径(在支座上)
[0076]d柄部直径
[0077]e尖端高度
[0078]f侧凹
[0079]g超出部(焊接长度区域)
[0080]h轴向的凹槽高度(凹槽宽度)
[0081]i凹槽深度
[0082]k倒圆半径 (冲裁边棱半径)
[0083]m轴向超出部
[0084]L纵轴线。
【权利要求】
1.一种用于电阻元件焊接的自冲的接合件(100)，用于使两个以上的由扁平材料制成的部件(210、220、230)相连接，所述接合件具有头部(110)和在其上形成的柄部(120)，其中所述柄部(120)在其远离于所述头部(110)的轴向端部的端面上设计有尖端(130)或凸出部， 其特征在于，所述柄部(120)设计成在轴向方向上能镦粗的柄部，为此所述尖端(130)或凸出部在所述柄部(120)的轴向端面上由圆环面(140)围绕，所述圆环面一方面在冲裁过程期间用作切割面，并且另一方面在镦粗过程期间用作力作用面，用于施加在轴向方向(L)上起作用的镦锻力。
2.按权利要求1所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，在所述柄部(120)的端面上的所述圆环面(140)具有0.2mm至0.4mm的径向宽度。
3.按权利要求2所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，在所述柄部(120)的端面上的所述圆环面(140)具有0.3mm的径向宽度。
4.按权利要求1至3中任一项所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，在端面的外周边棱上设计有在轴向方向(L)上突出的切割边棱(142)。
5.按前述权利要求1所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，在所述柄部(120)上设计有多个环形的凹槽(122)。
6.按前述权利要求1所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，所述柄部(120)的轴向长度(a)如此测定尺寸，使得所述尖端(130)或凸出部在镦粗后还伸出并且形成焊接接触面。
7.按前述权利要求1所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，所述头部(110)设计成扁头或沉头。
8.按前述权利要求1所述的自冲的接合件(100),其特征在于,所述接合件一体地由成型实心钢材制成。
9.按前述权利要求1所述的自冲的接合件(100)，其特征在于，所述接合件至少在所述柄部(120)上进行金属涂层。
10.一种部件复合结构(200)，具有由扁平材料制成的第一部件(210)、第二部件(220)和第三部件(230)，和至少一个按前述权利要求中任一项所述的自冲的接合件(100)，其中所述接合件(100)形状配合地穿透所述第一部件(210)和第二部件(220)并且与所述第三部件(230)通过电阻-焊接材料配合地连接。
11.按权利要求10所述的部件复合结构(200)，其特征在于，所述第三部件(230)是经过压模淬火的钢板部件。
【文档编号】F16B19/06GK203702802SQ201320402308
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2012年7月10日
【发明者】M.格劳尔, T.诺亚克, J.阿梅迪克 申请人:大众汽车有限公司