裝配單元和用于制造裝配單元的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝配單元(1)，所述裝配單元具有裝配件(2)，所述裝配件具有裝配側(cè)(3)和從該裝配側(cè)指離的外側(cè)面(13)，所述裝配件確定用于固定在由不能與裝配件材料焊接的材料制成的基礎結(jié)構(gòu)(5)的配合面(4)上；所述裝配單元還具有構(gòu)造為套筒的焊接元件，其固定在裝配件的貫通孔內(nèi)，具有如下構(gòu)造形式：套筒的設置在外側(cè)面上的外端部帶有徑向伸出的、支撐在裝配件的外側(cè)面上的凸緣；套筒的從凸緣下側(cè)凸出的柄部具有與貫通孔的橫截面形狀相應的輪廓形狀和如下長度，該長度至少和裝配件在貫通孔的孔邊緣區(qū)域內(nèi)的厚度(18)一樣大；柄部以形鎖合在指向裝配側(cè)的方向(R2)上保持在貫通孔內(nèi)；柄部的設置在裝配側(cè)上的內(nèi)端部具有端面。
【專利說明】裝配單元和用于制造裝配單元的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有裝配件和焊接元件的裝配單元以及一種用于制造裝配單元的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]裝配件的固定、例如板狀的車身件在機動車的基礎結(jié)構(gòu)上的固定經(jīng)常通過點焊或者電阻焊進行。特別在汽車制造中例如出于節(jié)省重量的理由使用由輕材料如鋁制成的裝配件。當在此產(chǎn)生一種不能焊接的材料混合，也就是說當裝配件的材料不能與基礎結(jié)構(gòu)的材料焊接時，給該裝配件裝備一個或者多個焊接元件，所述焊接元件由在焊接技術(shù)的觀點上與基礎結(jié)構(gòu)的材料兼容的材料例如鋼制成。焊接元件固定在裝配件的貫通孔內(nèi)，其中，裝配件具有一個裝配側(cè)和一個與該裝配側(cè)指離的外側(cè)面。當裝配單元或者裝配件在基礎結(jié)構(gòu)的以下被稱為配合面的面上固定時，所述裝配側(cè)朝向該配合面。
[0003]在常規(guī)的、例如由W02012/041515 A1已知的所談及類型的連接的情況下，設有盤片形的焊接元件，所述焊接元件形鎖合地和/或力鎖合地嵌入在裝配件的貫通孔內(nèi)。構(gòu)造為基本上將貫通孔完全填充的盤片的焊接元件具有相對大的質(zhì)量，這特別在厚的裝配件的情況下對裝配單元的總重量起不利作用。通過使用輕結(jié)構(gòu)裝配件實現(xiàn)的重量節(jié)省由此至少部分被抵消。此外，裝配件的厚度必須按照不同的厚度的焊接元件或者焊接元件坯來使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]由此出發(fā)，本發(fā)明的任務在于，提出一種裝配單元，其中，能夠使用減小重量的焊接元件，而在此不負面影響在裝配單元和焊接元件之間的連接的強度。另外，焊接元件應該能以其初始形式、亦即焊接元件坯無問題地制造并且能為裝配件的大的厚度區(qū)域使用。
[0005]此外，本發(fā)明的任務在于，給出一種能簡單地實施的用于制造裝配單元的方法。
[0006]第一任務通過根據(jù)權(quán)利要求1的裝配單元解決，而第二任務通過根據(jù)權(quán)利要求14的方法解決。
[0007]本發(fā)明的裝配單元包括至少一個構(gòu)造為套筒的焊接元件，其中，套筒的設置在裝配件的外側(cè)面上的外端部帶有徑向伸出的凸緣。該凸緣至少以其凸緣下側(cè)的一部分支撐在裝配件的外側(cè)面上。通過該構(gòu)造形式保證在焊接元件和裝配件之間在朝向外側(cè)面延伸的方向上的形鎖合。
[0008]套筒的離開凸緣延伸的部分、亦即套筒從凸緣下側(cè)凸出的柄部具有如下的長度，該長度至少和裝配件在貫通孔的孔邊緣區(qū)域內(nèi)的厚度一樣大。柄部的設置在裝配側(cè)上的內(nèi)端部因此與裝配件的裝配側(cè)齊平或者以一個額定超出量突出于該裝配側(cè)。存在于柄部的內(nèi)端部上的端面用作與基礎結(jié)構(gòu)的配合面焊接的焊接面，因此所述焊接面為了建立焊接連接而可以與基礎結(jié)構(gòu)的配合面接觸。
[0009]套筒的柄部具有按照貫通孔的橫截面形狀的輪廓形狀，由此例如通過柄部的徑向擴大部而便利于在貫通孔的壁和柄部的外壁之間的形鎖合和/或摩擦鎖合的建立。
[0010]柄部以另一種形鎖合保持在貫通孔內(nèi)，更確切說以一種在指向裝配側(cè)的方向上的形鎖合。在此，焊接元件能夠以為稍后在基礎結(jié)構(gòu)上固定裝配單元所需要的強度固定在裝配件的貫通孔內(nèi)。因此裝配單元能夠無丟失焊接元件危險地運輸。此外，稍后在基礎結(jié)構(gòu)上的裝配就不必首先給裝配單元裝備焊接元件而言得以簡化，這點與相應的物流和方法技術(shù)的耗費相聯(lián)系。
[0011]通過焊接元件的套筒形的構(gòu)造形式，其材料量并且相應地其重量相對于盤片形的、實際上將裝配件的貫通孔完全填充的元件相比減小。但是在此，焊接連接的強度可以與利用中央的焊接區(qū)與基礎結(jié)構(gòu)連接的盤片形焊接元件相比擬或者甚至更高。一方面，以環(huán)形的端面能夠提供足夠大的焊接面。另一方面，相對于中央的點狀的焊接面或者焊接區(qū)，在裝配元件相對于焊接元件或者貫通孔的中心縱軸線的傾斜方面產(chǎn)生更高的抵抗能力。亦即，在所提出的連接的情況下，能夠傳遞更大的拉拔力，因為焊接元件在用于裝配件的連接位置處僅承受剪切負荷而不附加地還承受彎曲負荷。
[0012]在本發(fā)明的用于制造裝配單元的方法中，提供套筒作為焊接元件坯，所述焊接元件坯在其一個端部上帶有徑向伸出的凸緣，其中，套筒的從凸緣下側(cè)凸出的柄部具有與貫通孔的橫截面形狀相應的輪廓形狀和如下長度，該長度至少和裝配件在孔邊緣區(qū)域內(nèi)的厚度一樣大。焊接元件坯如此插入到貫通孔內(nèi)，使得凸緣貼靠在裝配件的外側(cè)面上并且柄部的裝配側(cè)的內(nèi)端部與裝配側(cè)齊平或者以一個超出量從裝配側(cè)凸出。焊接元件的套筒形構(gòu)造形式的另一個優(yōu)點是，所述焊接元件能夠借助一個從裝配側(cè)引入的沖具按照簡單的方式形鎖合地與裝配件連接。為此目的，使套筒柄部的至少一個離開焊接面延伸的部分區(qū)域徑向擴寬，并且在此在構(gòu)成柄部和裝配件之間的形鎖合的情況下，使所述部分區(qū)域在離開裝配側(cè)并且朝向凸緣延伸的方向上塑性變形。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]現(xiàn)在參照附圖更詳細地闡述本發(fā)明及其它有利的實施方案。圖(主要以橫剖視圖)中:
[0014]圖1A示出裝配單元的第一實施例，該裝配單元包括由一個貫通孔穿過的裝配件和一個套筒形的、嵌入到貫通孔內(nèi)的焊接元件，
[0015]圖1B示出沿圖1A的箭頭IB的方向的俯視圖。
[0016]圖2A-D從一個焊接元件坯和一個裝配件出發(fā)示出圖1A的裝配單元的制造，
[0017]圖3示出圖1A的局部III，其示出焊接元件和裝配單元之間的形鎖合的第一變型方案，
[0018]圖4示出一個相應于圖3的視圖，其示出在焊接元件和裝配單元之間的備選的形鎖合，
[0019]圖5A、B示出兩個具有不同厚度的裝配件的裝配單元的對比，
[0020]圖6A-6D示出用于按照圖1的裝配單元的備選的制造方式，
[0021]圖7示出圖1的實施例的一種變型方案，
[0022]圖8示出圖1的實施例的另一種變型方案，
[0023]圖9A示出圖1的裝配單元的一種實施變形方案，所述裝配單元包括一個具有中心孔的焊接元件，
[0024]圖9B示出用于圖9A的裝配單元的焊接元件坯，
[0025]圖10A示出用于圖1的裝配元件的另一種實施變型方案的焊接元件坯和裝配件，
[0026]圖10B示出制成的裝配單元，亦即圖10A的部分處于裝配狀態(tài)下，
[0027]圖11示出借助焊接電極來焊接裝配單元與基礎結(jié)構(gòu)，
[0028]圖12A-12D示出裝配單元的第二實施例的制造，
[0029]圖13示出按照圖12D的裝配單元，然而具有一個較大厚度的裝配件，
[0030]圖14示出按照圖12D或者圖13B的裝配單元與基礎結(jié)構(gòu)的焊接，
[0031]圖15示出一個與基礎結(jié)構(gòu)焊接的裝配單元。
【具體實施方式】
[0032]在附圖中示出的裝配單元1包括一個裝配件2，所述裝配件例如是一個板狀的成形件，所述成形件要固定到一個基礎結(jié)構(gòu)5(圖15)、例如機動車的框架結(jié)構(gòu)或者類似部件上。該裝配件2具有一個裝配側(cè)3，該裝配側(cè)在最終裝配狀態(tài)下(亦即當裝配單元2按照圖15與基礎結(jié)構(gòu)5的配合面4焊接時)朝向該基礎結(jié)構(gòu)或者所述配合面。裝配件2被至少一個貫通孔6貫穿。在貫通孔6內(nèi)形鎖合地固定一個以套筒7的形狀構(gòu)成的焊接元件S。套筒7在其離開裝配側(cè)3的外部端部8上具有一個徑向伸出的凸緣9。該凸緣橫向于貫通孔6或者焊接元件S的中心縱軸線26延伸，并且以其凸緣下側(cè)10完全地(如這在圖11的裝配單元1的情況下如此)或者部分地貼靠在裝配件2的外側(cè)面13上。該外側(cè)面13至少在貫通孔6的孔邊緣區(qū)域內(nèi)平行于裝配側(cè)3以及橫向于上述中心縱軸線26延伸并且背離裝配側(cè)3。套筒7、其柄部14的離開凸緣下側(cè)延伸的部分延伸到貫通孔6內(nèi)并且具有與貫通孔6的橫截面形狀相應的輪廓形狀。在圖中示出的實施例的情況下，貫通孔6具有圓形的橫截面形狀。柄部14的外壁15大部分面狀地貼靠在孔壁16上。
[0033]柄部14的長度至少和裝配件2在貫通孔6的孔邊緣區(qū)域內(nèi)的厚度18 —樣大(圖3)。當柄部長度17大于厚度18時，套筒7或者柄部14的設置在裝配側(cè)3的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)端部19以一個額定超出量20從裝配側(cè)3凸出。所述超出量的大小不是隨機的，而是預定的，從而在按照圖15的最終裝配狀態(tài)下在裝配件2和基礎結(jié)構(gòu)5之間存在一個規(guī)定的空隙23，在所述空隙內(nèi)例如設置一個絕緣層24。該絕緣層24例如用于通過阻止裝配件3和基礎結(jié)構(gòu)5之間的直接接觸并且阻止潮氣侵入空隙23內(nèi)而防止接觸腐蝕。然而，裝配件3和基礎結(jié)構(gòu)5之間的空隙23并非在任何情況下都需要，例如當不擔心接觸腐蝕時。于是套筒7的內(nèi)端部19幾乎與裝配側(cè)3齊平，從而存在于所述端部的端面25為建立焊接連接而能夠與基礎結(jié)構(gòu)的配合面4接觸并且能夠與其焊接。
[0034]焊接元件S在貫通孔6內(nèi)的形鎖合的固定借助兩種相反地起作用的形鎖合進行。一方面這里要提到凸緣9，所述凸緣貼靠在裝配件2的外側(cè)面13上或者徑向搭接貫通孔6的外側(cè)的孔邊緣區(qū)域。按照這種方式，一種形鎖合在一個平行于貫通孔6的中心縱軸線26延伸的且朝向外側(cè)13延伸的方向R1上得以保證。在按照圖15的最終裝配狀態(tài)下，該方向R1以直角指向基礎結(jié)構(gòu)5的配合面4上。
[0035]一種在與方向R2相反的方向R2上起作用的第二形鎖合通過如下方式實現(xiàn)，即，孔壁16的一個離開裝配側(cè)3的區(qū)段和至少內(nèi)部的柄部端部19的外壁15朝向裝配件2的裝配面3以互補的方式圓錐形擴大。當裝配件3的材料具有比焊接元件S的材料更小的硬度或者更容易變形時，形鎖合的該實施方案于是是符合目的的。該形鎖合于是能夠按照簡單的方式通過如下方式制造，即，至少焊接元件S或者構(gòu)成稍后的焊接元件S的焊接元件坯的原來的圓柱形柄部14’的內(nèi)端部19利用一個擴大工具基本上圓錐形擴大，其中，在此原來的圓柱形孔壁在擴大的情況下塑性變形，并且最終柄部14的向圓錐形的變形具有互補的圓錐形形狀。
[0036]另一種在R2方向上建立在裝配件2和焊接元件S之間的形鎖合的可能性在于，內(nèi)部的柄部端部19的一個徑向外部區(qū)域27徑向搭接裝配件3的在后接合面28，其中，在后接合面28背離裝配件2的外側(cè)面13并且橫向于貫通孔6的中心縱軸線26延伸(圖4)。當裝配件2的材料具有比焊接元件S的材料更大的硬度或者更難塑性變形時，這種類型的形鎖合于是是符合目的的。在制造裝配單元1時，位于貫通孔6內(nèi)的柄部的內(nèi)端部19利用擴大工具徑向擴大。在此，這基本上僅如此導致柄部14的塑性形變，即，柄部14的徑向外部區(qū)域27徑向搭接在后接合面28。在圖4中示出的實施例中，該在后接合面是裝配側(cè)3的一個離開孔壁16延伸的區(qū)域。當不設有柄部14的額定超出量20時這種形鎖合也是可能的。在后接合面28于是例如是貫通孔6內(nèi)的一個徑向凸肩(未示出)。
[0037]額定超出量20通過軸向鐓鍛焊接元件來調(diào)整。因此在裝配狀態(tài)下存在一個在軸向被鐓鍛的焊接元件S，其柄部14以額定超出量從裝配件2的裝配側(cè)3凸出。一個或多或少被鐓鍛的焊接元件S的使用具有如下優(yōu)點:根據(jù)要與基礎結(jié)構(gòu)5連接的裝配件2的厚度18，可以使用統(tǒng)一的焊接元件坯40，亦即具有同一個的結(jié)構(gòu)尺寸或者柄部長度17’的焊接元件坯40。焊接元件坯40的初始超出量46 (圖2C)可以匹配于裝配件2的相應厚度18以這樣的程度沿軸向被鐓鍛，使得柄部14的內(nèi)端部19在裝配狀態(tài)下以額定超出量20從裝配側(cè)3凸出。
[0038]在圖1A的裝配單元中，柄部14的內(nèi)端部19由橫壁29閉鎖。橫壁29的邊緣區(qū)域與套筒壁30構(gòu)成一個V形的、朝向外部的套筒端部8敞開的槽33。用作焊接面的端面25設置在槽33的以V形設置的邊之間的連接區(qū)上。橫壁29的位于槽33的徑向內(nèi)部的中心區(qū)34在圖1A的實施例中在一個平行于裝配件2的裝配側(cè)3的平面內(nèi)延伸。焊接元件S以沿軸向被鐓鍛的狀態(tài)存在。在其背離裝配件2的外側(cè)面13的側(cè)面上存在一個由中心區(qū)34和槽33圍起的凹腔49。
[0039]在圖7和8的實施變型方案中，橫壁29的中心區(qū)34不在一個平面內(nèi)延伸，而以一個朝向裝配件的外側(cè)面13敞開的盆形部35的形式來構(gòu)造。該盆形部底的背離裝配件2的外側(cè)面13的下側(cè)36與套筒7的端面25齊平并且構(gòu)成一個附加的焊接面，利用所述附加的焊接面能夠?qū)⒑附釉與基礎結(jié)構(gòu)5的配合面4相焊接。在圖8的實施變型方案中，橫壁29的中心區(qū)34同樣以盆形部35的形狀構(gòu)造。然而，該盆形部的下側(cè)36朝向裝配件2的外側(cè)面13縮進，使得在由套筒7的端面25撐開的平面和下側(cè)36之間存在一個軸向間隔37。在按照圖15的最終裝配狀態(tài)下通過該間隔37留出一個空隙(未示出)，所述空隙例如可以用于容納粘接層38(圖8)。在圖9A的實施變型方案中，橫壁29被一個中心孔39貫穿。僅還存在橫壁29的一個位于徑向外部區(qū)域，所述區(qū)域形成槽33的徑向內(nèi)部的邊。因此不存在上面提及類型的中心區(qū)34。
[0040]在制造裝配件1時首先提供套筒7’作為焊接元件坯40。套筒7’基本上相應于制成的裝配件1的稍后的套筒7。其套筒壁30’尚未徑向擴大，因此尚具有原來的圓柱形的形狀。在其外端部8上形成上面已經(jīng)說明的凸緣9。套筒7’的稍后的內(nèi)端部19由橫壁29’閉鎖，該橫壁29’在一個橫向于焊接元件坯的中心縱軸線43延伸的平面內(nèi)延伸。提供一個裝配件2，所述裝配件被至少一個貫通孔6貫穿。貫通孔6具有圓柱形的橫截面形狀，其中，貫通孔的直徑45比柄部14’的外徑44稍大。因此柄部14’可以無問題地插入到貫通孔6內(nèi)。在插入過程結(jié)束時，凸緣9以其凸緣下側(cè)10貼靠在裝配件2的外側(cè)面13上(圖2C)。柄部14’的長度17’如此確定尺寸，使得柄部14’以一個超出量46從裝配件2的裝配側(cè)3凸出。
[0041]作為下一方法步驟，完全普遍地借助一個從裝配側(cè)13引入的擴大工具、亦即沖具47進行柄部14’的離開內(nèi)端部19延伸的部分區(qū)域或者軸向區(qū)段的擴大和塑性變形。該措施的結(jié)果是徑向被擴大的柄部14和裝配件2之間在指向裝配側(cè)13的方向R2上的形鎖合。在圖2A-D中示出的情況下，柄部14’的稍后的內(nèi)端部19由橫壁29’閉鎖。為構(gòu)成按照圖1A的裝配單元1而使用沖具47，所述沖具具有一個帶有圓錐形延伸的側(cè)壁50的中心的圓形的凸起42并且該凸起42被一個環(huán)形的凹陷53包圍。凸起42和包圍其凹陷53 —起形成一個沖具面，該沖具面與焊接元件7、S的背離裝配件的外側(cè)面13的側(cè)面互補。
[0042]在一個安放在凸緣9上的配合保持器48的配合作用下，橫壁29’的中心區(qū)通過凸起42被壓入到套筒14’的內(nèi)部，其中，同時由于凸起42的圓錐形的側(cè)壁50，套筒7’被徑向擴寬并且初始的超出量46被縮短到額定超出量20。初始超出量46的相應縮短的程度取決于裝配件2的厚度18。裝配件2越薄，焊接元件坯40的橫壁29’被沖具47相對于由凸緣9撐開的平面E壓得越遠，并且在橫壁29的背離裝配件2的外側(cè)面13的側(cè)面上通過上述塑性形變產(chǎn)生的凹腔49越深。在圖5B的具有較厚的裝配件2的裝配單元1的情況下，在平面E和橫壁29或者其中心區(qū)34之間存在一個軸向間隔54。相反地，在圖5A的具有較薄的裝配件2的裝配單元1的情況下，橫壁29的中心區(qū)34與平面E齊平。因此在裝配件2之間的厚度差借助在軸向鐓鍛焊接元件坯40時構(gòu)成的槽33來補償:隨著裝配件2的厚度18減小，該槽的徑向位于內(nèi)部的邊55的長度增加，直到該邊相應于按照圖5A的狀態(tài)具有和槽33的徑向位于外面的、由套筒壁30形成的邊一樣的長度。
[0043]在圖2A-D中示出的例子中，裝配件2的材料比焊接元件坯40的材料更軟并且因此更可變形。與此相應地，孔壁16與套筒壁30的圓錐形擴大部互補地變形，這可從圖3可清楚得出的那樣。對于裝配件由比焊接元件S更硬的或者更難于塑性形變的材料而制成的情況，提供另外一種備選的制造方式，如從圖6A-D能得出的那樣。由于所述硬度差，裝配件2的具有貫通孔6的區(qū)域可以作為用于從板材坯料56制造焊接元件坯40的拔絲模55。為此，將板材坯料56放置在貫通孔6上，確切說與貫通孔的中心縱軸線26同中心地放置，并且借助深沖沖具57將板材坯料56的徑向內(nèi)部的區(qū)域在構(gòu)成焊接元件坯40的套筒壁30和橫壁29’的情況下擠壓穿過貫通孔6。焊接元件S的凸緣9由板材坯料56的一個徑向位于外部區(qū)域形成，其中，其由深沖沖具57的一個凸緣狀的徑向突出的部分58平整地(flach)壓到裝配件2的外側(cè)面13上。因此在該方法變型方案中，焊接元件坯40的成形及其到貫通孔6內(nèi)的引入在一個唯一的方法步驟中進行。
[0044]焊接元件坯40的為與裝配件2形鎖合連接的塑性變形按照圖6C進行，亦即按照上述方式和方法(參見對圖2C和2D的說明)同樣地進行。不過由于裝配件2的較硬的材料，貫通孔6的孔壁16不是圓錐形展寬。相反地，焊接元件S的內(nèi)部的柄部端部19的徑向外部區(qū)域27通過沖具47徑向向外排擠，其中，在構(gòu)成在R2方向上起作用的形鎖合的情況下，所述區(qū)域徑向搭接作為在后接合面28起作用的裝配面13 (也參見圖4)。
[0045]圖9A的實施變型方案的制造可以按照與上述相同的方式進行。僅使用一個焊接元件坯40，其橫壁29’ (如在圖9B中所示的那樣)被一個中心孔39’貫穿。對于根據(jù)圖7和8的實施變型方案也可以使用上述的制造方法。不過為使朝向裝配件2的外側(cè)面13敞開的盆形部35成型，需要一個具有一個互補地成形的凸起(未示出)的沖具和一個具有一個相應的凹陷(未示出)的沖具47。
[0046]在圖10B中示出一個裝配單元1，其中，在凸緣9和裝配件2的外側(cè)面13之間或者在凸緣下側(cè)10上存在一個絕緣層59a，以便例如防止接觸腐蝕。這種絕緣層59b也可以存在于套筒7的柄部14和孔壁16之間的縫內(nèi)或者在柄部14的外壁15上。這種類型的絕緣特別在裝配件由CFK制成的情況下是符合目的的。這種材料/碳纖維增強塑料表現(xiàn)出像貴金屬一樣的電化學特性。
[0047]為了制造具有絕緣層59a和/或59b的裝配單元1，例如可以給焊接元件坯40的相應的平面、亦即例如凸緣下側(cè)10和柄部14配設相應的涂層。然而將把一個這樣的焊接元件坯40插入到裝配件2的貫通孔中時存在如下危險，即，在外側(cè)存在于柄部14’上的絕緣材料至少部分地又被刮掉。為避免這點，使用一個這樣的焊接元件坯40，其凸緣下側(cè)10與柄部14’的外壁15構(gòu)成一個銳角α。在凸緣下側(cè)10上以這樣的量涂裝絕緣材料59’，該量大于為了形成稍后的在凸緣9和裝配件2之間的絕緣層59a的量。在以按照圖2A-D的處理方式壓入坯40時，首先導致凸緣9的外邊緣70貼靠在裝配件2的外側(cè)面13上。當凸緣9在該制造方法的其它過程中，以其凸緣下側(cè)10壓靠到外側(cè)面13上并且在此如此變形時，使得它在橫向于貫通孔的中心縱軸線26延伸時，絕緣材料59”在凸緣下側(cè)10上在構(gòu)成絕緣層59b的情況下壓入到一個存在于柄部14和孔壁16之間的縫60中。為了使縫60具有相應的用于絕緣材料59’的容納能力，柄部14’的外徑44和貫通孔6的直徑45相應地互相協(xié)調(diào)。
[0048]裝配單元1或者與裝配件2連接的焊接元件S、7與基礎結(jié)構(gòu)5的焊接借助安放在焊接元件的凸緣側(cè)上的第一焊接電極SE1和一個與基礎結(jié)構(gòu)接通的第二焊接電極SE2(圖11和圖14)進行。利用存在于凸緣側(cè)上的接觸面63將第一焊接電極SE1與焊接元件S、7電接通，所述接觸面具有一個較大的面作為焊接元件的內(nèi)端部19的端面25，所述端面用作焊接面、亦即與基礎結(jié)構(gòu)相焊接。通過所述的面關系保證，在端面25的區(qū)域內(nèi)存在大的電流密度，從而在端面25的區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)生金屬的熔化和焊接。
[0049]在圖11所示的例子中，接觸面63存在于凸緣9的環(huán)形隆起71上。該環(huán)形隆起71是凸緣9的在方向R2上隆起的區(qū)域。與圖1A的實施變型方案相反，凸緣9的僅一個徑向向外離開環(huán)形隆起71延伸的部分區(qū)域64貼靠在裝配側(cè)13或者貫通孔6的孔邊緣區(qū)域上，而非環(huán)形隆起71的下側(cè)。這種實施方案的效果是，沒有焊接電流或者至少僅焊接電流的少部分流過裝配件2，并且因此在按照箭頭65的俯視圖中位于凸緣9下面的孔邊緣區(qū)域不被強烈地加熱。
[0050]在上述焊接元件S、7中，柄部14的內(nèi)端部19利用橫壁29至少部分閉鎖。在另一種實施變型方案中，橫壁129存在于柄部14的外端部8上(圖12D)。在此，橫壁129在形成凸緣9的情況下徑向越過柄部14。如在上面說明的具有內(nèi)側(cè)的橫壁29的實施變型方案的情況，焊接元件由于徑向搭接貫通孔的邊緣的凸緣并且借助在方向R1上的第一形鎖合而固定在裝配件2上或者在貫通孔內(nèi)。
[0051]在方向R2上起作用的第二形鎖合也按照與在第一實施變形方案中同樣的方式來實現(xiàn)。為此至少套筒7或者焊接元件S的內(nèi)端部19徑向展寬，其中，當焊接元件S、7相對于裝配件2由一種更硬的、更不容易變形的材料制成時，存在一種按照圖3的形鎖合。柄部14的至少一個連接于端面25上的縱區(qū)段被徑向擴寬，其中，外壁15或者所述縱區(qū)段由此構(gòu)成為圓錐形的。與外壁配合作用的孔壁16或者其縱區(qū)段互補地變形。而在相反的材料混合的情況下，存在按照圖4的形鎖合。
[0052]具有帶有外側(cè)的橫壁129的焊接元件S、7的裝配單元1的制造(如圖12B和12C所示)原理上按照和在再上面說明的同樣方式進行。焊接元件坯40的內(nèi)端部19’的徑向擴寬以在圖2C和6C中示出的類型的沖具47進行。該沖具47同樣包括具有圓錐形的側(cè)壁50的凸起42和包圍該凸起的環(huán)形的凹陷53。對于軸向鐓鍛焊接元件坯40所需要的配合保持器48至少面狀地貼靠在凸緣9上。當沖具47和配合保持器48彼此相對運動時，所述坯40的柄部14’被軸向鐓鍛。在此，由于凸起42的圓錐形的側(cè)壁50附加與軸向鐓鍛地在構(gòu)成在方向R2上起作用的形鎖合的情況下還進行柄部14’的內(nèi)端部19’的徑向擴寬。焊接元件坯40的套筒壁30’在此受鐓鍛決定地而變厚。套筒壁30的連接于裝配單元1的焊接元件S、7上的縱區(qū)段形成一個變厚的區(qū)域66，該區(qū)域的內(nèi)壁67與沖具凸起42的圓錐形的側(cè)壁50互補地成形。
[0053]在制造上述裝配單元1的情況下，同樣使用適合用于不同厚度18的裝配件2的焊接元件坯40。裝配件2的厚度18越大，變厚的區(qū)域66的軸向延伸尺寸越小。這樣在圖12D的具有較薄的裝配件2的裝配單元1的情況下，所述軸向延伸尺寸68大于在圖13的使用較厚的裝配件2的裝配單元1的軸向延伸尺寸。
[0054]根據(jù)圖12D和圖13的裝配單元的焊接又利用兩個焊接電極SE1、SE2 (圖14)進行。利用接觸面163將焊接元件S、7由安放在其凸緣側(cè)面上的第一焊接電極接通，所述接觸面又大于柄部14的端面25。此外，接觸面163隆出地從橫壁129的背離裝配件2的側(cè)面凸出，其中，所述接觸面由橫壁129的盤片形的凸起69的表面形成。該凸起不搭接貫通孔6的邊緣，從而焊接電流不越過孔邊緣區(qū)域?qū)蛑梁附用婊蛘叨嗣?5。裝配件2的沿箭頭65的方向看設置在凸緣9的下面的孔邊緣區(qū)域由此不強烈地受熱。
[0055]圖15示出一個最終裝配狀態(tài)下的裝配單元，其中，所述裝配單元在一個基礎結(jié)構(gòu)5的配合面4上借助焊接元件S、7焊接。裝配件2與基礎結(jié)構(gòu)5的間接的連接一方面通過焊接元件S、7的凸緣9在貫通孔6的孔邊緣區(qū)域內(nèi)的徑向搭接和另一方面通過焊接元件S、7的端面25與基礎結(jié)構(gòu)5的配合面4的焊接連接72而產(chǎn)生。在裝配件2和基礎結(jié)構(gòu)5之間的空隙23中存在一個材料層，所述材料層例如作為用于避免接觸腐蝕的絕緣層24和/或還作為用于提高承載能力的粘接層起作用。
[0056]附圖標記列表
[0057]1 裝配單元
[0058]2 裝配件
[0059]3 裝配側(cè)
[0060]4 配合面
[0061]5基礎結(jié)構(gòu)
[0062]6貫通孔
[0063]7套筒
[0064]8(7的)外端部
[0065]9凸緣
[0066]10凸緣下側(cè)
[0067]13外側(cè)面
[0068]14柄部
[0069]15(14 的)外壁
[0070]16孔壁
[0071]17(14 的)長度
[0072]18(2 的)厚度
[0073]19(7的)內(nèi)端部
[0074]20額定超出量
[0075]23空隙
[0076]24絕緣層
[0077]25端面
[0078]26中心縱軸線
[0079]27(7的)徑向外部區(qū)域
[0080]28在后接合面
[0081]29橫壁
[0082]31(29的)內(nèi)側(cè)面
[0083]30套筒壁
[0084]33槽
[0085]34(29的)中心區(qū)
[0086]35盆形部
[0087]36下側(cè)
[0088]37間隔
[0089]38粘接層
[0090]39中心孔
[0091]40焊接元件坯
[0092]42(47上的)凸起
[0093]43(40的)中心縱軸線
[0094]44(7，的)外徑
[0095]45(6 的)直徑
[0096]46超出量
[0097]47沖具
[0098]48配合保持器
[0099]49凹腔
[0100]50側(cè)壁
[0101]53凹陷
[0102]54軸向間隔
[0103]55拔絲模
[0104]56板材還件
[0105]57深沖沖具
[0106]58 (53 的)部分
[0107]59絕緣層
[0108]60縫
[0109]63接觸面
[0110]64部分區(qū)域
[0111]65箭頭
[0112]66 (14的)變厚的區(qū)域
[0113]67內(nèi)壁
[0114]68軸向延伸尺寸
[0115]69凸起
[0116]70外邊緣
[0117]71環(huán)形隆起
[0118]72焊接連接
[0119]129橫壁
[0120]163接觸面
[0121]S焊接元件
[0122]R1 方向
[0123]R2 方向
【權(quán)利要求】
1.裝配單元(I)，具有裝配件(2)，所述裝配件具有裝配側(cè)(3)和從裝配側(cè)指離的外側(cè)面(13)，所述裝配件確定用于固定在由不能與該裝配件(2)材料焊接的材料制成的基礎結(jié)構(gòu)(5)的配合面(4)上；還具有一個構(gòu)造為套筒(7)的焊接元件(S)，所述焊接元件固定在裝配件(2)的貫通孔(6)內(nèi)，其特征在于，具有如下構(gòu)造形式: -套筒(7)的設置在外側(cè)面(13)上的外端部(8)帶有徑向伸出的、支撐在裝配件(2)的外側(cè)面(13)上的凸緣(9)， -套筒⑵的從凸緣下側(cè)(10)凸出的柄部(14)具有與貫通孔(6)的橫截面形狀對應的輪廓形狀和如下長度(17)，該長度至少和裝配件(2)在貫通孔(6)的孔邊緣區(qū)域內(nèi)的厚度(18) 一樣大， -柄部(14)以形鎖合在指向裝配側(cè)(3)的方向(R2)上保持在貫通孔(6)內(nèi)， -柄部(14)的在裝配側(cè)(3)上設置的內(nèi)端部(19)具有端面(25)，所述端面用作為與基礎結(jié)構(gòu)(5)的配合面(4)焊接的焊接面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配單元(I)，其特征在于，套筒(7)的柄部(14)以額定超出量(20)從裝配件(2)的裝配側(cè)(3)中凸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝配單元(I)，其特征在于，為構(gòu)成所述形鎖合，孔壁(16)的至少一個離開裝配側(cè)(3)延伸的縱區(qū)段和柄部(14)的至少內(nèi)端部(19)的外壁(15)朝向裝配側(cè)(3)圓錐形擴大。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝配單元(1)，其特征在于，為了構(gòu)成形鎖合，內(nèi)部的柄部端部(19)的徑向外部區(qū)域(27)徑向搭接裝配件(2)的橫向于貫通孔(6)的中心縱軸線(26)延伸的并且指向基礎結(jié)構(gòu)(5)的在后接合面(28)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝配單元(I)，其特征在于，所述在后接合面(28)是貫通孔(6)的裝配側(cè)的孔邊緣區(qū)域。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝配單元(I)，其特征在于，柄部(14)的內(nèi)端部(19)以一個預定的額定超出量(20)從裝配件(2)的裝配側(cè)(3)凸出。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝配單元(I)，其特征在于，套筒(7)的外端部(8)由橫壁(129)閉鎖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝配單元，其特征在于，橫壁(129)在形成凸緣(9)的情況下徑向超出于柄部(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的裝配單元(1)，其特征在于，柄部(14)的內(nèi)端部(19)由橫壁(29)至少部分地閉鎖，其中，橫壁(29)的邊緣區(qū)域用套筒(7)的壁(30)構(gòu)成V形的、朝向外部的套筒端部(8)敞開的槽(33)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝配單元(I)，其特征在于，橫壁(29)的指向和裝配件(2)的裝配側(cè)(3)相同方向的側(cè)面具有中心區(qū)(34)，所述中心區(qū)形成另一個、可與基礎結(jié)構(gòu)(5)的配合面(4)焊接的焊接面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝配單元(I)，其特征在于，由中心區(qū)(34)形成的另外的焊接面與存在于柄部(14)的內(nèi)端部(19)上的端面(25)齊平。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝配單元，其特征在于，凸緣(9)的下側(cè)(10)帶有絕緣層(59a) ο
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝配單元，其特征在于，在柄部(14)的外壁(15)上存在絕緣層(59b)。
14.用于制造裝配單元(I)的方法，所述裝配單元(I)具有裝配件(2)，所述裝配件具有裝配側(cè)(3)和從該裝配側(cè)指離的外側(cè)面(13)，所述裝配件確定用于固定在由不能與裝配件(2)材料焊接的材料制成的基礎結(jié)構(gòu)(5)的配合面(4)上；所述裝配單元還具有焊接元件(S)，所述焊接元件固定在裝配件(2)的貫通孔(6)內(nèi)，其特征在于，所述方法包括如下步驟: -提供套筒(7’)作為焊接元件坯(40)，所述焊接元件坯在其一個端部上帶有徑向伸出的凸緣(9)，其中，套筒(7’)的從凸緣下側(cè)(10)凸出的柄部(14’)具有與貫通孔(6)的橫截面形狀相應的輪廓形狀和如下長度(17’)，該長度至少和裝配件(2)在孔邊緣區(qū)域內(nèi)的厚度(18) 一樣大， -焊接元件坯(40)如此引入到貫通孔(6)內(nèi)，使得凸緣(9)至少部分地貼靠在裝配件(2)的外側(cè)面(13)上并且柄部(14’ )的裝配側(cè)的內(nèi)端部(19’ )與裝配側(cè)(3)齊平或者以超出量(46)從該裝配側(cè)凸出， -借助從裝配側(cè)(3)引入的沖具(47)，柄部(14’)的至少一個離開內(nèi)端部(19’)延伸的縱區(qū)段徑向擴大，并且在此，在構(gòu)成在柄部(14)和裝配件(2)之間的形鎖合的情況下，所述縱區(qū)段在指向裝配側(cè)(13)的方向(R2)上塑性變形。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，柄部(14’)如此徑向擴大，使得在此，裝配件(2)的孔壁(16)和至少所述縱區(qū)段在構(gòu)成各一個朝向裝配側(cè)(3)擴大的圓錐面的情況下塑性變形。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，柄部(14’)如此徑向擴大，使得焊接元件坯(40)的內(nèi)部的柄部端部(19)的徑向外部區(qū)域(27)徑向搭接裝配件(2)的橫向于貫通孔(6)的中心縱軸線(26)延伸的并且從裝配件(2)的外側(cè)面(13)指離的在后接合面(28)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述在后接合面(28)是裝配側(cè)(3)的離開孔壁(16)延伸的區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或者17所述的方法，其特征在于，焊接元件坯(40)的成形及其在貫通孔(6)內(nèi)的引入在一個唯一的方法步驟中通過如下方式進行，即，使板材坯料(56)放到貫通孔(6)上并且借助一個深沖沖具(47)在構(gòu)成焊接元件坯(40)的柄部(14)的情況下穿過貫通孔(6)地壓制該板材坯料(56)的徑向中央?yún)^(qū)域，其中，板材坯料(56)的徑向外部區(qū)域形成凸緣(9)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到17之一所述的方法，其特征在于，所述超出量(46)大于焊接元件(S)在稍后的裝配狀態(tài)下從裝配側(cè)(3)中凸出的額定超出量(20)，在所述裝配狀態(tài)下，焊接元件(S)以預定的最終強度固定在裝配件(2)的貫通孔￠)內(nèi)，其中，通過對焊接元件坯(40)的軸向的鐓鍛調(diào)整該額定超出量(20)。
【文檔編號】F16B5/06GK104421261SQ201410642685
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】W·施奈德 申請人:力倍連接技術(shù)有限責任兩合公司