本發(fā)明涉及一種用于在第一構(gòu)件的接合部位(Fuegestelle)處接合第一構(gòu)件與第二構(gòu)件的方法，其中，第一構(gòu)件具有至少一個大致平面地構(gòu)造的第一結(jié)構(gòu)元件、大致平面地構(gòu)造的第二結(jié)構(gòu)元件和至少局部地布置在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的具有塑料的中間層。

此外，本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)元件復(fù)合體(Bauelementverbund)，其包括第一構(gòu)件和在第一構(gòu)件的接合部位處與第一構(gòu)件相連接的第二構(gòu)件。

此外，本發(fā)明涉及一種用于在第一構(gòu)件處的接合部位的接合部位準(zhǔn)備以在第一構(gòu)件的接合部位處將第一構(gòu)件與第二構(gòu)件接合的裝置。

背景技術(shù)：

在汽車制造中已知輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如基于鋁材或復(fù)合板構(gòu)件。尤其在車身制造中，用于碰撞相關(guān)構(gòu)件的高強(qiáng)度鋼與用于大面積構(gòu)件的多層復(fù)合板的組合是尤其相對于使用鋁材在經(jīng)濟(jì)上更有利的輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計。復(fù)合板通常由較薄的、例如0.2mm至0.3mm厚的由鋼構(gòu)成的蓋板和例如由熱塑性塑料構(gòu)成的帶有通常在0.2mm與1.5mm之間厚度的具有塑料的中間層構(gòu)成。與其它已知的車身板相比，單位面積重量在此明顯更小。這樣的復(fù)合板構(gòu)件的另一優(yōu)點是其較高的抗彎強(qiáng)度。

布置在這兩個較薄的由鋼構(gòu)成的蓋板之間的中間層電絕緣且因此不適合用于電阻焊、電弧焊和束焊(Strahlschweissen)。為了在車身制造中使用這樣的復(fù)合板構(gòu)件，因此須進(jìn)一步開發(fā)適合于大批量的接合技術(shù)。然而熱接合工藝由于該中間層而不能工藝可靠地應(yīng)用。由于較高的工藝溫度，導(dǎo)致較強(qiáng)的泡沫和飛濺形成以及導(dǎo)致復(fù)合板構(gòu)件的損壞。板式構(gòu)件以及功能元件(例如連接元件，如螺柱(Bolzen)和螺母)的材料配合的安裝同樣由于中間層而不可實現(xiàn)。在功能元件(例如連接元件)機(jī)械接合的情況下塑料中間層導(dǎo)致連接強(qiáng)度的降低。在接合過程中所產(chǎn)生的在復(fù)合板構(gòu)件與功能元件之間的夾持力可在KTL工藝中在大約180°C的范圍中的溫度下通過在中間層的材料中的蠕變過程消除。

根據(jù)目前的現(xiàn)有技術(shù)因此優(yōu)選地將板形的構(gòu)件機(jī)械地與復(fù)合板構(gòu)件接合。用于連接復(fù)合板構(gòu)件與功能元件(例如連接件，如螺柱和螺母)的接合方法在現(xiàn)有技術(shù)中尚未知。

為了焊接多層復(fù)合板，由文件DE 101 11 567 A1已知制造部分地不帶絕緣中間層的構(gòu)件。在這些位置處可進(jìn)行電阻點焊。

由文件DE 10 2011 054 362 A1已知一種用于制造帶有金屬邊緣區(qū)域的復(fù)合板件的方法，其中，其具有兩個由金屬構(gòu)成的外部蓋板和至少一個布置在蓋板之間的由塑料構(gòu)成的層。

在文件WO 2013/020 636 A1中說明了一種用于接合板式結(jié)構(gòu)元件與由熱塑性塑料構(gòu)成的中間層以準(zhǔn)備接合部位的方法。在此提出將中間層局部地熔融和擠壓且借助于焊接建立兩個結(jié)構(gòu)元件的材料配合的連接。為此，在擠壓中間層之后在一區(qū)域中施加焊接電流，直至這兩個結(jié)構(gòu)元件中的至少一個加熱直到超過其熔點且部分液化。由此可在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間建立材料配合的連接。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是將用于接合多層構(gòu)件與另外的構(gòu)件的方法(其中，多層構(gòu)件的中間層由具有塑料的中間層構(gòu)成)進(jìn)一步改進(jìn)成使得多層構(gòu)件可機(jī)械地且電氣地與另外的元件相連接。

該目的通過一種用于在第一構(gòu)件的接合部位處接合第一構(gòu)件與第二構(gòu)件的方法來實現(xiàn)。第一構(gòu)件具有至少一個大致平面地構(gòu)造的第一結(jié)構(gòu)元件和大致平面地構(gòu)造的第二結(jié)構(gòu)元件以及至少局部地布置在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的具有塑料的中間層。

根據(jù)本發(fā)明，第一構(gòu)件因此多層地、優(yōu)選地作為復(fù)合板構(gòu)件來構(gòu)造。平面地構(gòu)造在本發(fā)明的意義中應(yīng)理解成，在縱向和/或?qū)挾确较蛏系纳煺勾笥跇?gòu)件的厚度。例如，第一構(gòu)件的兩個結(jié)構(gòu)元件是板式的、優(yōu)選地具有鋼的結(jié)構(gòu)元件。具有塑料的中間層是電絕緣的且優(yōu)選地是彈性的或熱塑性的。特別優(yōu)選地，具有塑料的中間層由聚乙烯或聚酰胺或由聚乙烯和聚酰胺的組合構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的用于在第一構(gòu)件的接合部位的區(qū)域中接合或連接這兩個構(gòu)件的方法設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求1的步驟a)至c)。構(gòu)件的連接在本發(fā)明的意義中應(yīng)理解成構(gòu)件的接合。

在接合部位的區(qū)域中在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的接觸應(yīng)理解成，這兩個結(jié)構(gòu)元件在該區(qū)域中觸碰，因為在步驟a)中在該區(qū)域中中間層被擠壓。優(yōu)選地，在步驟a)中為了擠壓中間層在接合部位的區(qū)域中將第一和/或第二結(jié)構(gòu)元件加熱。接下來或在加熱期間，優(yōu)選地在接合部位的區(qū)域中將壓力施加到第一和/或第二結(jié)構(gòu)元件上，直到中間層(14)在接合部位(15)的區(qū)域中在第一結(jié)構(gòu)元件(12)與第二結(jié)構(gòu)元件(13)之間被擠壓。

通過在步驟b)中施加電壓，因此在兩個結(jié)構(gòu)元件之間產(chǎn)生電接觸。因此優(yōu)選地設(shè)置成，僅當(dāng)在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間建立了接觸時，那么才實施至少步驟b)或者說那么才將電壓施加到這兩個結(jié)構(gòu)元件處。

電壓例如可在規(guī)定的時間段結(jié)束之后被施加到這兩個結(jié)構(gòu)元件處。該時間段被定義成使得可充分可靠地由此出發(fā)，即在步驟a)中通過擠壓中間層在接合部位的區(qū)域中在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間建立接觸。優(yōu)選地設(shè)置成，在步驟a)中探測何時在接合部位的區(qū)域中在第一結(jié)構(gòu)元件與第二結(jié)構(gòu)元件之間建立接觸，以便在步驟b)中施加電壓。因此，施加電壓的時刻不或至少不僅僅取決于規(guī)定的時間段。特別優(yōu)選地，通過該接觸的探測所產(chǎn)生的信號被用于在步驟b)中施加電壓或者說用于引入步驟b)。

在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的接觸的探測優(yōu)選地借助于測試電壓來執(zhí)行。為此施加測試電壓到這兩個結(jié)構(gòu)元件處。借助于電阻測量和/或電流測量來探測何時在接合部位的區(qū)域中在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間建立了接觸。測試電壓可經(jīng)由在步驟a)和/或步驟b)中所使用的工具(例如沖頭)來施加。

此外，在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的接觸的探測可借助于行程測量來執(zhí)行。例如可為此來測量用于在步驟b)中施加壓力的至少一個工具的行程或路程。如果工具的行程或者說所經(jīng)過的路程相應(yīng)于在該區(qū)域中中間層的厚度，那么接觸可被建立。在使用兩個工具用于在步驟b)中施加壓力的情況下，其中，使兩個工具在相反方向上移動，如果兩個工具的行程或所經(jīng)過的路程總和相應(yīng)于中間層的厚度，那么接觸可被建立。

通過適應(yīng)性地調(diào)節(jié)電流供給，可進(jìn)一步使用于方法步驟b)的過程時間最小化。在此優(yōu)選地設(shè)置成就在探測在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的接觸之后引入電流。

在執(zhí)行步驟a)和b)之后，持久地確保垂直穿過第一構(gòu)件的層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電能力，因為在接合部位的區(qū)域中中間層的材料被持久地擠壓。這些方法步驟a)至b)因此被稱為用于接合部位準(zhǔn)備的方法步驟。步驟c)包括時間上后置的在多層的第一構(gòu)件與另外的(即第二)構(gòu)件之間的接合過程。

此外優(yōu)選地設(shè)置成，在步驟a)中將壓力這樣施加到第一結(jié)構(gòu)元件上，使得在第一結(jié)構(gòu)元件的表面上在接合部位的區(qū)域中產(chǎn)生凹部。此外優(yōu)選地設(shè)置成，將壓力這樣施加到第二結(jié)構(gòu)元件上，使得在第二結(jié)構(gòu)元件的表面上在接合部位的區(qū)域中保留有大致平整的或者說平坦的面。因此優(yōu)選地設(shè)置成，用于施加壓力的工具構(gòu)造成使得僅在第一構(gòu)件的一側(cè)面上在中間層的材料擠壓之后在該區(qū)域中產(chǎn)生凹部。因此優(yōu)選地，第一構(gòu)件的相對的表面保持平坦或者說平整。

用于在步驟b)中施加壓力的工具(例如沖頭)優(yōu)選地也被用于第一和/或第二結(jié)構(gòu)元件的加熱。為此，以一溫度加載工具。特別優(yōu)選地，以不同的溫度加載用于加熱第一結(jié)構(gòu)元件和第二結(jié)構(gòu)元件的工具。例如，可以較低的溫度來加載帶有大致平坦地構(gòu)造的按壓面的工具而以較高的溫度來加載帶有彎曲的、例如凸?fàn)畹陌磯好娴墓ぞ摺?/p>

優(yōu)選地在步驟c)中在第一構(gòu)件的接合部位的區(qū)域中通過焊接(例如通過電阻點焊、電弧-螺柱焊接或電阻凸焊)來連接第二構(gòu)件。

第二構(gòu)件構(gòu)造為功能元件、例如為用于與另外的構(gòu)件或元件連接的連接件。例如，該連接件可以是螺母、凸焊螺母(Buckelmutter)或螺柱。可將另外的構(gòu)件或元件裝設(shè)、例如旋擰或夾持到這樣的功能元件或連接件處。為了將另外的構(gòu)件或元件旋擰到連接件處，連接件(例如螺母)可具有內(nèi)螺紋或也可具有外螺紋。被裝設(shè)到連接件處的另外的構(gòu)件或元件例如可以是電線(例如接地線)或也可以是裝襯件(例如內(nèi)襯、配件等)。在車輛制造中，因此例如接地線可被避免或減少。通過將例如車輛前照燈的接地部與連接件(其按照根據(jù)本發(fā)明的方法與第一構(gòu)件相連接且因此具有與第一構(gòu)件的電氣連接)連接，附加地可節(jié)省接地線。接地連接因此可經(jīng)由第一構(gòu)件或者說第一構(gòu)件的表面來建立。

此外優(yōu)選地設(shè)置成，在第一構(gòu)件與第二構(gòu)件在步驟c)中連接或接合之前在接合部位的區(qū)域中穿過第一構(gòu)件鉆有孔。因此，可準(zhǔn)備在第一構(gòu)件的接合部位的區(qū)域中與另外的構(gòu)件的接下來的螺旋連接。備選地，可在接合部位的區(qū)域中穿過第一構(gòu)件沖出孔。鉆孔或沖孔過程可在一單獨的工序中進(jìn)行或被集成到用于步驟a)和b)的工具中。

在接合部位的區(qū)域中穿過第一構(gòu)件的孔中可布置有第二構(gòu)件(例如連接元件)且與第一構(gòu)件機(jī)械地連接。例如，連接元件可被插過第一構(gòu)件中的孔且被夾持、粘合或還焊接。布置在孔中的且與第一構(gòu)件相連接的連接元件優(yōu)選地具有用于容納螺旋連接的內(nèi)螺紋。

在步驟b)中可將電壓控制成使得這兩個結(jié)構(gòu)元件在接合部位的區(qū)域中被相互焊接。在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的接觸部位的區(qū)域中的溫度那么升高超過第一和/或第二結(jié)構(gòu)元件的熔化溫度。這兩個結(jié)構(gòu)元件中的至少一個的材料在該區(qū)域中液化。因此，可建立這兩個結(jié)構(gòu)元件的材料配合的連接。在連接區(qū)域中產(chǎn)生焊接核心(Schweisslinse)。

優(yōu)選地，在步驟b)中將電壓控制成使得在第一結(jié)構(gòu)元件與第二結(jié)構(gòu)元件之間的接觸區(qū)域中的溫度不上升超過規(guī)定的臨界溫度(Temperaturschwelle)。在此優(yōu)選設(shè)置成，規(guī)定的臨界溫度小于第一結(jié)構(gòu)元件的材料的熔點以及也小于第二結(jié)構(gòu)元件的材料的熔點。因此，這兩個結(jié)構(gòu)元件的材料不通過由于電流所產(chǎn)生的熱量在接觸區(qū)域中被液化。優(yōu)選地，因此也未設(shè)置有這些材料的部分或局部液化。兩個結(jié)構(gòu)元件的材料在電流供給和由此所造成的加熱下保持在固態(tài)中。由于由電流供給所造成的加熱和施加壓力到一個或兩個結(jié)構(gòu)元件上，使這兩個結(jié)構(gòu)元件在接觸區(qū)域中彼此粘合。因此優(yōu)選地未設(shè)置有這兩個結(jié)構(gòu)元件的焊接(其中，在接觸區(qū)域中的溫度上升超過這兩個結(jié)構(gòu)元件的材料的熔點，以在結(jié)構(gòu)元件與該區(qū)域之間建立材料配合的連接)。因為這兩個結(jié)構(gòu)元件在接觸區(qū)域中通過電流供給僅被加熱到使得這兩個結(jié)構(gòu)元件的材料不液化，可提供盡可能快速的且成本有利的連接和接合部位準(zhǔn)備。由于比較低的溫度，可顯著提升接合部位準(zhǔn)備的節(jié)拍時間。此外，顯著減少被用于該方法的工具(例如特殊制造的或改造的焊鉗的帽或電極帽)的磨損。

規(guī)定的臨界溫度優(yōu)選地小于1600°C、特別優(yōu)選地小于1530°C以及極其特別優(yōu)選地小于1500°C。

在步驟a)中優(yōu)選地加熱一個或兩個結(jié)構(gòu)元件時，結(jié)構(gòu)元件在表面處、也就是說在區(qū)域中(在該區(qū)域中調(diào)溫的工具加熱第一結(jié)構(gòu)元件和/或第二結(jié)構(gòu)元件)被加熱到在200°C與600°C之間的溫度上。

優(yōu)選地，在步驟b)中一直施加電壓，直到中間層由于由電流所引起的加熱在鄰接接合部位的第一區(qū)域中被熱破壞。

中間層的在接合部位的區(qū)域中在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間被擠壓的材料因此在第一區(qū)域中、也就是說在圍繞接合部位且在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間布置的區(qū)域中被熱破壞成使得中間層的材料在冷卻之后在該第一區(qū)域中也不再能流動。因此，特性通過中間層材料的加熱被改變成使得中間層的材料在該區(qū)域中不再具有可流動的特性。在此，電壓在步驟b)中優(yōu)選地被一直施加或這樣調(diào)整，直到被擠壓的材料在第一區(qū)域中至少局部地具有空腔。

由于在步驟a)中的優(yōu)選的加熱，在第一過程步驟中使在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的中間層局部地塑化和熔融。中間層的加熱例如可通過熱流從對此適合的工具(例如沖頭、沖壓工具或焊接電極)通過結(jié)構(gòu)元件傳遞到中間層中。通過在步驟a)中優(yōu)選地施加力，中間層在該區(qū)域中被擠壓。經(jīng)由溫度以及擠壓力可影響用于加熱中間層的持續(xù)時間。

接合部位或者說該區(qū)域(在其中在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間中間層被擠壓)可根據(jù)調(diào)溫的工具、例如沖頭具有任意的幾何形狀。此外，該幾何形狀主要取決于第二構(gòu)件(其應(yīng)與多層的第一構(gòu)件在步驟c)中相連接)如何構(gòu)造。例如，接合部位可在步驟a)至c)中圓形地或輻狀地(bahnfoermig)來構(gòu)造。對于后置的電阻點焊過程或電弧-螺柱焊接過程，接合部位的直徑優(yōu)選地在2mm與20mm之間。對于功能元件(例如連接元件，如螺母或螺柱)的后置的電阻凸焊，接合部位的直徑優(yōu)選地可直至30mm。

優(yōu)選地設(shè)置成，步驟a)和b)連續(xù)地沿著第一構(gòu)件的規(guī)定的線或軌跡(Bahn)來執(zhí)行，以便輻狀地構(gòu)造接合部位。在此，輻狀的接合部位可具有在1mm與20mm之間的寬度。輻狀的接合部位的長度可在3mm與第一構(gòu)件的最大長度之間。輻狀的接合部位也可沿著第一構(gòu)件的多個側(cè)棱、例如周緣閉合地且因此沿著四個側(cè)棱來布置。因此，輻式的接合部位可沿著第一構(gòu)件的一部分或還沿著第一構(gòu)件的整個長度或?qū)挾葋聿贾谩?yōu)選地將輻狀的接合部位布置在第一構(gòu)件的邊緣區(qū)域中。為了在步驟a)和b)中連續(xù)地沿著第一構(gòu)件的規(guī)定的線布置輻狀的接合部位，優(yōu)選地設(shè)置有一滾子狀的以及特別優(yōu)選地兩個滾子狀的工具。因此例如可借助于電阻滾縫焊(Widerstandsrollnahtschweissen)來布置輻狀的接合部位。(多個)滾子狀的工具可具有一個或多個加熱元件，以便在步驟a)中執(zhí)行到一個或兩個結(jié)構(gòu)元件上的熱輸入。此外，(多個)滾子狀的工具可構(gòu)造用于將優(yōu)選的壓力施加到一個或兩個結(jié)構(gòu)元件上。還優(yōu)選設(shè)置成，(多個)滾子狀的工具構(gòu)造用于施加電壓。因此，利用一個或兩個滾子狀的工具可來執(zhí)行用于接合部位的準(zhǔn)備的兩個步驟a)和b)。在此，使(多個)滾子狀的工具優(yōu)選地以規(guī)定的速度且/或逐步地或分批地沿著結(jié)構(gòu)元件的一個或兩個表面運動。

根據(jù)本發(fā)明此外設(shè)置有一種結(jié)構(gòu)元件復(fù)合體，其包括第一構(gòu)件和在第一構(gòu)件的接合部位處與第一構(gòu)件相連接的第二構(gòu)件。在此，第一構(gòu)件具有至少大致平面地構(gòu)造的第一結(jié)構(gòu)元件、大致平面地構(gòu)造的第二結(jié)構(gòu)元件以及至少局部地布置在這兩個結(jié)構(gòu)元件之間的具有塑料的中間層。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件復(fù)合體按照根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的方法來制造。

第二構(gòu)件構(gòu)造為功能元件、例如為連接件(例如為螺母、凸焊螺母或螺柱)。在此，功能元件或者說連接元件可在接合部位的區(qū)域中安放到第一構(gòu)件上且與第一構(gòu)件相連接。備選地，第二構(gòu)件可在接合部位的區(qū)域中插過布置在第一構(gòu)件中的孔且與第一構(gòu)件相連接。在此，連接件(例如螺母、凸焊螺母或螺柱)可借助于機(jī)械的或還有熱的方法與第一構(gòu)件相連接。例如，連接件可借助于電弧-螺柱焊接、電阻凸焊或類似的焊接方法與第一構(gòu)件相連接。此外，連接元件與第一構(gòu)件可通過夾持連接(尤其在連接件布置在孔中的情況下)在接合部位的區(qū)域中與第一構(gòu)件相連接。

還優(yōu)選地設(shè)置成，連接元件的最大寬度小于接合部位的最大寬度或直徑。特別優(yōu)選地，連接元件的最大寬度小于接合部位的最大寬度的一半或直徑的一半。連接元件的最大寬度例如可以是連接元件的外徑。

此外根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有一種用于在第一構(gòu)件處的接合部位的接合部位準(zhǔn)備以在第一構(gòu)件的接合部位處將第一構(gòu)件與第二構(gòu)件接合的裝置。根據(jù)本發(fā)明，用于接合部位準(zhǔn)備的該裝置構(gòu)造用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的方法。

用于接合部位準(zhǔn)備的裝置優(yōu)選地具有用于將壓力施加到第一構(gòu)件的第一結(jié)構(gòu)元件上的第一按壓器件以及用于將壓力施加到第一構(gòu)件的第二結(jié)構(gòu)元件上的第二按壓器件。在此優(yōu)選地設(shè)置成，這兩個按壓器件中的一個具有大致平坦地構(gòu)造的按壓面。另一按壓器件可具有任何合適的按壓面。例如，另一按壓器件可具有凸?fàn)畹貥?gòu)造的按壓面。由于按壓器件的凸?fàn)畹貥?gòu)造的按壓面，在第一構(gòu)件的表面上在步驟a)中施加壓力時在該表面中產(chǎn)生凹部。由于另一按壓器件具有大致平坦地構(gòu)造的按壓面，在步驟a)中施加壓力之后第一構(gòu)件的相對的外表面繼續(xù)平坦地或者平整地來構(gòu)造。

此外，一個或兩個按壓器件的按壓面優(yōu)選地可帶狀地來構(gòu)造。按壓器件可構(gòu)造為沖具、例如為沖壓沖頭或構(gòu)造為焊接裝置的電極帽。此外，按壓器件可滾子狀地構(gòu)造用于輻狀的接合部位的構(gòu)造。一個或兩個按壓器件可具有用于產(chǎn)生用于步驟a)的熱量的加熱元件。此外，一個或兩個按壓器件可具有探測器件，以便在步驟a)中施加壓力期間探測在這兩個構(gòu)件之間的接觸。特別優(yōu)選地，至少一個加熱元件在按壓器件中構(gòu)造成使得其具有在第一端部處的較高的導(dǎo)熱能力以及在第二端部處的較差的導(dǎo)熱能力。因此，在第一端部的區(qū)域中可特別有利地來執(zhí)行到這兩個結(jié)構(gòu)元件的其中一個中的熱引入。反之在第二端部的區(qū)域中不或者僅以非常小的量將熱導(dǎo)引到該裝置中。

附圖說明

其中：

圖1a-1b顯示了用于在多層的第一構(gòu)件處的接合部位的準(zhǔn)備的方法步驟a)和b)，

圖1c顯示了在接合部位的區(qū)域中的不同區(qū)，

圖2a顯示了用于第一構(gòu)件在所準(zhǔn)備的接合部位的區(qū)域中與構(gòu)造為螺柱的第二構(gòu)件連接的方法步驟c)，

圖2b顯示了用于第一構(gòu)件在所準(zhǔn)備的接合部位的區(qū)域中與構(gòu)造為螺母的第二構(gòu)件連接的方法步驟c)，

圖2c顯示了用于第一構(gòu)件在所準(zhǔn)備的接合部位的區(qū)域中與環(huán)狀的且布置在穿過第一構(gòu)件的孔中的第二構(gòu)件連接的方法步驟c)，

圖3a-3c顯示了用于執(zhí)行方法步驟a)至c)的按壓器件的不同設(shè)計方案，以及

圖4顯示了用于接合部位準(zhǔn)備的裝置。

具體實施方式

圖1a和1b顯示了用于在第一構(gòu)件10處的接合部位15的準(zhǔn)備的方法步驟a)和b)。第一構(gòu)件10多層地來構(gòu)造且具有兩個板式的結(jié)構(gòu)元件12,13以及布置在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間的中間層14。中間層構(gòu)造為具有塑料的層。為了連接第一構(gòu)件10與第二構(gòu)件11(在圖1a中未示出)，接合方法須設(shè)置成使得在連接第一構(gòu)件10與第二構(gòu)件11之前準(zhǔn)備接合部位15。在此重要的是，中間層14在接合部位15的區(qū)域中被擠壓，從而在該區(qū)域中在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間產(chǎn)生接觸。

用于在步驟a)中施加壓力的按壓器件26,27例如可以是焊接裝置的電極帽。此外，對于各個方法步驟a)和b)可使用不同的工具。如在圖1a和1b中所示，在該示例中對于方法步驟a)和b)使用相同的工具、即按壓器件26,27。為此，這兩個按壓器件26,27具有加熱元件29以及用于聯(lián)接電壓17的端子。

在第一方法步驟中，將這兩個預(yù)先加熱的按壓器件26,27安放到結(jié)構(gòu)元件12,13的相應(yīng)的表面上。經(jīng)由加熱元件29將按壓器件26,27加溫或加熱到在200°C與500°C之間的溫度上。

在第二步驟中利用這兩個按壓器件26,27將壓力16施加到結(jié)構(gòu)元件12,13上，直到中間層14在待準(zhǔn)備的接合部位15的區(qū)域中在第一結(jié)構(gòu)元件12與第二結(jié)構(gòu)元件13之間被擠壓且在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間建立了接觸。

一旦在該區(qū)域中在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間建立了接觸，將電壓17施加到這兩個按壓器件26,27處。因此，導(dǎo)引電流垂直穿過這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13。根據(jù)電流強(qiáng)度的大小，在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間的接觸區(qū)域由于電阻加熱而被加熱。

在圖1a中示出這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13的焊接。在此，將電壓17控制成使得至少一個結(jié)構(gòu)元件12,13的材料在接合部位15的區(qū)域中液化。因此在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間產(chǎn)生材料配合的連接。如在圖1a中所示，通過焊接在接觸區(qū)域中構(gòu)造焊接核心30。

圖1b示出不構(gòu)造有焊接核心30的方法步驟b)。在此，將電壓17控制成使得在這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13之間的接觸區(qū)域中的溫度不超過規(guī)定的臨界溫度21。這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13構(gòu)造為金屬板且具有大約1530°C的熔化溫度。為了使這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13在該區(qū)域中不焊接、而是僅彼此粘合，臨界溫度21處于這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13的大約1530°C的熔化溫度之下。因此在接觸部位的區(qū)域中不通過電阻加熱產(chǎn)生焊接核心。

由于電阻加熱造成在中間層14中的熱流。被擠壓的中間層14的材料由于該熱流在被擠壓的中間層14的第一區(qū)域18中、即在直接鄰接到接合部位15處的區(qū)域中被熱破壞成使得材料在該區(qū)域中喪失其流動性。還在沖壓工具打開或壓力16放松之后因此不造成在接合部位15的區(qū)域中中間層14的不期望的回流。

圖1c示出接合部位15的區(qū)域。在此，在圖1c中在上部示出在接合部位15周圍被擠壓的中間層14的不同區(qū)域18,19,20。在接合部位15的區(qū)域中，中間層14的材料完全被擠壓。由于電阻加熱和由此所引起的穿過被擠壓的中間層14的材料的熱流，該材料在第一區(qū)域18中被熱破壞成使得其喪失其流動性。被擠壓的中間層14的第二區(qū)域19聯(lián)接到第一區(qū)域18處。在該區(qū)域中，中間層14的材料僅被熱影響。在被擠壓的中間層14的其余區(qū)域、第三區(qū)域20中以及在未被擠壓的中間層14的區(qū)域中，中間層14的材料不被破壞或影響。

在圖1c中所示的示例中為了接合部位準(zhǔn)備使用這樣的按壓器件26,27，僅僅一個凹部25布置在第二結(jié)構(gòu)元件13中。例如第二構(gòu)件11可布置在該區(qū)域中且被與第一構(gòu)件10相連接、例如焊接。

在圖1c中顯示了與第一構(gòu)件10相連接的作為第二構(gòu)件11的螺柱23。因此，螺柱23布置在凹部25中。在第一構(gòu)件10的相對的外表面上、即在第二結(jié)構(gòu)元件13的表面的區(qū)域中，通過對此合適的按壓器件26(未在圖1c中示出)來保持第一構(gòu)件10的平坦的外表面。

接合部位15的最大寬度42大于第二構(gòu)件11(即螺柱23)的最大寬度43。

在圖2a至2c中顯示了用于在所準(zhǔn)備的接合部位15的區(qū)域中連接第一構(gòu)件10與第二構(gòu)件11的方法步驟c)。

利用電弧-螺柱焊接，可將銷狀的部件(例如螺柱23)與平面地構(gòu)造的第一構(gòu)件10在所準(zhǔn)備的接合部位15處接合或者說連接。電弧點火(Lichtbogenzuendung)的形式可通過頂峰點火(Spitzenzündung)或起升點火(Hubzündung)實現(xiàn)。作為能量源可使用焊接整流器或變流器、焊接變壓器或電容器。焊接電流強(qiáng)度處于100A至10000A的范圍中。焊接時間可為10ms至2000ms。銷狀的第二構(gòu)件11(例如螺柱23)的材料可具有鋼或鉻鎳鋼。在此，第二構(gòu)件11可具有金屬光澤、鍍鋅或類似的防腐覆層。此外，根據(jù)應(yīng)用情況第二構(gòu)件11可具有上油部(Beoelung)或涂覆的油層。銷狀構(gòu)造的第二構(gòu)件11(例如螺柱23)通常具有在1mm與14mm之間的直徑。該直徑通常具有在3mm與8mm之間的范圍。銷狀構(gòu)造的第二構(gòu)件11(例如螺柱23)的長度可在1mm與100mm之間。在此，銷狀構(gòu)造的第二構(gòu)件11(例如螺柱23)可局部地或在整個長度上具有外螺紋和/或內(nèi)螺紋。

在圖2a至2c中，第二構(gòu)件11構(gòu)造為功能元件、尤其為連接元件。在圖2a中，第二構(gòu)件11、即連接件構(gòu)造為螺柱23。在所準(zhǔn)備的接合部位15的區(qū)域中借助于電弧焊將螺柱23焊到第一構(gòu)件10的表面上。在此，焊接過程可在保護(hù)氣體環(huán)境32下通過圍繞螺柱23設(shè)置陶瓷環(huán)33來執(zhí)行。

圖2b顯示了第二構(gòu)件11，其中，第二構(gòu)件11構(gòu)造為螺母22、即為凸焊螺母。在此，螺母22以布置在端側(cè)的環(huán)繞的凸起22a在接合部位15的區(qū)域中被安放到第一構(gòu)件10的表面上。凸起22a可構(gòu)造為環(huán)形-或弓形凸起(Segmentbuckel)。借助于合適的焊接裝置將螺母22在接合部位15的區(qū)域中焊接到第一構(gòu)件10的表面上。為此，焊接電極35例如可具有定心銷37。為了容納定心銷37，在接合部位15的區(qū)域中可設(shè)置有空隙。

在圖2c中，第二構(gòu)件11構(gòu)造為環(huán)形的連接元件、例如環(huán)形的螺母22。與在圖2a和2b中的布置相比，在圖2c中不是借助于熱接合方法而是借助于機(jī)械接合方法將第二構(gòu)件11與第一構(gòu)件10相連接。在此，在連接第一構(gòu)件10與第二構(gòu)件11之前在接合部位15的區(qū)域中布置有穿過第一構(gòu)件10的孔24。孔24可通過鉆孔或沖孔來布置。第二構(gòu)件11被插入在接合部位15的區(qū)域中的孔24中且借助于合適的按壓器件26,27與第一構(gòu)件10夾緊。

在圖3a至3c中顯示了用于執(zhí)行方法步驟a)和b)的按壓器件26,27的不同形式。按壓器件26,27尤其可具有不同的按壓面28。在圖3a中，兩個按壓器件26,27具有凸?fàn)顦?gòu)造的按壓面28。由此，在準(zhǔn)備接合部位15時將第一構(gòu)件10的兩個表面壓入，從而產(chǎn)生凹部25。

在圖3b中，按壓器件26具有平坦的或者說平整的按壓面28。由此實現(xiàn)，第一構(gòu)件10的表面在準(zhǔn)備接合部位15之后繼續(xù)保持平坦的或者說平整的表面。備選地，也可兩個按壓器件26,27具有平坦的按壓面28。由此可產(chǎn)生如在圖2b中所示的接合部位。

在圖3c中顯示了滾子狀的按壓器件26,27。借助于這樣的滾子狀的按壓器件26,27，可在第一構(gòu)件10處來布置或者說準(zhǔn)備輻式的接合部位15。

圖4顯示了用于準(zhǔn)備接合部位的裝置200。用于準(zhǔn)備接合部位15的方法步驟a)和b)可利用裝置200或者多個或不同的裝置來執(zhí)行。為此，裝置200為了中間層14的加熱和擠壓而具有沖壓工具、例如按壓器件26,27。例如，為此焊接設(shè)備可在電極35,36中裝備有加熱元件29。通過此外設(shè)置的熱電偶(Thermoelement)39，可在按壓器件26,27處調(diào)節(jié)所期望的溫度。調(diào)溫的按壓器件26,27可在常見的電阻焊接設(shè)備(例如C形鉗、X形鉗、機(jī)械鉗、固定-和龍門設(shè)備)的所有結(jié)構(gòu)形式中實現(xiàn)。在此可取消電極的水冷。因為尤其對于步驟b)在施加電壓17以連接這兩個結(jié)構(gòu)元件12,13時設(shè)置有較短的過程時間，可提高構(gòu)造為電極帽的按壓器件26,27的使用壽命。此外，裝置200為了散熱可具有冷卻孔41。借助于調(diào)節(jié)器38可處理溫度信號。獨立于焊接參數(shù)、環(huán)境影響、節(jié)拍時間和運行狀態(tài)，可通過控制壓縮空氣閥40和加熱元件29來調(diào)整所期望的溫度。

在裝置200、例如電阻點焊鉗的設(shè)計中，可通過針對性地應(yīng)用銅合金和鉻鎳鋼來影響在按壓器件26,27與基體、例如鉗基體之間的溫度輪廓。通過由銅合金(例如CuCr1Zr或CuNiSiCr)構(gòu)成的構(gòu)件來促進(jìn)從加熱元件29至按壓器件26,27(例如電極帽)的熱流。可通過由相對較差地導(dǎo)熱的鉻鎳鋼構(gòu)成的構(gòu)件(例如電阻點焊鉗的電極臂)來減少從加熱元件29到裝置200的基體中和到裝置200的其它溫度敏感的構(gòu)件中的熱流。此外，可考慮在該區(qū)域中使用陶瓷絕緣板，以便將盡可能少的熱從按壓器件26,27導(dǎo)引至裝置200的基體。例如，可在按壓器件26,27與裝置200的基體之間布置有絕緣板。

裝置200也可被用于方法步驟c)以在步驟a)和b)中所準(zhǔn)備的接合部位15的區(qū)域中連接第一構(gòu)件與第二構(gòu)件。

附圖標(biāo)記清單

100 結(jié)構(gòu)元件復(fù)合體

200 用于接合部位準(zhǔn)備的裝置

10 第一構(gòu)件

11 第二構(gòu)件

12 第一構(gòu)件的第一結(jié)構(gòu)元件

13 第一構(gòu)件的第二結(jié)構(gòu)元件

14 中間層

15 接合部位

16 壓力

17 電壓

18 被擠壓的中間層的第一區(qū)域

19 被擠壓的中間層的第二區(qū)域

20 被擠壓的中間層的第三區(qū)域

21 臨界溫度

22 螺母

22a 凸起

23 螺柱

24 孔

25 凹部

26 第一按壓器件

27 第二按壓器件

28 按壓面

29 加熱元件

30 焊接核心

31 粘合層

32 保護(hù)氣體

33 陶瓷環(huán)

34 電弧

35 第一焊接電極

36 第二焊接電極

37 定心銷

38 調(diào)節(jié)器

39 熱電偶

40 壓縮空氣閥

41 冷卻孔

42 接合區(qū)域的最大寬度

43 第二構(gòu)件的最大寬度。