用于在使用壓緊裝置的情況下無預(yù)制孔地直接螺接至少兩個構(gòu)件的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在使用自成孔和自攻絲螺釘?shù)那闆r下直接螺接至少兩個構(gòu)件的方法，其中，所述構(gòu)件在旋擰過程期間借助壓緊裝置相互壓貼。
[0002]另外，本發(fā)明涉及一種用于實施所述方法的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]所說直接螺接應(yīng)理解為在至少兩個要接合的構(gòu)件之間在沒有事先將孔洞或鉆孔(所謂的預(yù)制孔)加工到這些構(gòu)件中的情況下形成螺紋連接。在直接螺接時既省去了用于加工預(yù)制孔的費用也省去了在定向?qū)室雍系臉?gòu)件時找孔的費用。
[0004]在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)該利用自成孔和自攻絲螺釘進行直接螺接，該螺釘具有頭部和成形在該頭部上的桿部，該桿部帶有自成形的螺紋區(qū)段和用于形成旋擠孔(Flie fUochformen，通過塑性流變擠壓成型而形成孔)的成孔區(qū)段。在所謂的形成旋擠孔的旋擰螺接中，將專門為此構(gòu)造的自成孔和自攻絲螺釘以其成孔區(qū)段在連接位置或者旋擰位置上壓靠于要接合的、相互定向?qū)实那覜]有預(yù)制孔的構(gòu)件上，并使之旋轉(zhuǎn)。由于產(chǎn)生的摩擦使連接位置局部變熱，這樣能使得構(gòu)件材料塑化，所述構(gòu)件材料于是便沿徑向方向和沿軸向方向利用成孔區(qū)段發(fā)生塑性變形并且最終被穿透。在此，至少在其中一個要接合的構(gòu)件上還形成出所謂的翻孔(Durchzug，也被稱為旋擠孔(Flie β loch))，接下來，所述自成孔和自攻絲螺釘?shù)淖猿尚蔚穆菁y區(qū)段嵌接到該翻孔中并且形成在構(gòu)件之間力鎖合的和形狀鎖合的連接。有益的是，在連接位置處單側(cè)可接近性就足夠了。
[0005]由DE 39 09 725 Cl已知一種用于形成旋擠孔的自成孔和自攻絲螺釘。
[0006]在直接螺接中(如前所述)由于構(gòu)件材料的塑性變形可能導(dǎo)致在構(gòu)件之間形成不希望有的并且不利的間隙。為了防止這樣的間隙形成，在DE 103 48 427 Al中提出了使用一種壓緊裝置，該壓緊裝置在旋擰過程期間將構(gòu)件相互壓貼。通過作用的壓緊力擬防止在構(gòu)件之間形成間隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是，提供一種文首述及類型的方法，該方法符合新的要求并且該方法沒有或者至少僅僅在減小的范圍內(nèi)具有伴隨現(xiàn)有技術(shù)所出現(xiàn)的那些缺點。
[0008]此目的通過根據(jù)本發(fā)明的具有權(quán)利要求1所述特征的方法得以實現(xiàn)。
[0009]上述目的的解決方案還通過從屬權(quán)利要求得以延伸，以及延伸至根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
[0010]優(yōu)選的擴展方案和構(gòu)造方案對于兩個發(fā)明主題來說類似地不僅可由各從屬權(quán)利要求而且也可由下文的說明得出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方法用于在使用自成孔和自攻絲螺釘?shù)那闆r下無預(yù)制孔地直接螺接至少兩個構(gòu)件，所述螺釘具有頭部和成形在該頭部上的桿部，該桿部帶有自成形的螺紋區(qū)段與用于形成旋擠孔的成孔區(qū)段，其中，所述構(gòu)件在旋擰過程或者說旋入過程期間借助壓緊裝置(在連接位置或者說旋擰位置上)相互壓貼，該方法規(guī)定:壓緊裝置在旋擰過程期間用以將構(gòu)件相互壓貼的作用力或者說壓緊力在旋擰過程期間發(fā)生變化。
[0012]關(guān)于變化的壓緊力，應(yīng)理解為:壓緊裝置在旋擰過程期間用以將構(gòu)件相互壓貼或者相互擠壓的壓緊力不是恒定的，而是在旋擰位移上發(fā)生改變，這一點特別是根據(jù)一種限定的或者預(yù)設(shè)的力-位移-曲線來實現(xiàn)。
[0013]在此，主題思想如下:壓緊裝置不是在整個旋擰過程期間，而是僅僅在恰當(dāng)?shù)臅r間點或者在比較短的時間間隔期間以用于防止間隙形成的最大需要的壓緊力或擠壓力壓靠所述構(gòu)件，通過這種方式保護了構(gòu)件并且特別是壓緊裝置直接(或者在必要時還間接地)作用到其上的上部構(gòu)件。通過這種方式特別是可以保護由易損的構(gòu)件材料或基本材質(zhì)構(gòu)成的構(gòu)件并且防止或者至少減少上部構(gòu)件上的表面損壞。
[0014]特別優(yōu)選規(guī)定:壓緊力在下部構(gòu)件中構(gòu)造旋擠孔期間是最高的，或者說達到其最高值(最大值)，因為在這個旋擰階段中，由于被擠出的構(gòu)件材料之故，間隙形成傾向是特別高的。但是，壓緊力也可以在旋擰過程結(jié)束時達到其最大值或第二最大值(如下文還將進一步詳細闡述的那樣)。
[0015]關(guān)于要螺接的構(gòu)件，特別可以是用于機動車車身的零件或者構(gòu)件，諸如板材或者類似的構(gòu)成物和型材(它們可以作為半成品或者作為空間結(jié)構(gòu)成形的構(gòu)件存在)，以及實體/立體的構(gòu)成物諸如鑄件等。
[0016]優(yōu)選規(guī)定:壓緊裝置直接安放在最上部的構(gòu)件上，該構(gòu)件由非金屬材料或者材質(zhì)，諸如由纖維增強塑料(FVK)并且特別是由碳纖維增強塑料(CFK)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的方法證明特別是對此是非常有益的，因為避免了上部構(gòu)件上的過度的、時間上的壓力載荷。優(yōu)選規(guī)定:壓緊力在旋擰過程期間只有當(dāng)這一點為了防止間隙形成而絕對必需時才是最大的并且可以在其他旋擰階段期間具有較低值并且甚至具有零值(即沒有壓緊力)。另外在這種情況下，通過壓緊裝置還可以防止或者至少最小化上部構(gòu)件的由自成孔和自攻絲螺釘引起的損壞，諸如材料斷裂和材料剝落。因此，該壓緊裝置可以具有多重作用。
[0017]壓緊力可以以優(yōu)選方式在旋擰過程期間在ON至2000N的范圍內(nèi)變化。在壓緊力為ON時，構(gòu)件在連接位置上未壓緊在一起。壓緊力也可以具有小于ON的值，通過這種方式例如能夠使壓緊裝置向后退。特別優(yōu)選規(guī)定:壓緊力在100N至2000N的范圍內(nèi)并且特別是在1000N以上至2000N的范圍內(nèi)變化。
[0018]另外優(yōu)選規(guī)定:壓緊裝置較為緊密地、特別是如在工藝技術(shù)上可行地那么緊密地圍繞連接位置或者圍繞旋擰位置在特別是圓環(huán)形的面內(nèi)作用到上部構(gòu)件上。在此，特別優(yōu)選規(guī)定:所述圓環(huán)形的面盡可能地大，使得由施加的壓緊力產(chǎn)生的單位面積壓力很小并且防止或者至少最小化構(gòu)件上的、并且特別是上部構(gòu)件上的損壞(例如壓緊裝置壓入表面中)。大的圓環(huán)形面的特征例如在于:它的徑向環(huán)寬度(內(nèi)圓與外圓之間的徑向間距)相應(yīng)于所使用的自成孔和自攻絲螺釘?shù)念^部直徑的2至10倍并且特別是3至7倍。特別優(yōu)選規(guī)定:圓環(huán)形的面(特別是與螺釘?shù)念^部直徑相關(guān)聯(lián)地)具有20_至60_范圍內(nèi)的外徑。壓緊裝置的接觸面也可以以其他形狀(即非圓環(huán)形地)構(gòu)造。另外，壓緊裝置可以在其接觸面上構(gòu)造有用于保護構(gòu)件和特別是上部構(gòu)件的保護層等。
[0019]優(yōu)選規(guī)定:自成孔和自攻絲螺釘?shù)某煽讌^(qū)段構(gòu)造成專門用于將孔加工到上部構(gòu)件中?？梢酝ㄟ^成形或造型(即通過塑性材料擠壓)和/或通過切削或切入(即材料分離和/或通過切削、刮剃、撕裂等)將孔加工到上部構(gòu)件中。
[0020]特別優(yōu)選規(guī)定:所使用的自成孔和自攻絲螺釘在其成孔區(qū)段上具有至少一個切削刃邊等，該切削刃邊能夠在使螺釘沿一個旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)時將孔加工或制造且特別是切削到特別是上部構(gòu)件中，并且該切削刃邊在使螺釘沿另一個或者說相反的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)時允許特別是在下部構(gòu)件中形成旋擠孔。成孔區(qū)段上的至少一個切削刃邊能夠通過首先使螺釘沿一個旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)將孔切削地或者在必要時也無切削地制造或者構(gòu)造到特別是上部構(gòu)件中，其中，壓緊裝置在此具有一種輔助功能。通過緊接著使螺釘沿相反的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)可以利用同一成孔區(qū)段特別是在下部構(gòu)件中構(gòu)造旋擠孔，緊接著，自成形的螺紋區(qū)段如文首述及的那樣便可以嵌接到該旋擠孔中。通過這種方式特別是也可以使由不同材料構(gòu)成的構(gòu)件(例如FVK構(gòu)件或CFK構(gòu)件與金屬構(gòu)件，如下文還將進一步詳細闡述的那樣)機械接合(混合結(jié)構(gòu))。
[0021]上部構(gòu)件可以由非金屬材料或材質(zhì)構(gòu)成、優(yōu)選由塑性的不能或者僅僅很難才可變形的材料構(gòu)成并且特別是由脆的材料構(gòu)成。特別優(yōu)選，上部構(gòu)件由纖維增強塑料(FVK)并且特別是由碳纖維增強塑料(CFK)構(gòu)成，如上面所述的那樣。下部構(gòu)件可以由金屬材料并且優(yōu)選由塑性的可變形的或者可延展的構(gòu)件材料構(gòu)成。特別優(yōu)選的是，下部構(gòu)件由鋁材或者鋼材構(gòu)成。
[0022]要螺接的構(gòu)件至少在旋擰位置的區(qū)域內(nèi)可以附加地相互粘接。恰好在此，直接螺接證明是特別有利的，因為不需要特別的準備措施，諸如使預(yù)制孔區(qū)域無粘合劑，這將導(dǎo)致粘合縫或粘合面中斷并因此導(dǎo)致強度受損和/或耐久性受損。還使加工設(shè)備或者其工具/模具免遭溢出的粘合劑的污染。另外，通過使用壓緊裝置(如提出的那樣)可以改進構(gòu)件之間形成的粘接連接的強度和/或穩(wěn)定性。為此，可以有利的是:壓緊力在旋擰過程結(jié)束時再次提高或者達到其最大值。因此，可以非常有效地防止在形成間隙情況下構(gòu)件的所謂松氣(Aufatmen)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的用于實施本發(fā)明的方法的設(shè)備至少包括:
[0024]-螺桿，利用所述螺桿能夠在旋擰過程期間將壓力和轉(zhuǎn)矩(通過隨之發(fā)生的螺釘?shù)男D(zhuǎn))施加到要擰入的自成孔和自攻絲螺釘上；和
[0025]-壓緊裝置，所述壓緊裝置構(gòu)造為，使該壓緊裝置能夠在旋擰過程期間將可變的壓緊力施加到上部構(gòu)件上。
[0026]優(yōu)選規(guī)定:根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備具有至少一個可調(diào)節(jié)的或者可控制的用于壓緊裝置的伺服驅(qū)動裝置，該伺服驅(qū)動裝置用于產(chǎn)生壓緊裝置運動和/或壓緊力。優(yōu)選是電子機械的伺服驅(qū)動。作為可選或者補充，也可以設(shè)置液壓的和/或氣動的伺服驅(qū)動裝置來代替電子機械的伺服驅(qū)動裝置。特別規(guī)定:為了在旋擰過程期間調(diào)節(jié)或者控制或改變壓緊力，能夠通過配屬于所述設(shè)備的控制裝置電子地或者在必要時還液壓地或氣動地控制這個伺服驅(qū)動裝置。
[0027]另外，還可以設(shè)定在旋擰過程期間對壓緊力和/或螺桿的旋轉(zhuǎn)速度或者說轉(zhuǎn)數(shù)的調(diào)整。在旋擰過程期間也可以與軸向作用的擰力(這是在旋擰過程中由螺桿沿軸向施加到螺釘上的壓力)相關(guān)聯(lián)地調(diào)節(jié)或者調(diào)整壓緊力，其中，在旋擰過程期間該軸向作用的擰力(也被稱為鉆力)自身可以是變化的并且特別是可以控制的或調(diào)整的。
[0028]另外，優(yōu)選規(guī)定:螺桿以及特別是還有其驅(qū)動裝置，除了用于使轉(zhuǎn)速和/或施加在到螺釘上的轉(zhuǎn)矩變化的可能性之外，還設(shè)計或構(gòu)造為用于可選擇的向右-向左-運轉(zhuǎn)，或者用于旋轉(zhuǎn)方向逆轉(zhuǎn)并且特別是用于快速轉(zhuǎn)換的向右-向左-運轉(zhuǎn)。螺桿的轉(zhuǎn)速優(yōu)選處于100至7000轉(zhuǎn)每分鐘的范圍內(nèi)并且也可以在這個范圍內(nèi)改變和/或調(diào)整。
【附圖說明