用于焊接的具有桿和帶突出部的凸緣的緊固件、使用該緊固件的結(jié)合方法和結(jié)合連接件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于焊接的緊固件、結(jié)合方法和結(jié)合連接部。在金屬緊固件(1)中，緊固件(1)具有帶有焊接端(3)的桿(2)和距離焊接端(3)一定距離的凸緣(5)，凸緣(5)具有大于桿(2)的直徑，凸緣(5)在面向焊接端(3)側(cè)設(shè)置有多個突出部(10)，多個突出部(10)布置在距離桿(2)并且距離彼此一定距離處，其自由端形成用于結(jié)構(gòu)部件的接觸表面。
【專利說明】用于焊接的具有桿和帶突出部的凸緣的緊固件、使用該緊固件的結(jié)合方法和結(jié)合連接件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有桿并且具有凸緣的金屬緊固件，桿沿軸向方向延伸并且具有焊接端，凸緣布置在桿上距離焊接端某一距離處，該凸緣具有大于桿的直徑。本發(fā)明另外涉及用于通過使用該類型的緊固件連接至少一個結(jié)構(gòu)部件與金屬支撐部件的結(jié)合方法，和包括金屬支撐部件、置于支撐部件一側(cè)上的帶有孔的至少一個結(jié)構(gòu)部件和該類型緊固件的結(jié)合連接件。
【背景技術(shù)】
[0002]除了其他行業(yè)之外，所述類型的緊固件用在汽車結(jié)構(gòu)中，用于將各種類型的結(jié)構(gòu)部件緊固到汽車車身。緊固件通過使用傳統(tǒng)的螺柱焊接技術(shù)，特別是拉弧螺柱焊接來焊接到適用于焊接的汽車車身的結(jié)構(gòu)部件。通過機械緊固件，例如螺母、螺釘或夾，焊合的緊固件于是與待緊固的結(jié)構(gòu)部件連接在一起。
[0003]US3, 774，009也公開了一種緊固件，通過該緊固件，同時通過該緊固件的焊合，待緊固的結(jié)構(gòu)部件可與緊固件焊接到其的支撐部件連接在一起。這里，待緊固的結(jié)構(gòu)部件在焊接點區(qū)域中具有開口，緊固件穿過該開口被以其焊接端焊接到支撐部件。緊固件具有凸緣，該凸緣大于該開口，并且在緊固件被焊合之后，牢固地置于結(jié)構(gòu)部件的圍繞該開口的邊緣區(qū)域上，并且由此保持該結(jié)構(gòu)部件互鎖在支撐部件上。
[0004]設(shè)計用于焊接的另一種緊固件公開在GB1，075，969A中。該緊固件具有桿和凸緣，并且通過弧螺柱焊接方法穿過待緊固的板狀元件中的孔來焊接金屬支撐部件。這里，板狀元件具有多個槽道，所述槽道從該焊接點通向外，以允許氣體從焊接點逸出。
[0005]在汽車構(gòu)造中，一般來講，所提到類型的緊固件焊接到其的支撐構(gòu)件已經(jīng)設(shè)置有腐蝕防護層。當(dāng)緊固件被焊合時，該焊接點區(qū)域中的腐蝕防護層被破壞。為了防止由此引起的腐蝕破壞，需要再次給圍繞焊接點的區(qū)域提供適當(dāng)?shù)母g防護層。電化學(xué)浸涂方法通常用于此，其中預(yù)裝配的結(jié)構(gòu)部件，例如汽車車身通過在浸漆槽中浸潰接受防腐漆的均勻涂覆。在緊固件同時通過緊固件的焊合還將待緊固的結(jié)構(gòu)部件與支撐部件連接在一起的情況下，焊接點附近腐蝕防護層的恢復(fù)是個問題，因為緊固件通過其凸緣置于圍繞緊固開口的被緊固的結(jié)構(gòu)部件的邊緣上，并且因此與防腐漆在該焊接點區(qū)域中的涂敷相干涉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的因此是設(shè)計一種上面所述類型的緊固件，以在緊固件被焊合在焊接點區(qū)域上時，可有效地以簡單方式防護腐蝕。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過金屬焊接元件實現(xiàn)，該金屬焊接元件包括沿軸向延伸并且具有焊接端的桿，和布置在桿上距離焊接端一定距離處的凸緣，所述凸緣具有大于桿的直徑，并且在面向焊接端的一側(cè)具有多個突出部，所述多個突出部距離桿并且距離彼此一定距離，其自由端形成用于結(jié)構(gòu)部件的接觸表面。接觸表面優(yōu)選位于與軸線共面的徑向平面中。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的緊固件中，凸緣不是通過環(huán)形表面而是僅通過各個突出部置于由緊固件保持的結(jié)構(gòu)部件上。由于突出部之間的距離，因此敞開的通道形成在凸緣和支撐部件之間。通過所述通道，凸緣下面以及結(jié)構(gòu)部件中孔內(nèi)的間隙以及因此建立在其中的焊接點可從外部在多個路徑上進入。結(jié)果，防腐蝕劑，例如在通過緊固件連接在一起的部件的隨后浸漆中，漆能夠在突出部之間滲透到結(jié)構(gòu)部件中位于緊固件下面的孔中，并且孔內(nèi)存在的結(jié)構(gòu)部件和緊固件的表面，包括焊接點，可被由均勻的防護層涂覆。以該方式，由于焊接點區(qū)域中緊固件的焊合而被破壞的腐蝕防護層可被有效地恢復(fù)。
[0009]突出部之間的多個通道另外使得浸漆中存在于緊固件下面的孔中的空氣可容易地逸出，并且沒有氣泡保留，由此可有利地實現(xiàn)由漆均勻浸潤的結(jié)構(gòu)部件和緊固件。
[0010]另外，突出部之間的多個通道允許過多的漆在離開浸浴時流出，而沒有大量的漆保留在孔中。這確保經(jīng)濟地消耗漆并且促進部件在離開浸浴之后快速干燥。
[0011]焊接中，形成的氣體可通過突出部之間的通道逸出，并且保護氣體可容易地被輸送到焊接點由于突出部距離緊固件的桿的距離環(huán)形自由間隙形成在突出部和桿之間。自由間隙防止焊接時電弧偏移，并且可適應(yīng)存在于待緊固的結(jié)構(gòu)部件中的孔邊緣上的任何可能的毛刺，以防止凸緣在待保持的結(jié)構(gòu)部件上的不規(guī)則支撐。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一目的，凸緣在朝向焊接端的一側(cè)具有在一定距離處圍繞桿的環(huán)形軸環(huán)，突出部布置在所述環(huán)形軸環(huán)上。軸環(huán)可布置在凸緣的外邊緣處，并且凸緣的延伸在軸環(huán)和桿之間的區(qū)域可設(shè)計為可彈性變形，類似于板簧，以能夠在緊固件焊接時，通過沿焊接端方向軸向指向的力，產(chǎn)生用于將連接在一起的部件相互夾持的初始應(yīng)力。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一目的，在朝向焊接端的一側(cè)，凸緣可在一定距離處具有圍繞桿的環(huán)形軸環(huán)，該環(huán)形軸環(huán)被槽分割為多個軸環(huán)節(jié)段，多個軸環(huán)節(jié)段形成突出部。另外，凸緣可被由多個槽分割為多個凸緣節(jié)段。凸緣可用于提高凸緣的彈性，以及增大容差區(qū)域，以在結(jié)構(gòu)部件緊固時獲得限定的軸向初始應(yīng)力。分割凸緣的槽可延伸至緊固件的桿。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種用于通過使用根據(jù)本發(fā)明的緊固件連接至少一個結(jié)構(gòu)部件與金屬支撐部件的方法，其中結(jié)構(gòu)部件設(shè)置有孔，該孔大于桿的橫截面，小于緊固件的凸緣，結(jié)構(gòu)部件在支撐部件一側(cè)形成接觸并且保持接觸，緊固件在桿的焊接端延伸穿過結(jié)構(gòu)部件中的孔的情況下，被通過電弧焊接方法以這樣的方式焊接到支撐部件:凸緣的突出部的接觸表面抵靠結(jié)構(gòu)部件的圍繞孔的表面。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合方法簡單并行執(zhí)行起來較廉價，并且適用于汽車裝配過程。其允許使用焊接方法來連接由不能焊接在一起的材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)部件。這里的優(yōu)點是，用于緊固操作的結(jié)構(gòu)部件必須可從僅一側(cè)接近，并且待使用緊固件焊接的支撐部件不需要要求密封的緊固開口。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合方法中，用于焊接的桿同中心地布置在結(jié)構(gòu)部件的孔中，結(jié)構(gòu)部件的孔相對于桿較大，以在焊接之后，連續(xù)的自由間隙存在于孔的邊緣和桿之間。自由間隙用于容納焊縫，焊縫形成并且在支撐部件上圍繞焊接點形成存在的以及仍待涂敷的腐蝕防護層之間重疊的足夠大的區(qū)域。另外，自由間隙提供孔邊緣距離焊接點足夠大的距離，以防止由于焊接操作損壞結(jié)構(gòu)部件，并且避免焊接中電弧的偏移。緊固件的焊接優(yōu)選通過電弧拉弧焊接進行。[0017]根據(jù)該結(jié)合方法，另外提供在軸向力的影響下的緊固件被以這樣的方式焊接到支撐部件:在焊接操作結(jié)束并且焊接點冷卻之后，至少一個結(jié)構(gòu)部件被通過凸緣的突出部和支撐部件之間的軸向夾持力牢固地夾緊。以該方式，除了互鎖之外，在結(jié)構(gòu)部件和支撐部件之間獲得力和摩擦鎖定連接部，這消除了結(jié)構(gòu)部件相對于支撐部件橫向于緊固件的軸線的任何相對運動。如果結(jié)構(gòu)部件由足夠軟和可流動材料構(gòu)成,則凸緣上的突出部可伸入材料中，并且由此產(chǎn)生另外的互鎖，這防止結(jié)構(gòu)部件關(guān)于支撐部件的移動或扭轉(zhuǎn)。
[0018]為了形成所需的腐蝕防護，形成在支撐部件和至少一個結(jié)構(gòu)部件之間的連接部優(yōu)選以浸涂工藝使用液體防腐蝕劑涂覆。
[0019]根據(jù)本發(fā)明形成的有利的結(jié)合連接部包括金屬支撐部件、帶有孔的置于支撐部件一側(cè)上的至少一個結(jié)構(gòu)部件和根據(jù)本發(fā)明的緊固件，該緊固件通過電弧焊接方法通過延伸穿過結(jié)構(gòu)部件中的孔的桿的焊接端焊接到支撐部件，該孔大于桿的橫截面，小于緊固件的凸緣，該凸緣的突出部通過接觸表面置于結(jié)構(gòu)部件的圍繞孔的表面上。該易于形成的結(jié)合連接部適用于不能焊接在一起的部件的連接，例如輕金屬或復(fù)合材料緊固到鋼支撐部件上。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，該結(jié)合連接部設(shè)計成使至少一個結(jié)構(gòu)部件通過凸緣的突出部和支撐部件之間的軸向夾持力牢固地夾緊。為了獲得有效的腐蝕防護，該包括在孔內(nèi)的焊接點的結(jié)合連接部可使用防腐蝕劑涂覆。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面將參照附圖中所示的示例性實施例詳細(xì)說明本發(fā)明，附圖中:
[0022]圖1顯示了緊固件的第一實施例的側(cè)視圖，
[0023]圖2是圖1的緊固件的截面圖；
[0024]圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的緊固件的結(jié)合連接件；
[0025]圖4是緊固件的第二實施例的后側(cè)視圖；
[0026]圖5是圖4的緊固件的緊固側(cè)的視圖；和
[0027]圖6是具有緊固螺柱的緊固件的一個實施例的視圖。
【具體實施方式】
[0028]示出在圖1和2中的緊固件I具有基本上圓柱形狀的桿2，沿中心軸線A延伸。桿2的一端設(shè)計為焊接端3，并且設(shè)置有平的截頭圓錐狀前表面4或一些其他適當(dāng)形狀，例如圓形表面。在桿2的另一端上形成有圓盤狀凸緣5，其直徑為約桿2的直徑的兩倍大。凸緣2的直徑可替代地更大或更?。辉撏咕壉仨氃诿恳环N情況下大于待緊固的結(jié)構(gòu)部件中的孔。凸緣5的背離桿2的側(cè)具有關(guān)于中心軸線A成直角的平圓形表面，該表面可用于緊固件I在焊接夾具中的軸向支撐。凸緣5在其外邊緣上具有環(huán)形圓柱狀軸環(huán)6，其從凸緣5朝向焊接端3的方向軸向地延伸。凸緣5和軸環(huán)6 —起形成外圓柱表面7,緊固件I可在該表面7處被從外部通過焊接鉗抓握，并且也可用作用于電焊接電流的傳輸?shù)慕佑|表面。
[0029]在軸環(huán)6和桿2之間存在環(huán)形凹槽形式的環(huán)形自由空隙8。由于該自由空隙8，凸緣5和軸環(huán)6獲得距離焊接端3的大的有利的距離，因而降低焊接過程期間電弧偏移的風(fēng)險。焊接過程由此變得更穩(wěn)定，并且焊接點的質(zhì)量可提高。自由間隙8可另外適應(yīng)待緊固的結(jié)構(gòu)部件上通過沖壓形成的毛刺，以可獲得待緊固的結(jié)構(gòu)部件上的緊固件的良好支撐。
[0030]軸環(huán)6的自由邊緣設(shè)置有多個徑向延伸的凹部9，所述凹部9以等間距間隔隔開。位于凹部9之間的軸環(huán)6的邊緣部分形成間隔開布置的突出部10，通過該突出部10，緊固件I可被支撐在結(jié)構(gòu)部件上。突出部10的前表面位于關(guān)于中心軸線A徑向的共同的平面中，該共同的平面距離焊接端3的最前截頭圓錐表面某一距離，該距離將比由緊固件I緊固的結(jié)構(gòu)部件的厚度或比待緊固的多個結(jié)構(gòu)部件的整個厚度大焊接所需的過量長度。
[0031]該焊接端的焊接所需的過量長度取決于相應(yīng)的焊接過程，并且一般來講，達幾十毫米。過量長度太大導(dǎo)致待緊固的結(jié)構(gòu)部件的不充分的夾緊；過量長度太小導(dǎo)致焊接端的不完全焊接，并且因而導(dǎo)致緊固件的不充分緊固。
[0032]圖3顯示了在緊固件I的輔助下形成在支撐部件12和置于支撐部件12上的結(jié)構(gòu)部件14之間的結(jié)合連接部。為了形成結(jié)合連接部，結(jié)構(gòu)部件14設(shè)置有孔15?？?5的尺寸由緊固件I的尺寸控制，并且將選擇為使孔15大于桿2的直徑并且小于凸緣5的直徑?？?5的直徑優(yōu)選選擇為盡可能大，特別地，當(dāng)結(jié)構(gòu)部件14由可由于高溫在焊接區(qū)域中損壞的材料構(gòu)成時。但是，孔15的直徑如果可能應(yīng)小于軸環(huán)6的內(nèi)徑，以確保突出部10在結(jié)構(gòu)部件14上的良好接觸，并且在緊固件I的定位中可允許緊固件I和孔15的中心偏差。
[0033]為了執(zhí)行焊接操作，結(jié)構(gòu)部件14放置在支撐部件13上預(yù)期位置中，并且保持在該位置中。然后緊固件I被通過已知的螺柱焊接夾具前移，其中焊接端3延伸穿過孔15到達支撐部件12，并且通過根據(jù)已知拉弧焊接方法的電弧的產(chǎn)生，被焊接到支撐部件12。螺柱焊接夾具在每一種情況下被控制為使緊固件I在焊接端3浸沒到形成的熔池中時的運動通過突出部抵靠在結(jié)構(gòu)部件14上而限制。隨后冷卻時緊固件1、焊縫17和支撐部件12的收縮導(dǎo)致凸緣5和支撐部件12之間的距離縮短，以使結(jié)構(gòu)部件14夾緊在兩者之間。
[0034]在以所述方式形成的結(jié)合連接部的情況下，當(dāng)支撐部件12和緊固件I通常已經(jīng)被提供預(yù)存在的腐蝕防護層時，該預(yù)存在的腐蝕防護層在焊接結(jié)合部附近由于焊接操作而被破壞。但是，所需的腐蝕防護層可被以簡單方式恢復(fù)，因為圍繞焊接區(qū)的間隙在很多點處由于突出部10之間的凹部9而容易接近。因而，例如在浸涂過程中，間隙16中的陰極浸漆、涂層材料等能夠滲透在緊固件I下方，并且給間隙16的整個內(nèi)表面提供防護涂層。凹部9的尺寸和數(shù)量另外確保已經(jīng)滲透到緊固件I下方的間隙16中的過多的材料能夠在離開浸浴之前流出間隙16。以該方式，緊固件I確保由緊固件I覆蓋的焊接連接區(qū)域中腐蝕防護層的恢復(fù)。
[0035]圖4和5顯示了緊固件101，其具有圓柱狀桿102和在桿102的相對端處的圓形盤狀凸緣105，圓柱狀桿102具有焊接端103。凸緣105的外邊緣設(shè)置在朝向焊接端103的具有軸環(huán)106的側(cè)，軸環(huán)106具有圓柱狀外表面107。在軸環(huán)106和凸緣105之間可存在環(huán)形自由空隙108。凸緣105和軸環(huán)106被由以規(guī)則間距間隔開布置的多個徑向槽111分為單獨的區(qū)段。槽111終止在桿102的表面。由于該分隔，軸環(huán)106的多個區(qū)段形成單獨的突出部110，緊固件101可通過該突出部110支撐在結(jié)構(gòu)部件上。如果圖3中所示類型的結(jié)合連接部通過緊固件101形成，則凸緣105下面的間隙16由于槽111而保持可進入，并且可由防腐蝕劑涂覆。槽111另外提高了凸緣105的彈性，使得可獲得一個或多個結(jié)構(gòu)部件的更準(zhǔn)確限定的壓合。
[0036]圖6中顯示了緊固件201，其與緊固件I不同之處在于，在凸緣205的背離焊接端203側(cè)沿桿202的延伸方向形成螺柱213，該螺柱213設(shè)置有外螺紋。在通過緊固件201的焊接將結(jié)構(gòu)部件緊固到支撐部件之后，在例如螺母、夾等機械緊固器件的輔助下，另外的結(jié)構(gòu)部件可被緊固到螺柱213。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬緊固件(I, 101，201)，具有桿(2，102, 202)和凸緣(5，105，205)，所述桿(2，102，202)沿軸向方向延伸并且具有焊接端(3，103，203)，所述凸緣(5，105，205)布置在桿上距離焊接端(3，103，203) 一距離處，所述凸緣具有大于桿(2，102，202)的直徑，其特征在于，凸緣(5，105，205)在面向焊接端(3，103，203)的側(cè)具有多個突出部(10，110)，所述突出部(10，110)布置在距離桿(2，102, 202)以及距離彼此一距離處，并且其自由端形成用于結(jié)構(gòu)部件的接觸表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，凸緣(5，105)在面向焊接端的側(cè)具有環(huán)形軸環(huán)(6，106)，環(huán)形軸環(huán)(6，106)在一定距離處圍繞桿(2，102)，突出部(10，110)布置在軸環(huán)(6，106)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊固件，其特征在于，凸緣(105)在面向焊接端的側(cè)具有環(huán)形軸環(huán)(106)，環(huán)形軸環(huán)(106)在一定距離處圍繞桿(120)，所述軸環(huán)(106)被槽(111)分割為多個軸環(huán)節(jié)段，所述軸環(huán)節(jié)段形成突出部(110)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的緊固件，其特征在于，凸緣(105)被由多個槽(111)分割為多個凸緣節(jié)段。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的緊固件，其特征在于，在凸緣(205)的沿桿(202)的延伸方向背離焊接端(203)的側(cè)上，螺柱(213)被布置用于緊固另外的結(jié)構(gòu)部件。
6.一種用于通過使用根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的緊固件(I)連接至少一個結(jié)構(gòu)部件(14)和金屬支撐部件(12)的方法，其中結(jié)構(gòu)部件(14)設(shè)置有孔(15)，所述孔(15)大于緊固件⑴的桿⑵的橫截面，并且小于緊固件⑴的凸緣(5)，結(jié)構(gòu)部件(14)被與支撐部件(12)的一側(cè)形成接觸并且保持在該側(cè)，緊固件(I)通過延伸穿過結(jié)構(gòu)部件(14)中的孔(15)的桿(2)的焊接端(3)被以這樣的方式通過電弧焊接工藝焊接到支撐部件(12):凸緣(5)的突出部(10)的接觸表面抵靠結(jié)構(gòu)部件(14)的圍繞孔(15)的表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)合方法，其特征在于，為了焊接，桿(2)被同中心布置在孔(15)中，以使孔(15)的邊緣和桿⑵之間存在連續(xù)的自由間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項所述的結(jié)合方法，其特征在于，緊固件(I)被在軸向力的影響下以這樣的方式焊接到支撐部件(2):在焊接操作結(jié)束和焊接點冷卻之后，至少一個結(jié)構(gòu)部件(14)被通過凸緣(5)的突出部(10)和支撐部件(12)之間的軸向夾緊力夾持。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一項所述的結(jié)合方法，其特征在于，緊固件(I)的焊接通過電弧拉弧焊接進行。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的結(jié)合方法，其特征在于，孔(15)被通過切割工具以這樣的方式切割:毛刺僅在結(jié)構(gòu)部件(14)的背離支撐部件(12)的側(cè)形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求6到10中任一項所述的結(jié)合方法，其特征在于，支撐部件(12)和至少一個結(jié)構(gòu)部件(14)之間形成的連接部被以浸涂方法使用液體防腐蝕劑涂覆。
12.—種結(jié)合連接部，包括金屬支撐部件(12)、具有孔(15)的置于支撐部件(12)的一側(cè)上的至少一個結(jié)構(gòu)部件(14)和根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的緊固件，其中，緊固件(I)通過桿(2)的焊接端(3)延伸穿過結(jié)構(gòu)部件(14)中的孔(15)，被通過電弧焊接方法焊接到支撐部件(12)，所述孔(15)大于桿(2)的橫截面并且小于凸緣(5)，凸緣(5)的突出部(10)通過接觸表面置于結(jié)構(gòu)部件(14)的圍繞孔(15)的表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)合連接部，其特征在于，至少一個結(jié)構(gòu)部件(14)通過凸緣(5)的突出部(10)和支撐部件(12)之間的軸向夾緊力牢固地夾持。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項所述的結(jié)合連接部，其特征在于，包括孔(15)內(nèi)的焊接點，該結(jié)合連接部被使用防腐蝕劑涂覆。
15.根據(jù)權(quán)利要求12到14中任一項所述的結(jié)合連接部，其特征在于，至少一個結(jié)構(gòu)部件(14)由輕金屬或合成材料構(gòu)成。
【文檔編號】B23K9/20GK103917324SQ201280054046
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月4日
【發(fā)明者】J.海恩, J.施奈德, H.戈特沃爾斯, A.舒格, H.尼奇, M.費拉本德, S.巴赫 申請人:紐弗雷公司