CN101730606B - 多个叠放的板的摩擦焊组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过连接主体将多个叠放的板保持在一起的摩擦焊组件，该连接主体通过挡圈设置在上部板上并形成为终止于尖端的细长锥体。所述连接主体在其挡圈区域包括驱动元件，该驱动元件用于连接加压旋转工具。由所述细长锥体形成并从上部板穿入下部板的突出件和从下部板突出的突出件沿其内表面形成朝向所述细长锥体延伸的摩擦焊区域。
Description
技术领域
本发明涉及通过连接主体将多个叠放的板保持在一起的摩擦焊组件，该连接主体通过挡圈(collar)设置在上部板上并形成为终止于尖端的细长锥体，其中，所述连接主体包括位于其挡圈区域的驱动元件，该驱动元件用于与加压旋转工具连接。
背景技术
这种摩擦焊组件可以从国际申请公开文件WO 02/062518A1中得知。在该文件的图7c中显示了用于这种摩擦焊组件的连接主体，该连接主体一方面包括用于与上部板邻接的挡圈，另一方面，主要包括细长锥体，该细长锥体在远离挡圈的方向形成扁平的尖端(flat tip)，该扁平的尖端通过延续细长锥体的相应钝角化的短锥体形成。该连接主体用于在旋转作用下按压到两个叠放的板内，直到挡圈邻接上部板。因为连接主体的旋转和由此在连接主体和两个板之间产生的摩擦，相互刮擦的部分的材料会热塑化，从而产生摩擦焊区域，因而摩擦焊区域的材料会穿过上部板的上侧的边缘脱落。其它的连接主体显示在图9a至图9d中，该连接主体包括位于挡圈区域的驱动元件，该驱动元件用于与加压旋转工具连接，其中显示了六角头(hex-head)和槽。
发明内容
基于提供上述摩擦焊组件的目的提出本发明，本发明的摩擦焊组件通过特殊的形状设计而具有非常高的强度。根据本发明，这是通过由细长锥体形成并从上部板穿入下部板的突出件(girder)以及从下部板突出的突出件沿其内表面形成延伸到所述细长锥体的摩擦焊区域而实现的。
本发明利用了所述摩擦焊区域的特殊形状设计(即在足够的压力和高摩擦作用下的摩擦焊过程中形成的所述突出件)，所述摩擦焊区域使得叠放的板之间不仅通过所述连接主体连接，而且还通过在所述摩擦焊操作过程中从所述板挤压出的材料连接。其中，特别地，使用由所述上部板形成并穿入所述下部板的突出件，该突出件主要是通过在所述摩擦焊过程中挤出的板的材料件使所述叠放的板紧密连接并因而传递使两个板保持在一起的力，在所述摩擦焊过程中为实施摩擦焊的目的提供了足够量的摩擦焊材料。由位于所述上部板上的细长锥体形成的突出件延伸到所述下部板的材料内，其中，所述突出件以类似于从所述连接主体和所述板挤压出材料的方式形成连续的摩擦焊区域，该摩擦焊区域使两个板彼此可靠地连接。
方便地，所述细长锥体形成为使得其尖端由短锥体形成，该短锥体比延伸必要长度的细长锥体更陡。由于这种形状设计，所述连接主体能够通过相应的轴向压力和旋转而容易地挤压到两个叠放的板中，从而所述板的材料由于所述连接主体的周缘的摩擦而熔化，并因而作为具有相应的分力的锥体沿轴向向前推动所述板的熔化的材料，其中，由于所述连接主体的形状，所述连接主体能够容易地穿入两个叠放的板并迅速使得所述两个板在它们与所述连接主体邻接的区域熔化，从而通过可以说是从上部板穿入下部板的突出件产生与两个板的紧密连接。
在布置所述摩擦焊组件时，可以使该摩擦焊组件形成为使得所述尖端从所述下部板突出。但是，也可以使所述摩擦焊组件布置为使得所述尖端被所述下部板的材料包围。
有利地，可以对所述尖端进行另外的硬化。但是，也可以通过使所述尖端涂敷相比所述细长锥体的材料较硬的材料而得到非常坚硬的尖端。通过这种方式处理的尖端容易穿入所述板。
还可以在金属件上连接作为附加件的坚硬的尖端，例如通过焊接。
形成所述连接主体的细长锥体可以在作为连接主体的作用之外具有附加作用，也就是作为螺栓或螺母，其中，所述细长锥体包括用于该目的的盲孔。为了吸收因摩擦焊而在所述挡圈的方向流出的热塑化的材料(尤其是来自所述上部板的材料)，可以方便地在所述挡圈的面对所述上部板的侧设置槽。
可以使所述摩擦焊区域穿过所述突出件的区域延伸到所述挡圈的面对所述上部金属板的侧，从而为所述摩擦焊区域提供非常高的强度。
可以通过在所述挡圈的面对所述上部板的侧上涂敷热熔性粘结剂而实现所述连接主体和所述上部板之间非常强的连接。所述热熔性粘结剂也会在进行摩擦焊布置的过程中被加热并因而熔化且在冷却后在所述挡圈和板之间提供额外的连接，其中，该连接还可以提供腐蚀防护。
特别薄的板通常需要加强。在这种情况下，可以通过使一个板形成为另一个板的加强件的方式而有利地使用所述摩擦焊组件。因而，所述两个板能够通过所述摩擦焊组件而彼此牢固连接，从而对延伸超过所述加强件的板提供必要的连接强度，从而为了摩擦焊的目的而使两个板相对于彼此锁止。
为了引导所述细长锥体而使其向下放置并进入两个板，该两个板中的至少一个板可以设置有孔。特别地，这里涉及的上部板通过孔接纳所述细长锥体的尖端，但是各个孔本身必须狭窄，从而通过来自所述孔的壁的所述细长锥体能够获得用于形成摩擦焊和突出件的足够的材料。另外，因此能够更迅速地穿入两个板。
还可以有利地通过对所述连接主体增加形成所述连接主体的尖端的驱动销来提供用于所述连接主体的非常坚硬的尖端的材料。因而，在这种情况下所述连接主体为两部分结构。
首先可以用金属作为所述板和连接主体的材料，但是，也可以使用由塑料或复合材料制成的所述板和连接主体。
附图说明
附图显示了本发明的实施方式，附图中：
图1显示了两个叠放的板和在降低到两个板上之前位于其上方的连接主体；
图2显示了通过形成摩擦焊区域以及位于两个板中的突出件而旋入两个板内的连接主体，其中，连接主体完全被下部板的材料包围；
图3是与图2中所示的布置类似的布置，但是，连接主体的尖端从下部板突出；
图4显示了具有螺栓的连接主体；
图5显示了设置有同轴盲孔的连接主体；
图6显示了在其挡圈的下边缘具有凹陷的连接主体；
图7显示了在形成延伸到连接主体的挡圈下方的摩擦焊区域的同时旋入两个板的连接主体；
图8显示了在其挡圈的下边缘具有热熔性粘结剂层的连接主体；
图9显示了连接主体和两个板，一个板形成加强件；
图10显示了连接主体和预先设置有孔的板；
图11显示了连接主体和仅在上部板预先设置有孔的板；
图12和图13显示了适于由两部分组装的连接主体。
具体实施方式
图1中显示了两个叠放的板1和2以及连接主体3，连接主体3包括形成为六角头的挡圈4、基本形成连接主体3的大部分长度的细长锥体5以及作为细长锥体5的延长部分的更陡的短锥体6。连接主体3以及两个板1和2显示为位于开始将它们形成摩擦焊组件之前的位置。
由图1所示的结构部件形成的摩擦焊组件显示于图2中。通过旋转和按 压插入连接主体3，使连接主体3穿入板1和2，其中，连接主体3不完全穿过板2。通过使短锥体6和细长锥体5穿入两个板1和2的材料中进行连接主体3的摩擦焊操作，在该操作过程中，由于所述连接主体的旋转而导致连接主体3相对于板1和2的材料产生很大的摩擦力，从而沿细长锥体5和短锥体6形成如图中粗实线7所示的摩擦焊区域。其中，分别从板1和2上挤出突出件(girder)8和突出件9。其中，突出件8部分地延伸至板2的材料的区域中，而突出件9形成覆盖短锥体6和尖端10的覆盖物。
由于这种布置，致使在板1和板2之间沿摩擦焊区域7形成牢固连接，该牢固连接能够承受足够大的分离力而不会使板1和板2分离。
图3中显示了对图2说明的实施方式的修改，其中，所述细长锥体形成的长度使得所述连接主体的尖端10能够完全穿过板2，而且使所述短锥体的区域和尖端10完全穿过下部板并延伸超过下部板。在图3中，摩擦焊区域也用附图标记7表示。图1至图3中所示的连接主体都在其上部边缘具有挡圈，每个挡圈形成为六角头。因此，各个连接主体能够通过适当快地操作旋转工具而容易地插入，进而所述连接主体能够通过该旋转工具而进行产生摩擦焊区域7所需的旋转。
图4所示的连接主体包括另一具体特征。该连接主体的细长锥体12以相同的锥角稳定地延伸到尖端13中，该连接主体的摩擦焊区域继而从挡圈4连续且均匀地延伸到尖端13。然后可以将任意其它的结构元件通过螺栓11的螺纹固定到螺栓11上。
根据所述连接主体所需要旋入的材料来选择所述连接主体的形状(即具有陡的短锥体或具有连续的细长锥体)，以用于各种应用。
图5中显示的连接主体与图1和图2中的连接主体相似。但是，连接主体3的锥体的形状与图1和图2中所示的不同，由于细长锥体14的圆滑(rounded)的过渡件15紧接最后终止于尖端17的更陡的端锥(end cone) 16。另外，图5的连接主体3具有盲孔18，该盲孔18例如设置有内螺纹以随后将螺栓螺固到连接主体3上。
图6中显示的连接主体大致相应于图1至图3中的连接主体3，但是，该连接主体3具有用于实施旋转的内驱动件19，任何具有相应的外部接合表面的工具都能够插入内驱动件19内。另外，连接主体3的挡圈20的下侧具有槽21，该槽21用于在应用时吸收因将所述连接主体驱动至要与连接主体焊接在一起的叠放的板1和板2内而上升的材料。
图7中显示的连接主体大致相应于图3中的连接主体。但是，该连接主体螺固到两个板1和2内的程度使得摩擦焊区域还形成在所述挡圈的下侧，形成在所述挡圈的下侧的区域连续地连接到沿所述细长锥体延伸的摩擦焊区域。应用时，挡圈4下方的摩擦焊区域22是通过将所述连接主体在非常大的压力下插入板1和2所产生的，从而在该摩擦焊区域冷却后在所述连接主体与两个板1和2之间形成非常牢固的连接。
图8中显示的连接主体与根据图1的连接主体相似，但是，该连接主体的挡圈的下侧涂覆有热熔性粘结剂23。通过使连接主体3的挡圈4与上部板接合而得到热熔性粘结剂23和各个板的上表面之间的摩擦力，从而所述热熔性粘结剂熔化，在形成所述摩擦焊区域和接下来完成的对所述连接主体的驱动以后，按压所述上部板并由于热熔性粘结剂23的冷却，最终也在该区域形成类似的连接，该连接尤其适用于密封用途和用作腐蚀防护。
根据本发明的摩擦焊组件还可以用于对需要加强的相对薄的板的相应处理。这在图9中予以显示。在下部板24的下方设置有用作较薄的板24的加强件的足够厚的支撑板(加强板)25。通过加强板25赋予板24的各个区域非常高的强度。其中，通过凹陷26和位于支撑板25上的相应的容纳件赋予整个结构非常高的强度。其中，如根据图2和图3的实施方式中那样形成有突出件8和9。
图10和图11中显示的连接主体与根据图3的连接主体类似，该连接主体可以插入预先设置有孔的板1和2中。在图10中，所述孔为延伸穿过两个板1和2的通孔27，而在根据图11的另一个连接主体中，仅上部板1设置有通孔28。类似于根据图3的布置，这两种情况都致使形成突出件并在表面上形成摩擦焊区域，两个板1和2通过该摩擦焊区域彼此牢固地连接，从而所述连接主体仅各自通过通孔27或28就可以迅速旋入板中，这尤其有利于非常硬的固体材料。
图12和图13中显示了所述连接主体的另一种修改，其中，所述尖端不是由所述连接主体自身形成，而是由驱动销29形成。驱动销29可以插入连接主体31的通孔30内并通过完全插入而延伸穿过通孔30(如图13所示)，该延伸穿过的程度使得连接主体31的细长锥体32与具有尖端33的钝角锥体34基本无过渡地结合。这里，驱动销29通过位于驱动销29的端部的六角头35起到驱动作用，该六角头35配合在位于连接主体31的挡圈37中的相应的容纳件36内。这里，连接主体31通过如图1中的布置的六角头起到驱动作用。在驱动销29具有高硬度的情况下驱动销29尤其有利，而且因而能够穿入坚硬的材料中。在完成焊接以后可以撤回驱动销29，以使其用于其它摩擦焊操作。
Claims (19)
1.通过连接主体(3，31)将多个叠放的板(1，2；24，25)保持在一起的摩擦焊组件，所述连接主体(3，31)通过挡圈(4，37)设置在上部板上并形成为终止于尖端(10，13，17，33)的细长锥体(5)，其中，所述连接主体(3，31)包括位于其挡圈(4，37)区域的驱动元件(4)，该驱动元件(4)用于连接加压旋转工具，其特征在于，由所述细长锥体(5，14，32)形成的并从上部板(1)穿入下部板(2)的突出件(8)和从所述下部板(2)突出的突出件(9)沿其内表面形成延伸到所述细长锥体(5)上的摩擦焊区域(7)，所述尖端(10)由短锥体(6)形成，该短锥体(6)比所述细长锥体(5)更陡。
2.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述尖端(10)从所述下部板(2)突出。
3.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述尖端(10)被所述下部板(2)的材料包围。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述尖端(10)被另外硬化。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述尖端(10)涂敷有比所述细长锥体的材料更硬的材料。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述尖端(10)作为附加的部件固定到所述细长锥体上。
7.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述细长锥体(12)与螺栓(11)结合。
8.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述细长锥体(14)包括盲孔(18)。
9.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述挡圈(4)包括位于其面对所述上部板(1)的一侧(20)上的槽(21)。
10.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述摩擦焊区域(22)延伸至所述挡圈(4)的面对所述上部板(1)的一侧。
11.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述挡圈(4)在其面对所述上部板(1)的一侧上涂敷有热熔性粘结剂(23)。
12.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，一个板(24)形成为另一个板(25)的加强件。
13.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，至少一个所述板预先设置有孔。
14.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述短锥体通过驱动件形成，该驱动件穿入位于所述细长锥体上的通孔，所述驱动件形成所述细长锥体的延长部分并适于配合在位于所述挡圈上的相应的容纳件内，所述细长锥体与所述短锥体相对设置。
15.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述板和所述连接主体由金属制成。
16.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述板和所述连接主体由塑料材料制成。
17.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述板由不同的材料制成。
18.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述板由塑料制成且所述连接主体由金属制成。
19.根据权利要求1所述的摩擦焊组件，其特征在于，所述连接主体包括塑料涂层。
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