CN102883849A - 用于连接至少两个板状部件的摩擦焊连接的连接元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接至少两个板状的部件（8，9）的摩擦焊连接的连接元件（1），该连接元件（1）具有中心部（4），该中心部（4）用于对中并引导所述连接元件（1），所述连接元件（1）在心轴（2）穿入所述顶部的部件或部件（8）的过程中旋转并承受压力，所述心轴（2）的长度适于所述顶部的部件或部件（8）的厚度。所述中心部从转变到所述摩擦焊连接中的所述心轴的大体上平坦的横截表面上突出为销（4，13，16，18），并且所述中心部相对于所述心轴的长度形成为如此短和细以至于在穿入所述顶部的部件之后所述中心部的材料将软化并且所述中心部将因此几乎完全地转变到所述摩擦焊连接中。

Description

用于连接至少两个板状部件的摩擦焊连接的连接元件

本发明涉及一种用于连接至少两个板状部件的摩擦焊连接（frictionwelding connection）的连接元件，该连接元件具有中心部，该中心部用于对中并引导连接元件，连接元件在心轴穿入顶部的部件的过程中旋转并承受压力，心轴的长度适合于所述顶部的部件的厚度。

例如US-PS 3，477,115中所公开的，摩擦焊过程已经用于两个板状部件的永久连接。该印刷文献中描述了连接元件如何放置在彼此叠置的两个金属板上并且继而旋转并穿过顶部的部件。在这个过程中，在作为连接元件的一部分的心轴的区域产生的摩擦热造成顶部的部件被加热至将熔于心轴区域中的程度，从而允许心轴穿入到底部的部件的区域上，在该区域上，顶部和底部的部件的材料再次变硬并且连接元件停止旋转。安装在所述连接元件上的卡圈继而定位在所述顶部的部件上，因此确保所述两个部件将保持牢固地彼此连接。

DE 10 2009 006 775 A1还公开了一种用于连接两个相邻工件（例如在实施方式中所指定的两个金属片部分）的连接元件。作为性能特征，该连接或接合元件展示了圆形的突出部，该圆形的突出部设计为圆形的心轴形式并且用于改善两个工件的连接。然而，在印刷公开物中没有给出为何选择这种设计的具体原因。

已经通过这些用于连接两个板状的部件的设计发现，连接元件可以在其心轴区域做成锥形，因此给出这个相对尖锐的锥形部分的定中功能（acentering function）（参见DE 10 2006 013 529 A1）。这是相对复杂的设计，需要复杂地制造过程。因此不适于使用冲压工艺的大量性廉价生产并且由于这个原因而明显未得到广泛应用（caught on）。

本发明的目的是提供一种连接元件，该连接元件可以通过较少的制造花费生产并且尤其好地适合于至少两个板状部件的连接，因而该连接元件可以被用作在连续操作中的连续后序加工中获得至少两个板状部件的摩擦焊连接。该连接元件的设计一方面确保向摩擦焊连接的精确引导，另一方面保护两个板的牢固连接。

本发明的连接元件的特征在于中心部从转变到摩擦焊连接中的心轴的大体上平坦的横截表面上突出并且相对于心轴的长度形成为如此短和细以至于在穿入顶部的部件之后所述中心部的材料将软化并且中心部将因此几乎完全地转变到摩擦焊连接中。

由于其短且细的设计，具有用于完成摩擦焊连接的心轴和以销（pin）形式形成的中心部的连接元件可以以尤其便宜的方式制造。从连接过程的最开始，销形状的中心部确保相关的元件的稳定引导，因此允许连接元件以集中的方式作用于预期的连接位置。短且细的中心部避免心轴从各个应用位置漂移。结果是，各连接过程可以由销形的中心部以集中的方式完成，施加的摩擦能仅仅集中在穿入的连接元件的各自位置。

连接元件也可以设计为具有围绕中心部的凹槽，该凹槽用于在一旦所述中心部达到底部的部件后容纳所述中心部的软化材料。由于凹槽防止中心销的软化材料最终处于（ending up）心轴的横截表面与底板之间，这种方式有利于摩擦焊过程。

中心部可以设计为圆柱性的销。然而，所述销也可以是圆锥形的。而且，所述销可以具有中心凹槽，因此使得该销的形状近似于中空圆柱体。这减小了销的体积，改善销的引导功能并且也便于其制造。

附图显示了本发明的实施方式，附图中：

图1显示具有短的圆柱形销的连接元件，该销从连接元件的心轴突出；

图2显示图1所示的连接元件位于两个板状部件中的顶部部件上；

图3显示连接元件一旦穿入顶部的部件中，所述销基本上变形；

图4显示连接元件与两个板状部件间的完全的摩擦焊连接；

图5显示围绕中心部具有凹槽的连接元件；

图6显示具有构成中心部的圆锥形销的连接元件；

图7显示心轴具有平坦的圆锥形横截表面的连接元件；

图8显示具有带中心凹槽的销的连接元件。

图1显示连接元件1，该连接元件1包括心轴2和安装在该心轴2上的卡圈3。构成中心部的销4从所述心轴2的背离卡圈3的表面突出，相比于所述心轴2，该销4非常短和细但是大体上是圆柱形。为了便于制造，销4具有微小的圆头表面5并且从所述心轴2的平坦横截表面6呈圆柱形地突出。卡圈3还包括刀架（tool holder）7，此处的刀架7表现为内六角形形式并且合适的六角匙（hexagon key）可以插入该刀架7中，而后用于旋转连接元件1以进行连接步骤。

根据连接元件1的一种实施方式，其心轴2的长度介于5mm和6mm之间、直径介于4mm和5mm之间。销4的长度介于0.5mm和1mm之间、直径介于1mm和2mm之间。依据连接元件的尺寸，连接元件的部件的尺寸当然可以不同。

图2显示图1中的连接元件1和两个板状的部件，即，在第一位置，所述连接元件1的横截表面6与顶部的部件8接触，销4恰好穿入部件8的材料中并且可以因此发挥其定心的功能。在如图2中所示的连接元件1的第一位置，连接元件1旋转，由此开始已知方式的摩擦焊过程。在此状况下，所述连接元件1的横截表面6与顶部的部件8相抵并且造成所述部件8由于产生的摩擦热而软化。这使得连接元件1穿入部件8并且其销4最终与部件9的表面接触。在所述穿入过程中，心轴2定心并由销4引导，销4的材料将软化并最终完全变形。

在第二位置，销4接触部件9的表面，销4将变形并因此具有图3中描绘的更宽的形状10。随着轴向移动的进行，销将最终完全扁平，因此允许横截表面6接触板9并形成摩擦焊连接。由于销的较小的直径、较短的长度以及最终的较小的体积，销4将不会损害摩擦焊过程。

连接元件1和底部的部件9之间的完整的摩擦焊过程如图4所示，其中狭窄的阴影截面11是摩擦焊区域，通过该摩擦焊区域连接元件1牢固地连接到底部的部件9上，并且连接元件1的卡圈3将所述顶部的部件8牢固地压在底部的元件9上。

图5中显示了销的设计的一种变型。该变型包括具有卡圈3和心轴2的连接元件1，并且包括从所述心轴2的前端横截表面12上突出的销13。在这种情况下，销13被环形的槽14紧紧围绕，该环形的槽14起到的作用是在迫使连接元件1进入顶部的部件8的过程中容纳从销13移除的材料，从而防止这些移除的材料妨碍心轴2的横截表面6与各自的顶部的部件之间的随后的摩擦焊过程。

图6显示了连接元件1的另一种变型，其中，卡圈15描绘成六角头，因此可以被各自的六角匙夹紧。在这种情况下，销16仅仅稍微是圆锥形。该视图显示横截表面6的边缘具有锥形部分17，该锥形部分17改善了来自板8的移除的材料的流出。

图7显示了连接元件1的一种变型，该变型包括心轴2的横截表面20的平的圆锥形的设计。

图8显示了连接元件1的另一种变型，其中，部分显示为剖视图的销18包括内部凹槽19。所导致的销18的相对狭窄的边缘可以有利于销18的更强的引导并且可以促进穿入另一个部件中。在这种实施方式中，销的直径可以大于2mm。

Claims (5)

1.用于连接至少两个板状的部件（8，9）的摩擦焊连接的连接元件（1），该连接元件（1）具有中心部（4），该中心部（4）用于对中并引导所述连接元件（1），所述连接元件（1）在心轴（2）穿入顶部的部件（8）的过程中旋转并承受压力，所述心轴（2）的长度适于所述顶部的部件（8）的厚度，其特征在于，所述中心部从转变到所述摩擦焊连接中的所述心轴（2）的大致平坦的横截表面（6，12）上突出为销（4，13，16），并且所述中心部相对于所述心轴（2）的长度形成为如此短和细，以至于在穿入所述顶部的部件之后，所述中心部的材料将软化并且所述中心部将因此几乎完全地转变到所述摩擦焊连接中。

2.根据权利要求1所述的连接元件，其特征在于，所述心轴（2）具有凹槽（14），该凹槽（14）围绕所述中心部（13）并且起到容纳从所述中心部（13）移除的软化材料的作用。

3.根据权利要求1或2所述的连接元件，其特征在于，所述销（4）为圆柱形。

4.根据权利要求1或2所述的连接元件，其特征在于，所述销（16）为圆锥形。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的连接元件，其特征在于，所述销（18）具有中心凹槽（19）。

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