CN103878476B - 摩擦焊接元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于与构件（18、20、50）连接的摩擦焊接元件（10、30、40），包括摩擦焊接几何结构（14、15）和与驱动几何结构（16、34）连接的头部（12、24、32、42），其中，在摩擦焊接过程期间产生热，在头部（12、24、32、42）上设置一种材料（22、26、36、44），所述材料通过在摩擦焊接过程中产生的热在与最靠近头部的构件（18、50）的表面接触时至少部分地熔化，并且在冷却时固化，由此封闭摩擦焊接元件（10、30、40）与最靠近头部的构件（18、50）的过渡部。

Description

摩擦焊接元件
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊接元件，用于与至少一个构件连接。
背景技术
已知用于连接摩擦焊接几何结构的摩擦焊接元件特别是包括销和具有驱动几何结构的头部。所述摩擦焊接元件以其摩擦焊接几何结构与至少一个构件焊接。由此可以在两个构件，尤其是板状的构件之间实现连接，其方式是上部的最靠近头部的构件通过与摩擦焊接元件与下部的构件保持在一起，所述摩擦焊接元件与所述下部的构件连接。可选地，也可以只是摩擦焊接元件本身与最靠近头部的构件连接，并由此为其他构件提供安装部位。
在摩擦焊接过程中，在轴向力的影响下，通过摩擦焊接元件的旋转产生热。在摩擦焊接几何结构或摩擦销部分熔化的情况下，摩擦焊接元件与构件连接。
根据现有技术，与摩擦焊接元件连接或通过摩擦焊接元件连接的构件和摩擦焊接元件之间不是可靠密封的，由此构件复合体易于受腐蚀影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种摩擦焊接元件，该摩擦焊接元件确保摩擦焊接连接的可靠密封。
所述目的通过权利要求1的特征部分的特征和前序部分的特征相结合来实现。各从属权利要求构成本发明优选的实施形式。
用于与构件连接的摩擦焊接元件已知包括摩擦焊接几何结构，特别是销、头部和与头部连接的驱动几何结构。驱动几何结构和头部可以构造成一体。
在摩擦焊接过程中，在轴向力的影响下，通过摩擦焊接元件的旋转形成热。在摩擦焊接几何结构熔化的情况下使下部和上部的构件连接。
根据本发明，在头部上安装一种材料，所述材料通过在摩擦焊接过程中产生的热在与最靠近头部的构件的表面接触时熔化并在冷却时固化。摩擦焊接过程可以分为摩擦阶段和和挤压阶段（Stauchphase）。热量可以在摩擦阶段和/或在挤压阶段传递到所述材料上。由于所述材料在摩擦焊接过程期间熔化并在摩擦焊接过程结束以后硬化，摩擦焊接元件和所述构件之间的过渡区域被封闭。这种封闭能够防止水分进入，由此可以基本上避免腐蚀。
由于通过本发明的解决方案不再需要摩擦焊接过程后续的封闭过程，因此提供了一种非常有利和节约时间的解决方案，在这种方案中，摩擦热协同地用于封闭连接部位。
已经证实，采用塑料，特别是热塑性塑料是特别有利的。塑料具有这样的优点，即塑料不仅对于气溶胶等具有良好的封闭特性，而且由于其电绝缘性还附加地有助于降低腐蚀。在本发明的范围内钎焊料也被设定为所述材料。
根据有利的第一实施形式，摩擦焊接元件设计成使得所述材料至少沿径向外部模制（一体成形）在具有驱动几何结构的头部上。通过在摩擦焊接元件的头部的边缘上环绕地模制所述材料、特别是塑料，所述材料主要在依次进行摩擦阶段和挤压阶段的摩擦焊接过程中使用。
在摩擦阶段，在轴向压力下通过摩擦焊接元件的旋转产生热。所述热传递到上部的构件的表面上。在摩擦阶段结束后，摩擦焊接元件被挤压并由此被压入被加热的上部构件中。由此侧向环绕模制的材料与上部的构件的受加热的表面发生接触并熔化。由此所述材料环绕地封闭与压紧的摩擦元件的连接部位。在连接部位冷却后，熔化区域硬化并持久地确保对连接部位的密封。
根据另一种实施方式，材料可以覆盖头部的至少一个下棱边，该下棱边构成头部在上部构件上的支承面。
由于头部的下棱边由所述材料覆盖，所述下棱边在头部压紧在上部构件的表面上时熔化。这种熔化可以在单纯的挤压阶段进行或者在由摩擦阶段和挤压阶段组成的组合运动中实现。在结合了挤压阶段和摩擦阶段的组合运动中，所述材料除了吸收上部构件的表面温度以外还额外地吸收通过头部在上部构件上的旋转摩擦产生的热。
如果所述材料在头部和上部构件之间熔化，则进入的头部可以排压位于头部下方的熔体。熔体此时可以填充头部和上部构件之间较小的不平度。
一种简单的将所述材料设置在头部到一个构件的过渡部中的形式是将所述材料构造成盘件，所述盘件的外直径至少等于头部的外直径并且所述盘件具有同心的缺口，所述缺口至少具有摩擦销的孔径。在盘件与摩擦焊接元件的组合体中，所述销穿过盘件。
材料的熔点优选低于摩擦焊接元件的熔点。熔点在250℃到400℃之间的塑料、特别是热塑性塑料已经证实是特别有利的。这一方面确保了毫无问题的操作，另一方面确保了在摩擦过程中产生的温度下实现可靠的熔化。
在另一种实施方式中，摩擦焊接元件的整个头部包括驱动几何结构并用塑料包围注塑。贴靠在下棱边和侧向贴靠在头部边缘的部分如前面所述的那样熔化并由此形成对连接部位的封闭。同时，塑料包围驱动几何结构的区域得到保留，由此保护整个摩擦焊接连接不受外部影响。此外，通过这种设计方案还防止了在驱动几何结构上出现可能由于旋转工具的作用导致的损伤。
本发明的一个改进方案这样实现，即，摩擦焊接元件的驱动几何结构由所述材料、特别是塑料构成。在这种方案中，驱动几何结构优选通过齿部与头部不可相对旋转地啮合，所述头部特别是由金属构成并过渡到销中。
附图说明
通过以下结合附图所示的实施例所作的说明可以得到本发明其他的优点、特征和应用可能性。
在说明书、各权利要求和附图中采用以下列出的附图标记列表中使用的术语和所属的附图标记。在图中：
图1示出带有模制在其上的接地销（Massebolzen）的摩擦焊接元件的剖视图；
图2示出与摩擦钉相结合的应用领域；
图3示出由金属一体地制成的摩擦元件；以及
图4示出摩擦焊接元件的另一个实施形式。
附图标记列表
10 摩擦焊接元件
12 头部
14 销
15 摩擦几何结构
16 驱动几何结构
18 上部的构件
20 下部的构件
22 塑料
24 头部
26 塑料盘
30 摩擦元件
32 金属头部
34 驱动几何结构
36 塑料环
40 摩擦元件
42 摩擦坯料/头部
44 塑料
50 构件
具体实施方式
图1所示为摩擦焊接元件10和摩擦焊接几何结构15的剖视图，所述摩擦焊接元件10具有头部12，该头部12具有驱动几何结构16。
根据本发明，摩擦焊接元件10用于与板状的构件50连接。
在板状的构件50表面形成摩擦焊接连接，其中，在摩擦过程中构件50的表面被加热。在旋转运动时通过施加轴向力，摩擦焊接几何结构15熔化，并且摩擦焊接元件与板状的构件50材料锁合地连接。
图1中所示的摩擦焊接元件10中，注塑在摩擦焊接元件的头部边缘上的塑料环22在被加热的连接部位已经熔化。连接部位通过硬化的熔体密封。由此防止连接部位腐蚀。有利地实现了，附加的碎片（Flitter）等也可以通过塑料22覆盖，这进一步降低了腐蚀倾向。
此处，图1中所示的摩擦焊接元件10在其背向摩擦焊接几何结构的端部带有接地销17。可选地也可以假设采用螺杆或其他固定元件。
图2示出本发明与摩擦钉20相结合的另一个应用领域。图示为该实施方式的摩擦钉20的剖视图，其中一体的金属摩擦钉20穿过塑料盘26。塑料盘26位于上部的构件和摩擦钉20的头部24之间。在将摩擦钉20固定在构件组合体上之后，塑料盘26在上部的构件上熔化并以这种方式封闭连接部位。熔化既可以在摩擦阶段进行，也可以在单独的挤压阶段进行。
图3示出摩擦元件30，所述摩擦元件由金属一体地制成，并且在该摩擦元件中，带有驱动几何结构34的金属头部32在其边缘区域用塑料环36包围注塑。在该实施例中塑料环36也在与上部的构件接触时熔化。由此，塑料熔体封闭连接部位。因此在摩擦焊接连接的唯一工序中环绕地密封连接部位。
在轴向力和旋转运动的作用下，驱动摩擦焊接元件30穿过上部的构件18。在下部的构件20上形成摩擦焊接连接，同时，在摩擦过程中还加热了上部构件18的表面。图3中所示的摩擦焊接元件30中，摩擦焊接元件将其头部32挤入上部的构件18中并且位于头部边缘上的塑料36被熔化。由此密封连接部位。有利地实现了，也可以通过塑料36覆盖碎片或类似物。
图4示出摩擦元件40的另一个实施例，其中，摩擦元件具有所述的摩擦坯料42，该摩擦坯料42的背向顶端端部的头部42上具有齿部，由塑料44制成的驱动几何结构与该齿部啮合。由塑料制成的驱动几何结构将摩擦焊接过程必需的旋转运动传递到摩擦销上。在该实施方式中，整个头部由塑料44制成的驱动几何结构覆盖。
该实施例还具有另外的优点，即，除了连接部位，整个摩擦焊接元件10也用塑料覆盖，由此既避免了摩擦焊接元件10的腐蚀，也避免了所连接的构件18、20的腐蚀。

Claims (11)

1.一种用于与构件(18、20、50)连接的摩擦焊接元件(10、30、40)，该摩擦焊接元件(10、30、40)包括金属的摩擦焊接几何结构(14、15)和与驱动几何结构(16、34)连接的金属的头部(12、24、32、42)，其中，在摩擦焊接过程中产生热，其特征在于，在所述头部(12、24、32、42)上设置一种塑料材料(22、26、36、44)，在与最靠近头部的构件(18、50)的表面接触时，所述材料通过在摩擦焊接过程中产生的热至少部分地熔化，并且在冷却时固化，由此封闭摩擦焊接元件(10、30、40)与最靠近所述头部的构件(18、50)的过渡部。
2.如权利要求1所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述最靠近所述头部的构件是要与所述摩擦焊接元件(10)连接的构件(18)。
3.如权利要求1所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述最靠近所述头部的构件为构件组合体的上部的构件(50)，其中，所述摩擦焊接元件(30、40)与构件组合体的下部的构件(20)连接。
4.如上述权利要求中任一项所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料至少模制在所述头部(12)的沿径向的外部并包括塑料环(36)。
5.如权利要求1至3中任一项所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料至少覆盖所述头部(12)的下棱边，其中所述下棱边构成所述头部(12)的在一个构件(18、50)的表面上的支承面。
6.如权利要求5所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料构造成盘件，该盘件具有缺口，销(14)穿过该缺口。
7.如权利要求5所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料至少模制在所述头部(12)的沿径向的外部并包括塑料环(36)。
8.如权利要求1至3中任一项所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料的熔点在250℃到400℃之间。
9.如权利要求1至3中任一项所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述驱动几何结构(34)由所述材料构成并通过头部(42)被带入不可相对旋转的接合。
10.如权利要求1至3中任一项所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料的设置和设计尺寸，使得在摩擦焊接期间形成的毛刺或碎片被容纳在所述材料的熔体中。
11.如权利要求1至3中任一项所述的摩擦焊接元件，其特征在于，所述材料设置为使得所述材料在挤压阶段和/或摩擦阶段熔化。
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