CN106415030B - 用于在使用流钻成形螺钉的情况下建立螺纹粘合连接的方法以及据此制造的构件复合体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在使用流钻成形螺钉的情况下在至少一个上部构件(110)和至少一个下部构件(120)之间建立螺纹粘合连接的方法，所述流钻成形螺钉在接合位置上经由预打孔(115)贯穿上部构件(110)并且在形成流钻孔的情况下与下部构件(120)螺接，在所述上部构件(110)中的预打孔(115)通过固定的盖(300)覆盖，在所述流钻成形螺钉能够进入预打孔(115)并且随后与下部构件(120)螺接之前，所述盖首先被所述流钻成形螺钉穿孔。本发明还涉及一种据此制造的构件复合体(110/120)。

Description

用于在使用流钻成形螺钉的情况下建立螺纹粘合连接的方法 以及据此制造的构件复合体
技术领域
本发明涉及一种用于在使用流钻成形螺钉的情况下在至少一个上部构件和至少一个下部构件之间建立螺纹粘合连接的方法。
本发明还涉及一种根据该方法制造的构件复合体，该构件复合体尤其是涉及车身构件。
背景技术
通过粘接和流钻成形螺接在构件之间建立螺纹粘合连接由现有技术充分公开。在这方面例如参见DE 10348427 A1。无屑流钻成形和螺纹成形的过程以及适合的自攻或流钻成形螺钉在DE 3909725 C1中清楚地示出。
上部构件——尤其是当其具有不适于流钻成形的材料厚度和/或材料硬度时或由不适于流钻成形的材料(如FVK)制成时——可具有预打孔，如在DE 102012210791 A1中所示。在拧入过程中螺钉尖以及随后流钻成形螺钉的自攻螺纹区段接触到之前施加的粘合剂层，由此粘合剂卷起并被甩出预打孔。这导致对拧入装置和/或构件的污染。此外，排出预打孔的粘合剂不利地影响对拧入装置的扭矩控制。因此到目前为止拧入位置不涂覆粘合剂。但无粘合剂的区段使粘合剂涂覆更加复杂并且导致中断的粘接缝。
发明内容
本发明所基于的任务在于提供一种用于在使用流钻成形螺钉的情况下在至少一个预打孔的上部构件和至少一个下部构件之间建立螺纹粘合连接的方法，该方法不具有或至少在减小的程度上具有至少一个现有技术的缺点。
本发明方法用于在使用流钻成形螺钉的情况下在至少一个预打孔的上部构件和至少一个下部构件之间建立螺纹粘合连接，所述流钻成形螺钉在接合位置上经由预打孔穿过或者说贯穿上部构件并且在形成流钻孔的情况下与下部构件螺接，该方法规定，在所述上部构件中的预打孔通过固定(在上部构件上)的盖覆盖，在流钻成形螺钉能够进入预打孔并且随后与下部构件螺接之前，所述盖首先被流钻成形螺钉穿孔。
优选地，根据本发明的方法自动进行。可设置多个预打孔的上部构件和/或多个下部构件。这些构件在其相互面对的表面上相互粘接。粘合剂可面状或沿至少一个轨道(为了形成粘接缝)被施加。
覆盖在上部构件中的预打孔的盖防止在拧入过程中粘合剂排出。由此各构件和拧入装置(包括所使用的夹紧工具)不会受到所排出的粘合剂的污染。此外扭矩控制装置(如存在的话)保持稳定。粘合剂涂覆可连续或者说全表面地进行，由此简化了涂覆、尤其是自动化涂覆并且在接合位置上产生所获得的结合强度和防腐性能方面的优点。所述盖还防止预打孔在拧入过程之前被污染。这并非是穷举地列举由本发明带来的优点。
流钻成形螺钉、即适用于无屑流钻成形和螺纹成形的螺钉包括螺钉杆，该螺钉杆具有从杆尖或者说螺钉尖开始的孔成形区段和朝螺钉头的方向连接的自攻螺纹区段。
优选规定，在上部构件中的预打孔涉及具有圆形横截面的通孔。此外优选规定，盖覆盖预打孔的整个孔边缘并且为此优选也构造成圆形的，但盖也可具有其它形状或者说其它轮廓。
盖的直径优选根据所使用流钻成形螺钉的螺钉头的直径来确定，尤其是规定，盖的直径比所使用的流钻成形螺钉的螺钉头大至少2mm(径向至少1mm)。由此确保螺钉头在径向方向上不突出于(伸出)孔边缘，尽管存在拧入公差(尤其是在自动拧入时)。
可规定，盖——尤其是在考虑螺钉头直径的情况下——具有这样的直径，该直径相对于预打孔的孔边缘具有1mm至8mm并且尤其是2mm至5mm之间的径向超出量。
盖优选由这样的材料制成，该材料可被流钻成形螺钉通过压紧和旋转无屑地穿孔。优选地，盖由金属板材料并且特别优选由钢板制成、尤其是涉及金属板冲压件。优选地，金属板材料和尤其是钢板具有不大于1.2mm的厚度并且尤其是具有仅约0.8mm的厚度。在对盖穿孔时优选在盖中形成流钻孔。所述盖可设有通孔。
上部构件优选由金属、优选由金属板材料并且尤其是由钢板制成并且尤其是具有大于1.2mm的厚度(在接合位置上)。尤其是金属制成的盖可粘接到上部构件上，该粘接在超出量区域中进行。也可通过压装来固定盖，为此尤其是在构造为冲压件的盖上的毛边用于与上部构件形锁合地压装或者说压紧。优选规定，盖焊接到上部构件上或者说在上部构件上焊住。焊接优选通过凸焊或摩擦焊接进行。
上部构件也可由纤维增强塑料制成、如尤其是由玻璃纤维增强塑料(GFK)或碳纤维增强塑料(CFK)制成。类似于上述说明，盖可粘接或压装。
下部构件优选由适用于流钻成形的材料、尤其是钢板或铝板材料制成且具有适用于流钻成形的材料厚度或者说金属板厚度。
盖在上部构件上的固定最晚须在拧入过程开始之前结束。优选地，直接在预打孔操作之后固定所有盖，这也可在供应商处进行。
根据本发明构件复合体包括至少一个预打孔的上部构件和至少一个下部构件，各构件在至少一个接合位置上借助根据本发明建立的螺纹粘合连接接合，以致所使用的流钻成形螺钉的螺钉杆经由预打孔穿过或者说贯穿上部构件并且拧入下部构件中并且被穿孔的盖用作用于螺钉头的垫片，为此盖被持续夹紧在螺钉头的下侧和上部构件的朝向螺钉头的外侧之间。构件复合体尤其是涉及车身构件。
最初设置用于覆盖上部构件中的预打孔的盖因此也进一步具有螺钉头垫片的功能。螺钉头垫片或者说盖尤其是也可在流钻成形螺钉倾斜时用作密封装置，以便防止腐蚀介质侵入预打孔和/或螺钉头下侧间隙中。此外可减小或协调由螺钉头施加到上部构件外侧上的表面压力。优选地，盖由与螺钉材料和/或上部构件的材料相比更软的材料制成。
根据本发明的构件复合体可包括多个预打孔的上部构件和多个下部构件。优选地，上部构件以及尤其是下部构件也构造成板状的。
附图说明
下面参考示意性且未按比例的附图示例性详细说明本发明。附图中所示和/或下面所说明的特征可独立于具体特征组合构成本发明的基本特征。
图1以三个剖视图示出根据本发明的拧入过程。
具体实施方式
图1a局部地示出两个板状构件110和120，它们应在所示接合位置上借助流钻成形螺钉200接合。在构件110和120之间设有一连续的粘合剂130膜或者说粘合剂130夹层。流钻成形螺钉200具有螺钉头210和模制在其上的、沿轴向方向L(螺钉轴线)延伸的螺钉杆220。螺钉杆220构造有从钝头或者说倒圆的杆尖或螺钉尖221开始的孔成形区段222和朝螺钉头210的方向连接的自攻螺纹区段223。自攻螺纹区段223可如图所示延伸至螺钉头210。靠近螺钉头的或者说邻接螺钉头210的杆区段也可不具有螺纹或构造成无螺纹的。这种流钻成形螺钉200由现有技术是已知的。
上部构件110在接合位置上具有预打孔115，该预打孔根据本发明通过固定在上部构件110上的盖(或者说盖板)300覆盖。预打孔115基本上通过片状盖300封闭。由金属板材料制成的盖300在径向方向上突出于预打孔115并且在该圆环形的超出区域中与上部构件110粘接或焊接，从而在盖300和上部构件110之间不能发生相对运动。如上所述，盖300关于预打孔115孔边缘的径向超出量为例如1mm至4mm并且尤其是为2mm至3mm。
尤其是自动化进行的拧入过程基本上分为两个阶段。在第一阶段中盖300被流钻成形螺钉200穿孔并且在第二阶段中流钻成形螺钉200被拧入下部构件120中，这又以两个子阶段进行(流钻成形和同时具有螺纹啮合的螺纹成形)。
在拧入过程开始时，流钻成形螺钉200以力F1和转速U1在与预打孔115的轴向对齐中被压到盖300上(拧入装置未示出)，接着在流钻成形螺钉200上的孔成形区段222以已知方式在盖300中形成流钻孔305并且由此将盖300穿孔。
与图1a所示实施方式不同，盖300可已经设有通孔，该通孔被流钻成形螺钉200的孔成形区段222扩宽。因此该尤其是同心构造的通孔相对于流钻成形螺钉200的公称直径具有更小的直径。
在进一步的拧入过程中，现在位于预打孔115中的螺钉尖221如图1b所示接触到下部构件120并且以转速U2和力F2压到下部构件120上，由此以已知方式在下部构件120中形成流钻孔125，流钻成形螺钉200的自攻螺纹区段223拧入该流钻孔中。盖300在此期间封闭上部构件110中的预打孔115并且防止卷起的粘合剂130或由螺纹123向上输送的粘合剂130被甩出预打孔115。此外，流钻成形螺钉200在拧入过程的第二阶段中通过形成于盖300中的流钻孔305在预打孔115内对中并且防止在螺钉杆220和预打孔115的内壁之间的接触。
在整个拧入过程中轴向压力F或转速U可变化并且尤其是被控制。也可使旋转方向反向。此外可使用夹具或类似物在上部构件110上施加固定力。
在拧入过程后，朝向螺钉头210的上部构件110通过形锁合的夹紧被固定在螺钉头210和远离螺钉头210的下部构件120之间，因此上部构件110也可称为夹紧件。这在图1c中示出。螺钉头210的直径大于在(朝向螺钉头210的)上部构件110中的预打孔115，因此特意地以螺钉头210完全覆盖预打孔115。如上所述，位于螺钉头210和上部构件110之间的盖300本身具有大于螺钉头210的直径。
由图1c还可见，通过流钻成形变形的盖300或者说其伸入预打孔115中的卷边可在径向方向上引起螺钉杆220和上部构件110之间的形锁合(未示出)，由此尤其是在粘合剂130时效硬化之前更好地承受构件110和120之间的剪切应力，且在此构件不相互打滑。
接着，在构件110和120之间的粘合剂130层的粘合剂可例如在KTL(阴极电泳涂装)过程中时效硬化。被穿孔的盖300作为螺钉头垫片保留并且还可用于密封预打孔115。与所示附图不同——在其中盖或者说螺钉头垫片300在径向方向上突出于螺钉头210(即盖300具有比螺钉头210更大的直径)，盖或者说螺钉头垫片300可通过盖直径的相应调整在径向方向上与螺钉头210对齐或径向后移。
在图1c中局部示出的构件复合体100包括上部构件110和下部构件120，所述构件110和120借助粘合剂130夹层粘接并且在所示接合位置上也借助流钻成形螺钉200接合，以致螺钉杆220经由预打孔115穿过或者说贯穿上部构件110并且穿过粘合剂130夹层拧入下部构件120中。被穿孔的盖300(其最初设置用于覆盖上部构件110中的预打孔115)现在用作用于螺钉头210的垫片。相互接合的构件110和120可由不同材料制成(所谓的混合结构)。
附图标记列表
100 构件复合体
110 上部构件
115 预打孔
120 下部构件
125 流钻孔
130 粘合剂
200 流钻成形螺钉
210 螺钉头
220 螺钉杆
221 螺钉尖、杆尖
222 孔成形区段
223 自攻螺纹区段
300 盖
305 流钻孔
F 轴向压力
L 纵轴线、螺钉轴线
U 转速

Claims (16)

1.一种用于在使用流钻成形螺钉(200)的情况下在至少一个上部构件(110)和至少一个下部构件(120)之间建立螺纹粘合连接的方法，所述流钻成形螺钉在接合位置上经由预打孔(115)贯穿上部构件(110)并且在形成流钻孔(125)的情况下与下部构件(120)螺接，
其特征在于，在上部构件(110)中的预打孔(115)通过固定的盖(300)覆盖，在所述流钻成形螺钉能够进入预打孔(115)并且随后与下部构件(120)螺接之前，所述盖首先被所述流钻成形螺钉(200)穿孔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盖(300)的直径比所述流钻成形螺钉的螺钉头大至少2mm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述盖(300)由金属板材料制成。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述盖(300)是金属板冲压件。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，金属板厚度不大于1.2mm。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述上部构件(110)由金属制成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上部构件(110)由钢板制成。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上部构件(110)具有大于1.2mm的厚度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述盖(300)与上部构件(110)焊接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述盖(300)与上部构件(110)通过凸焊或摩擦焊接而焊接。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述上部构件(110)由纤维增强塑料制成。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述盖(300)粘接或压装到上部构件(110)上。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直接在预打孔操作之后将所述盖(300)固定在上部构件(110)上。
14.一种构件复合体(100)，包括至少一个上部构件(110)和至少一个下部构件(120)，各构件(110、120)在至少一个接合位置上借助按照根据权利要求1至13之一所述的方法建立的螺纹粘合连接而接合，以致所使用的流钻成形螺钉(200)的螺钉杆(220)经由预打孔(115)贯穿上部构件(110)并且拧入下部构件(120)中，并且被穿孔的盖(300)用作用于螺钉头(210)的垫片。
15.根据权利要求14所述的构件复合体(100)，其特征在于，所述上部构件(110)构造成板状的。
16.根据权利要求14所述的构件复合体(100)，其特征在于，所述上部构件(110)以及下部构件(120)构造成板状的。
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