CN106470795A - 固定系统和用于制造固定系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定系统(100)，其包括可焊接到载体(1)上的焊接螺栓(2)和固定在焊接螺栓(2)上的具有开口的垫圈(3)。焊接螺栓(2)包括用于将焊接螺栓(2)焊接到载体(1)上的焊接区段(21)、凸缘(22)和具有外螺纹(231)的栓状区段(23)。垫圈(3)的外径(32)大于凸缘(22)的直径(221)。栓状区段(23)具有无螺纹区域(235)，其设置在凸缘(22)和外螺纹(231)之间，并且垫圈(3)具有卡锁装置(33)，其构造用于使垫圈(3)在外螺纹(231)上推动并且垫圈(3)借助卡锁装置卡锁在无螺纹区域(235)中。本发明还涉及一种用于制造固定系统(100)的方法。

Description

固定系统和用于制造固定系统的方法
技术领域
本发明涉及一种固定系统。这种固定系统例如可固定在载体、如车身部件上。本发明还涉及一种用于制造固定系统的方法。
背景技术
在接合技术领域中已知将螺栓接合到工件表面、如车身部件上。这例如涉及所谓的螺栓焊，在该螺栓焊中，将螺栓与工件表面焊接。替代的接合技术例如包括将螺栓粘接到工件表面上。
在汽车制造中主要使用焊接螺栓，其在焊接过程中被固定到车身部件上，焊接螺栓以其头部焊接到车身部件上并且随后借助螺母或夹子将构件固定在焊接螺栓的杆上。焊接螺栓的凸缘在此构成支座，设置在杆上的构件支撑在该支座上。因此，凸缘的尺寸决定了围绕杆的构件开口的尺寸，因为当开口与凸缘尺寸相比过大时不再确保构件在凸缘上的充分支撑。此外，待安装构件的围绕杆的开口的尺寸也决定了构件相对于焊接螺栓的允许具有的最大位置偏移。如果应允许大的位置偏移，则这需要相应大的开口和大的凸缘。文献DE102005017379A1公开了一种固定元件，在该固定元件中，为了增大支承面而设置垫圈，该垫圈不可松脱地连接在焊接螺栓杆的外螺纹和焊接螺栓头之间。在制造这种固定元件时，借助冷成形由线材区段成形出具有头和光滑的杆的焊接螺栓。接着将垫圈安装到焊接螺栓的光滑的杆上并且之后在焊接螺栓的杆上轧制外螺纹。
尤其是在汽车工业中螺栓焊接过程常常自动化地实施，在汽车工业中，大量焊接螺栓被接合到车辆金属板中，以便提供用于固定装置、衬板等的锚栓。螺栓在工件上的自动化的接合例如由一个或多个机械手完成，这些机械手分别具有一个接合头。机械手的接合头在此与供应装置连接，所述供应装置例如提供焊接电流和其它控制信号。此外优选将螺栓自动化地供应至接合头。这通常借助穿过供应软管的压缩空气进行。供应软管的直径在此通常只比螺栓的凸缘区段的直径稍大，以便能实现螺栓的平稳运输。尤其是当在一个工件上使用多个焊接机械手时，螺栓可能仅以大约2.5mm的精度被置入并且不能达到通常所要求的小于1.5mm的精度。
因此，已知的固定元件具有下述缺点：这些固定元件要么具有相对小的支承面(所述相对小的支承面不适于补偿公差)、要么例如在焊接螺栓具有不可松脱地连接的垫圈的情况下基于垫圈尺寸而不能再用于使用焊接机械手的全自动化过程。这尤其是因为，通常通往机械手接合头的供应软管基于该供应软管直径而不适于运输这种其上固定有垫圈的焊接螺栓。
发明内容
至少一些实施方式的一个待解决任务是提供一种固定系统，该固定系统一方面具有用于待固定构件的大面积支座并且另一方面也适于借助机械手的自动化焊接过程。至少一些实施方式的另一任务是提供一种用于制造固定系统的方法。
所述任务通过根据独立权利要求的装置和方法来解决。此外，技术方案的有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求、下述说明和附图给出。
根据至少一种实施方式，固定系统包括可焊接到载体上的焊接螺栓。载体例如可以是车身或车身部件。焊接螺栓优选具有用于将焊接螺栓焊接到载体上的焊接区段、凸缘和具有外螺纹的栓状区段。焊接螺栓例如可以是所谓的可用于全自动化焊接过程中的大凸缘螺栓。焊接螺栓优选至少具有强度等级为6.8的强度。特别优选的是，焊接螺栓具有强度等级为8.8的强度。焊接螺栓例如沿轴向方向可具有22mm的长度并且栓状区段具有13mm的长度。
固定系统还包括固定在焊接螺栓上的垫圈，该垫圈具有开口。优选的是，垫圈这样固定在焊接螺栓上，使得所述垫圈借助其开口套到焊接螺栓上并且焊接螺栓的栓状区段穿过该开口。此外优选的是，垫圈的外径大于焊接螺栓凸缘的直径。由此可有利地增大焊接螺栓的支承面。栓状区段具有设置在凸缘和外螺纹之间的无螺纹区域。该无螺纹区域因此从凸缘端部延伸至焊接螺栓外螺纹的起点。垫圈具有卡锁装置，该卡锁装置构造用于使垫圈在外螺纹上推动并且垫圈借助卡锁装置卡锁在无螺纹区域中。
有利的是，可借助卡锁在焊接螺栓无螺纹区域中的垫圈补偿不希望的公差，该公差例如基于在一个载体上使用多个机械手而出现。垫圈在卡锁于栓状区段无螺纹区域中之后优选至少这样保持固定，使得所述垫圈不能被作用于垫圈且在其数量级方面大约等于垫圈重力的力拉出栓状区段。由此例如可防止垫圈在载体旋转时(所述载体旋转例如可能在枢转安装中或阴极浸漆时出现)从焊接螺栓上掉落。
根据另一种实施方式，卡锁装置可变形。例如卡锁装置可弹性变形。这表示，卡锁装置在变形后可再次返回其初始状态中。此外，卡锁装置也可至少部分地塑性变形。这表示，卡锁装置在变形后可至少部分保持在其变形状态中。
垫圈开口例如具有介于5.0mm至7.0mm之间、优选6.0mm的直径。根据一种优选实施方式，外螺纹具有比垫圈开口大的直径。尤其是，外螺纹沿径向方向、即沿垂直于栓状区段轴向方向的方向的最大延伸尺寸可大于垫圈开口的直径。
根据另一种实施方式，垫圈具有内部区域和外部区域。内部区域优选直接邻接于垫圈开口。外部区域优选直接邻接于围绕开口的内部区域。优选的是，垫圈的内部区域和外部区域具有互不相同的材料。例如，外部区域可含有金属并且内部区域可含有弹性材料。根据一种优选实施方式，内部区域含有塑料材料并且外部区域含有金属、如钢。在此，垫圈内部区域构成垫圈的卡锁装置，垫圈借助该卡锁装置可卡锁在无螺纹区域中。尤其是，垫圈借助含有塑料材料的内部区域可在焊接螺栓的外螺纹上推动并且之后固定保持在无螺纹区域中。根据一种特别优选的实施方式，内部区域由塑料材料并且外部区域由金属制成。内部区域也可含有橡胶或由橡胶制成。
根据另一种实施方式，垫圈由塑料材料制成。优选的是，塑料材料可在最高200℃下耐温至少30分钟。此外，垫圈可由橡胶制成。
根据另一种实施方式，垫圈具有朝向开口方向凸起状的夹紧区段。夹紧区段在此构成垫圈的卡锁装置。优选的是，垫圈具有至少两个凸起状的夹紧区段，它们沿径向方向伸向开口方向。此外，垫圈可具有正好两个凸起状的夹紧区段。优选的是，垫圈具有三个凸起状的夹紧区段。特别优选的是，垫圈具有四个凸起状的夹紧区段。此外，垫圈可具有多于四个凸起状的夹紧区段。垫圈借助夹紧区段可在外螺纹上推动并且卡锁在栓状区段的无螺纹区域中。
优选的是，垫圈不具有螺纹区段，尤其是在垫圈开口区域中不具有螺纹区段。因此，垫圈优选不是具有内螺纹的螺母。
根据另一种实施方式，焊接螺栓的焊接区段、凸缘和栓状区段一体构造。优选的是，当垫圈与焊接螺栓连接时，焊接螺栓完全制成，即焊接区段、凸缘和包括无螺纹区域的栓状区段已完全形成。例如，焊接螺栓可含有钢或由钢制成并且被镀锌。
根据另一种实施方式，无螺纹区域的长度大于或等于垫圈的厚度。也就是说，无螺纹区域沿轴向方向、即凸缘端部沿轴向方向至外螺纹起点的距离优选大于或等于垫圈的厚度。例如，垫圈可(尤其是当无螺纹区域沿轴向方向长于垫圈厚度时)浮动地支承在凸缘和外螺纹之间。换言之，垫圈这样卡锁在凸缘和外螺纹之间，使得所述垫圈可动地设置在凸缘和外螺纹之间的无螺纹区域中。但此外，垫圈也可固定设置在凸缘和外螺纹之间的无螺纹区域中，例如当无螺纹区域沿轴向方向的长度等于垫圈厚度时如此。垫圈厚度例如介于0.5mm至1.5mm之间、根据一种优选实施方式为1.0mm。
根据另一种实施方式，垫圈外径与凸缘直径的比值至少为1.5。根据另一种优选实施方式，垫圈外径与凸缘直径的比值至少为1.7。由此可有利地实现固定系统用于待固定于其上的构件的足够大的支承面。优选的是，垫圈外径的尺寸匹配于待固定于载体上的安装件的贴靠面。垫圈例如具有介于20mm至25mm之间的外径。
此外，提出一种用于制造固定系统的方法。由此可制造或制造的固定系统可具有上述实施方式的一个或多个特征。前面和下面所描述的用于固定系统的实施方式同样也适用于用于制造固定系统的方法。
根据一种实施方式，为了制造固定系统，在第一种方法步骤中提供载体、焊接螺栓以及具有开口的垫圈，所述焊接螺栓包括凸缘和具有外螺纹的栓状区段。载体尤其可以是车身部件。焊接螺栓例如可如上所述那样构造。接着借助焊接过程将焊接螺栓与载体固定。优选借助全自动化固定过程实现焊接螺栓与载体的固定，在所述全自动化固定过程中例如使用焊接机械手，所述焊接机械手包括带有供应软管的接合头。在将焊接螺栓与载体固定后，将垫圈这样安装到焊接螺栓上，使得垫圈卡锁在栓状区段上并且保持在栓状区段上。
根据一种优选实施方式，垫圈在被安装到焊接螺栓上时在栓状区段的外螺纹上推动。因此优选这样构造垫圈，使得该垫圈能够以其开口在焊接螺栓栓状区段的外螺纹上推动。
根据另一种实施方式，栓状区段具有设置在凸缘和外螺纹之间的无螺纹区域。垫圈优选具有卡锁装置，该卡锁装置构造用于使垫圈在外螺纹上推动并且使垫圈卡锁在无螺纹区域中。尤其是，垫圈可具有如在上面结合固定系统已描述的卡锁装置。
根据另一种实施方式，焊接螺栓在载体上的固定步骤自动化地、尤其是全自动化地进行。在此例如可使用至少一个焊接机械手，该焊接机械手包括接合头和连接的供应装置以及供应软管，该供应软管自动化地供应焊接螺栓。
附图说明
在此所描述的固定系统的其它优点和有利实施方式由下面结合图1至5描述的实施方式给出。附图如下：
图1为根据一种实施例的焊接螺栓的示意性剖视图；
图2a和2b为根据一种实施例的垫圈的透视图和侧视图；
图3a至3c为根据三种不同实施例的具有卡锁装置的垫圈；
图4为根据一种实施例的固定在载体上的固定系统；
图5为根据另一种实施例的用于制造固定系统的方法示意图。
具体实施方式
在实施例和附图中相同或功能相同的构件可设有相同附图标记。所示元件及其尺寸比例原则上不能被视为符合比例的。相反，为了更好地显示和/或理解，各元件(如层、构件和区域)可被夸张显示得更厚或尺寸更大。
图1示出可焊接在载体上的焊接螺栓2的示意性剖视图。该焊接螺栓2具有用于将焊接螺栓2焊接到载体上的焊接区段21、凸缘22和栓状区段23，该栓状区段具有外螺纹231。在凸缘22和外螺纹231之间设有无螺纹区域235。凸缘22具有直径221。无螺纹区域235沿轴向方向具有长度236，该长度等于凸缘22与外螺纹231沿轴向方向的距离。外螺纹231具有直径232，该直径构成栓状区段23沿径向方向、即沿垂直于轴向方向的方向的最大直径。
图2a以透视图示出具有开口31的垫圈3。图2b以侧视图示出图2a中的垫圈3。垫圈3具有厚度37。垫圈3开口31具有直径311(也可称为垫圈3的内径)和外径32。
图3a至3c以俯视图示出垫圈3的不同实施例。垫圈3具有卡锁装置33，该卡锁装置适于使垫圈3在外螺纹231上推动并且垫圈3借助该卡锁装置可卡锁在焊接螺栓2的无螺纹区域235中。
在根据图3a的实施例中，垫圈具有含有塑料材料的内部区域34。该内部区域34直接邻接于垫圈3开口31。垫圈3开口31具有6.0mm的直径311。作为替代方案，垫圈3可具有介于5.0mm至7.0mm之间的直径。此外，垫圈3具有含有金属的外部区域35。该外部区域35直接邻接于内部区域34。通过含有塑料材料的内部区域34，垫圈3具有卡锁装置33，垫圈借助该卡锁装置可在焊接螺栓2的外螺纹231上推动。在外螺纹231上推动后，垫圈卡锁在焊接螺栓2的无螺纹区域235中。
根据图3b的实施例，垫圈3由塑料制成。因此，垫圈3可变形、尤其是可弹性变形。邻接于开口的由塑料制成的区域作为如上所述的卡锁装置33起作用。
根据图3c的实施例，垫圈3具有凸起的夹紧区段36，所述夹紧区段朝向开口31方向伸入开口31中。借助凸起状的夹紧区段36，垫圈3可卡锁在焊接螺栓2的无螺纹区域235中。因此，凸起状的夹紧区段36构成垫圈的卡锁装置33。
图4示出一种固定系统100，该固定系统包括焊接螺栓2和与焊接螺栓2连接的垫圈3，并且该固定系统与载体1连接，所述载体例如可以是车身部件。在图4中仅示出载体1的局部。优选的是，垫圈3的外径32大于凸缘22的直径221。由此可为待固定到固定系统上的构件提供大面积的支座。
在此描述的固定系统100的突出之处尤其是也在于：该固定系统可简单且低成本地制成。
图5示出一种用于制造固定系统100的方法的示意图。该方法至少包括下面所描述的步骤a)至c)。在步骤a)中提供载体1、焊接螺栓2以及具有开口31的垫圈3。焊接螺栓2包括凸缘22和栓状区段23，该栓状区段具有外螺纹231。在方法步骤b)中，将焊接螺栓2借助焊接过程与载体1连接。优选的是，焊接螺栓2具有焊接区段21，借助该焊接区段将焊接螺栓2与载体1焊接，从而焊接螺栓2被固定在载体1上并且从载体突起，使得焊接螺栓2适于将构件固定在载体1上。在方法步骤b)之后的方法步骤c)中，垫圈3被安装到焊接螺栓2上，使得垫圈3卡锁在栓状区段23上并且保持在栓状区段23上。在此，垫圈3例如以其开口在外螺纹231上推动。例如，垫圈3可根据需要引入车身制造或安装中。
优选的是，栓状区段23具有无螺纹区域235，其设置在凸缘22和外螺纹231之间并且垫圈3具有卡锁装置33，该卡锁装置构造用于使垫圈3在外螺纹231上推动并且该卡锁装置用于使垫圈3卡锁在无螺纹区域235中。由此，一方面可确保垫圈3在将已设有外螺纹231的焊接螺栓2固定于载体1上之后能够以其开口31在外螺纹231上运动直至无螺纹区域235，并且另一方面垫圈3可卡锁在无螺纹区域235中，使得垫圈3在载体1旋转时不会从焊接螺栓2的栓状区段23上掉落。
焊接螺栓2与载体1的固定步骤优选自动化、尤其是全自动化进行，例如可使用焊接机械手。垫圈3在焊接螺栓2上的安装可手动进行。但也可想到，该方法步骤也自动化进行、例如通过另一机械手自动化进行。
在所示实施例中描述的特征也可根据其它实施例相互组合。替代或附加地，附图中所示实施例可具有概括说明的实施方式的其它特征。附图标记列表
1 载体
100 固定系统
2 焊接螺栓
21 焊接区段
22 凸缘
221 凸缘直径
23 栓状区段
231 外螺纹
232 外螺纹直径
235 无螺纹区域
236 无螺纹区域的长度
3 垫圈
31 开口
311 开口直径
32 外径
33 卡锁装置
34 内部区域
35 外部区域
36 夹紧区段
37 垫圈厚度
a)、b)、c) 方法步骤

Claims (13)

1.固定系统(100)，包括可焊接到载体(1)上的焊接螺栓(2)和固定在焊接螺栓(2)上的具有开口的垫圈(3)，其中，
－焊接螺栓(2)包括用于将焊接螺栓(2)焊接到载体(1)上的焊接区段(21)、凸缘(22)和具有外螺纹(231)的栓状区段(23)，
－垫圈(3)的外径(32)大于凸缘(22)的直径(221)，
－栓状区段(23)具有无螺纹区域(235)，该无螺纹区域设置在凸缘(22)和外螺纹(231)之间，并且
－垫圈(3)具有卡锁装置(33)，该卡锁装置构造用于使垫圈(3)在外螺纹(231)上推动，并且垫圈(3)借助该卡锁装置卡锁在所述无螺纹区域(235)中。
2.根据权利要求1所述的固定系统，其中，所述卡锁装置(33)可变形、尤其是可弹性或塑性变形。
3.根据权利要求2所述的固定系统，其中，所述外螺纹(231)具有比垫圈(3)开口(31)大的直径(232)。
4.根据上述权利要求之一所述的固定系统，其中，所述垫圈(3)具有内部区域(34)和外部区域(35)，所述内部区域(34)含有塑料材料并且所述外部区域(35)含有金属。
5.根据权利要求1至3之一所述的固定系统，其中，所述垫圈(3)由塑料材料制成。
6.根据权利要求1至3之一所述的固定系统，其中，所述垫圈(3)具有朝向开口(31)方向凸起状的夹紧区段(36)。
7.根据上述权利要求之一所述的固定系统，其中，所述焊接区段(21)、凸缘(22)和栓状区段(23)一体构造。
8.根据上述权利要求之一所述的固定系统，其中，所述无螺纹区域(235)的长度(236)大于或等于垫圈(3)的厚度(37)。
9.根据上述权利要求之一所述的固定系统，其中，垫圈(3)外径(32)与凸缘(22)直径(221)的比值至少为1.5。
10.用于制造固定系统(100)的方法，包括下述步骤：
a)提供载体(1)、焊接螺栓(2)以及具有开口(31)的垫圈(3)，所述焊接螺栓包括凸缘(22)和具有外螺纹(231)的栓状区段(23)，
b)借助焊接过程将焊接螺栓(2)固定在载体(1)上，
c)随后将垫圈(3)安装到焊接螺栓(2)上，使得垫圈(3)卡锁在栓状区段(23)上并且保持在栓状区段(23)上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述垫圈(3)在方法步骤c)中在外螺纹(231)上推动。
12.根据权利要求10或11之一所述的方法，其中，所述栓状区段(23)具有无螺纹区域(235)，该无螺纹区域设置在凸缘(22)和外螺纹(231)之间，并且垫圈(3)具有卡锁装置(33)，该卡锁装置构造用于使垫圈(3)在外螺纹(231)上推动并且使垫圈(3)卡锁在无螺纹区域(235)中。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中，焊接螺栓(2)在载体(1)上的固定步骤自动化地进行。
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