CN111182994A - 栓和紧固装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于将附接元件紧固到基底的栓，其具有：限定紧固方向的柄部、用于将柄部和基底之间的接触区域密封的密封元件、以及用于将压缩力从附接元件传递到基底的力传递元件。

Description

栓和紧固装置

技术领域

本发明总体上涉及一种用于将栓紧固到基底的设备和方法，以及这种栓。

背景技术

在不同的应用场景中可使用已知的许多设备和方法将各种栓紧固到基底。例如，将栓与基底接触，并对其施加电流。一旦电流在栓和基底之间流动，栓就会从基底被提起，形成电弧。所释放出的能量使栓和基底的材料部分地液化。然后切断电流，将栓浸入被液化的材料中直到该材料冷却并变为固体。进而，该栓以材料结合的方式与基底连接。

为了提供使栓和基底的材料在足够短的时间内液化的所需能量，已知的设备会产生高强度电流并通过相应额定的电缆将其馈送到栓。为了避免被液化的材料发生氧化，已知的方法为使用惰性气体包围栓和基底之间的接触点。

例如，在建筑施工或造船的应用场景中，可使用与物品螺接的各种尺寸的带螺纹的栓，将物品紧固在基底上。紧固方法的一些参数，例如电流的持续时间和电功率，需由用户在设备上设置，以适配所使用的栓。最后，由于用户通过目测评估栓和基底之间的连接质量。因此，连接质量还取决于用户的经验和能力。

在栓具有密封圈的情况下，应注意的是，确保在紧固后充分地压紧密封圈，以实现足够的密封效果。此外，不应将密封圈过度地压缩以免过度变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备和/或方法，利用该设备和/或方法，可以改善栓到基底的紧固，特别地，可以可靠地密封紧固区域。

该目的通过一种用于将附接元件紧固到基底的栓实现，该栓具有限定紧固方向的柄部、用于将柄部和基底之间的接触区域密封的密封元件、以及用于将压缩力从附接元件传递到基底的力传递元件。在某些情况下，力传递元件用于将垂直于附接元件的紧固方向的附接力和/或横向力、和/或围绕垂直于附接元件的紧固方向的轴线的弯矩以及和/或围绕平行于附接元件的紧固方向的轴线的扭矩传递到基底，以使密封元件不会受到特定的力或特定的力矩/扭矩的作用。

密封元件优选地由诸如弹性体(例如橡胶或EPDM)的弹性材料制成。力传递元件优选地由如金属、合金、陶瓷等的刚性材料制成。

一个有利的实施例的特征在于，力传递元件具有用于将附接元件承载在力传递元件上的承载面、以及用于将力传递元件支撑在基底上的支撑面。优选地，承载面和支撑面在紧固方向上的距离等于或大于密封元件在紧固方向上的长度。

同样优选地，力传递元件具有用于将密封元件压靠在基底上的接触压力面。特别优选地，接触压力面和支撑面在紧固方向上的距离小于密封元件在紧固方向上的长度。接触压力面和支撑面之间的距离与密封元件的长度之比优选在50％至90％之间。

一个有利的实施例的特征在于，密封元件的垂直于紧固方向的横截面面积在紧固方向上减小。因此，密封元件与基底之间的密封面积随着接触压力的增加而增大，并且密封元件通过该接触压力压靠在基底上。

一个有利的实施例的特征在于，栓是焊接螺栓、固定螺栓或螺纹螺栓。

一个有利的实施例的特征在于，密封元件以环形方式构造，其中密封元件在内部抵靠柄部和/或在外部抵靠力传递元件。

一个有利的实施例的特征在于，力传递元件以环形方式构造。

一种有利的实施例的特征在于，密封元件和/或力传递元件是圆形的。

一个有利的实施例的特征在于，栓具有用于将附接元件紧密地螺接在其上的螺纹。

一个有利的实施例的特征在于，将栓插入具有基底和附接元件的紧固装置中。优选地，力传递元件在附接元件和基底之间夹紧就位。

附图说明

下面通过示例性实施例参照附图对本发明进行更详细的说明，其中：

图1示意性地示出了焊接设备；

图2示出了焊接螺栓的纵向截面图；

图3示出了焊接螺栓的纵向截面图；以及

图4示出了焊接螺栓的纵向截面图。

具体实施例

图1示意性地示出了用于将焊接螺栓20焊接到基底30的焊接设备10。焊接螺栓20的材料和基底30的材料具有导电性，特别地为金属。焊接设备10包括：焊枪40，其具有按钮开关形式的触发开关41；焊接单元50；第一电缆61；具有连接端子63的第二电缆62；例如电力电缆形式的供电电缆64；电通信线路65；气瓶形式的储气器70；管状气体供应管线71；以及气体软管72。

第一电缆61用于通过焊接单元50向焊接螺栓20供应电流。第二电缆62用于在连接端子63夹紧到基底30时将基底30与焊接单元50电连接。当焊接螺栓20与基底30接触时，电路闭合，使得能够通过焊接单元50将例如直流或交流形式的焊接电流施加到焊接螺栓20上。为此目的，焊枪40包括焊接电流接触元件(图1中未示出)。焊接单元50包括用于将来自供电电缆64的电流转换成焊接电流的装置(未示出)，该装置例如包括电容器、晶闸管、具有绝缘栅电极的双极晶体管或来自电力电子设备的其它组件、以及带有微处理器的相关控制单元，从而提供具有期望的电压和电流强度的焊接电流。

气体供应管线71和气体软管72用于从储气器70向焊接螺栓20和基底30之间的接触区域提供惰性气体，从而防止该接触区域在焊接操作过程中被来自周围区域的氧气氧化。为了控制流向接触区域的气流，储气器70、气体供应管线71、焊接单元50、气体软管72或焊枪40包括阀门(未示出)，特别是可控制阀门。

焊接单元50具有设置有致动元件52的输入装置51和设置有视觉显示元件54和无线传输单元的输出装置53。输入装置51用于由焊接设备10的用户输入利用焊接设备10执行的焊接方法的参数，例如焊接电流的电压、电流强度、功率和持续时间、以及栓的位置和速度等。输出装置53用于向用户输出信息，例如关于焊接方法的参数的信息、关于检测到的焊接方法的排放或其它变量的信息、关于焊接操作的质量的信息、关于改进焊接操作的措施的信息、关于检测到的焊接螺栓的特性的信息、或从上述变量中得出的信息、和/或用于清洁和/或维护焊接设备10，特别是焊枪40的建议或指令。

通信线路65用于焊枪40(特别是焊枪40的图1中未示出的控制装置)与焊接单元50(特别是控制单元和/或输入装置51和/或输出装置53)之间的通信。通过该通信，可完成例如关于焊接操作的参数的信息交换，以便例如实现焊接电流与焊接螺栓20的运动的同步或使同步变得容易。在未示出的示例性实施例中，焊枪与焊接单元之间的通信以无线方式(如通过无线电)或通过承载焊接电流的第一电缆进行。

焊枪40具有设置有开口46的壳体42，设置有触发开关41从该壳体42伸出的手柄43。焊枪40还具有栓夹持器44，在焊接操作期间焊接螺栓20夹持在栓夹持器上。为此目的，栓夹持器包括例如两个、三个、四个或更多个未详细示出的弹性臂，焊接螺栓20通过夹紧配合插入并夹持在弹性臂之间。焊枪40还具有用于将焊接电流施加到焊接螺栓20的焊接电流接触元件，该焊接电流接触元件例如以一个或多个弹性臂的形式集成到栓夹持器44中。

焊枪40还具有用于控制焊枪和焊接单元50的各种部件和装置的控制装置99。控制装置99用于控制焊接操作的一个或多个参数。为此目的，控制装置99包括各种电子组件，例如一个或多个微处理器、一个或多个临时或永久数据存储器等。

焊枪40还具有第一提升磁体形式的栓提升装置。当致动栓提升装置时，该栓提升装置使栓夹持器44受到一个向后(在图1中为向上)远离开口46的力。通过信号线(未示出)，控制装置99与栓提升装置通信，从而控制栓提升装置，特别是使其致动或停止活动。

焊枪40还具有弹簧元件或第二提升磁体形式的栓沉浸装置。当致动栓沉浸装置时，该栓沉浸装置使栓夹持器44受到一个向前(在图1中为向下)朝向开口46的力。通过信号线(未示出)，控制装置99与栓沉浸装置通信，以便控制栓沉浸装置，特别是使其致动或停止活动。如果栓沉浸装置为弹簧元件的形式，则当栓夹持器通过栓提升装置向后移动时，优选地张紧该弹簧元件，因此，只要使栓提升装置停止活动，弹簧元件就使栓夹持器向前移动。

在使用焊接设备10的焊接方法中，首先提供基底30和栓20。在进一步的步骤中，用户通过输入装置输入例如关于随后的焊接操作的期望参数的信息。在进一步的步骤中，借助第一电缆61和第二电缆62通过焊接单元50将在焊接螺栓20和基底30之间的焊接电流施加到焊接螺栓20上。在进一步的步骤中，借助栓提升装置将焊接螺栓20从基底上提起，同时保持焊接螺栓20和基底30之间的焊接电流的流动，进而在焊接螺栓20和基底30之间形成电弧。特别地，由于电弧产生的热量，焊接螺栓20和/或基底30的材料随后部分地液化。在进一步的步骤中，通过栓沉浸装置将焊接螺栓20浸入到焊接螺栓20或基底30的被液化材料中。然后，将焊接螺栓20或基底30的被液化材料固化，从而使焊接螺栓20以材料结合的方式与基底30连接。

图2示出了穿过紧固装置100的纵向截面图，该紧固装置100具有附接元件150、基底200以及用于将附接元件150紧固到基底200的栓210。栓210具有限定紧固方向220的柄部230、用于将柄部和基底之间的接触区域250密封的密封元件240、以及用于将压缩力从附接元件150传递到基底200的力传递元件260。圆环形式的密封元件240在内部抵靠柄部230并且在外部抵靠力传递元件260，该力传递元件同样也是圆环的形式。

栓210例如被构造为焊接螺栓、固定螺栓或螺纹螺栓，其中接触区域250为焊缝或连接间隙或其它接头的形式，并设有螺纹211。将螺母形式的保持元件160紧固到栓210，在本示例中是将保持元件160螺接到螺纹211上，从而将附接元件150固定到栓210并由此固定到基底200上。

力传递元件260具有用于将附接元件150承载在力传递元件260上的承载面261，以及用于将力传递元件260支撑在基底上的支撑面262。承载面261与支撑面262之间在紧固方向220上的距离a与密封元件240在紧固方向220上的长度相同。因此，力传递元件260可将附接力从附接元件传递到基底，而无需将整个附接力施加到密封元件上。进而将力传递元件260在附接元件150和基底200之间夹紧就位。

力传递元件260仅将接触压力传递到密封元件240，从而使密封元件240压靠在基底200上。为此目的，力传递元件260具有接触压力面263，当密封元件240松弛时，接触压力面263与支撑面262在紧固方向220上的距离b小于密封元件240在紧固方向220上的长度。距离b与松弛的密封元件的长度之比例如为75％。然后将密封元件240相应地压缩，以发挥其密封作用。密封效果与附接力无关，即，密封效果与将保持元件160紧固至栓210的力无关。

图3示出了穿过栓310的纵向截面图，该栓310用于将附接元件(未示出)紧固至基底(未示出)。栓310具有限定紧固方向的柄部330、用于将柄部330与基底之间的接触区域密封的密封元件340、以及用于将压缩力从附接元件传递到基底的力传递元件360。圆环形式的密封元件340在内部抵靠柄部330并且在外部抵靠力传递元件360，该力传递元件同样也是圆环的形式。

力传递元件360具有用于将附接元件承载在力传递元件360上的承载面361，以及用于将力传递元件360支撑在基底上的支撑面362。由于密封元件340的指向紧固方向的端面341是有斜面的，所以密封元件340的垂直于紧固方向的横截面区域在紧固方向上减小。因此，密封元件340与基底之间的密封面积随着接触压力的增加而增大，其中通过该接触压力将密封元件340压靠在基底上。

图4示出了穿过栓410的纵向截面图，该栓410用于将附接元件(未示出)紧固至基底(未示出)上。栓410具有限定紧固方向的柄部430、用于将柄部430与基底之间的接触区域密封的密封元件440、以及用于将压缩力从附接元件传递到基底的力传递元件460。圆环形式的密封元件440在内部抵靠柄部430并且在外部抵靠力传递元件460，其中该力传递元件同样也是圆环的形式。

力传递元件460具有用于将附接元件承载在力传递元件460上的承载面461以及用于将力传递元件460支撑在基底上的支撑面462。由于密封元件440的指向紧固方向的端面441具有两个环绕的凹部4432，特别是凹槽，所以密封元件440的垂直于紧固方向的横截面区域在紧固方向上减小。因此，密封元件440和基底之间的密封面积随着接触压力的增加而增大，其中通过该接触压力将密封元件440压靠在基底上。

密封元件优选地通过切割片状材料、冲压、注射成型或类似的工艺来制造。特别地，在采用注塑成型的情况下，特定成型具有优势。通过特定成型，可局部地增大密封元件的表面压力，和/或设置沿接触压力路径的表面压力的改进，从而即使在改变接触压力路径的情况下也可确保密封功能。

为了避免对基底的涂层的可能损坏，在未示出的示例性实施例中，密封元件的径向外部区域在力传递元件和基底之间突出。在未示出的其他示例性实施例中，密封元件和力传递元件由相同的材料整体制成。例如，通过适当成形(特别是通过适当成形如图4所示的凹槽)，可实现首先沿接触压力路径具有弹性并且随后具有较大刚度的性能。

已经基于用于将第一物品紧固到第二物品的设备和用于该设备的生产方法的示例对本发明进行了描述。所描述的实施例的特征还可以根据需要在单个紧固装置或单个生产方法范围内彼此结合。应当注意的是，根据本发明的设备和方法也适用于其它目的。

Claims (14)

1.一种用于将附接元件紧固到基底的栓，其具有：限定紧固方向的柄部、用于将所述柄部和所述基底之间的接触区域密封的密封元件、以及用于将压缩力从所述附接元件传递到所述基底的力传递元件。

2.根据权利要求1所述的栓，其中所述力传递元件具有用于将所述附接元件承载在所述力传递元件上的承载面、以及用于将所述力传递元件支撑在所述基底上的支撑面。

3.根据权利要求2所述的栓，其中所述承载面与所述支撑面在所述紧固方向上的距离等于或大于所述密封元件在所述紧固方向上的长度。

4.根据权利要求2所述的栓，其中所述力传递元件具有将所述密封元件压靠在所述基底上的接触压力面。

5.根据权利要求4所述的栓，其中所述接触压力面与所述支撑面在所述紧固方向上的距离小于所述密封元件在所述紧固方向上的长度。

6.根据权利要求5所述的栓，其中所述接触压力面和所述支撑面之间的距离与所述密封元件的长度之比在50％至90％之间。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的栓，其中所述密封元件的垂直于所述紧固方向的横截面面积在所述紧固方向上减小。

8.根据前述权利要求中任一项所述的栓，其中所述栓是焊接螺栓、固定螺栓或螺纹螺栓。

9.根据前述权利要求中任一项所述的栓，其中所述密封元件以环形方式构造，并且所述密封元件在内部抵靠所述柄部和/或在外部抵靠所述力传递元件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的栓，其中所述力传递元件以环形方式构造。

11.根据前述权利要求中任一项所述的栓，其中所述密封元件和/或所述力传递元件是圆形的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的栓，其中所述栓具有用于将所述附接元件紧密地螺接在其上的螺纹。

13.一种紧固装置，具有基底、栓和附接元件，其中所述栓被构造为根据前述权利要求中任一项所述的栓。

14.根据权利要求13所述的紧固装置，其中所述力传递元件在所述附接元件和所述基底之间夹紧就位。

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