CN111656026A - 自粘连接组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连接组件，其包括第一部件(001)和第二部件(003)，第一部件可通过形状配合和/或材料锁合连接与第二部件连接，该连接组件具有将第一部件和/或第二部件粘合连接到第三部件(004)的粘合材料(002)，连接组件的第一部件、第二部件和/或第三部件在第一部件、第二部件和/或第三部件的表面区域Atotal上具有至少一个空腔，粘合材料位于空腔表面区域Ac上的所述至少一个空腔内，并且所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于第一部件、第二部件和/或第三部件的表面区域Atotal的95％。
Description
背景技术
螺母和螺栓是广泛用于组装目的的机械紧固件。这两个部件几乎总是相互结合使用。螺母是带螺纹的母部件(或孔)，而螺栓是带螺纹的凸形公部件(或轴)。组装时，将螺母环绕螺栓布置或将螺栓置于螺母中，通过旋转螺母和/或螺栓将螺母拧紧在螺栓上。一旦被适当拧紧，这两个部件将通过其螺纹摩擦力(略有弹性变形)、螺栓轻微拉伸和要保持在一起的构件的压缩的组合而保持在一起。
WO 2015/015224公开了一种固定构件，该固定构件可以粘结到基板，其中该固定构件包括被固定部分。在WO 2015/015224中，使用双重固定方式，首先，固定构件固定被固定部分，然后将固定构件粘结至基板。两种固定方式都是永久性的。
EP 2778309公开了一种形成粘合连接的方法，该方法能够将星形点玻璃系统粘合到光学透明的基板。同样，星形点玻璃系统具有双重固定方式，首先将连接器粘结到光学透明基板，然后将连接器固定到主体部上。两种固定方式都是永久性的。
US 4822224公开了一种线束防松螺柱。该防松螺柱具有螺栓，螺栓在其头部可粘合到车身面板。同样，在这种情况下，通过将线束防松螺柱拧紧至螺栓，并将螺栓粘接至车身面板，也获得双重固定模式。两种固定方式也都是永久性的。
在拧紧过程中，重要的是两个部件中的一个部件在另一个部件正被旋转时保持在适当的位置。将螺母还是螺栓保持在适当的位置主要取决于组装程序。
通常，其中一个部件被手动保持在适当位置，但这并不总是可行的。例如在高度自动化的生产线或位置难以触及的情况下就不可行。这时，常见的解决方案是使用焊接螺母或焊接螺栓。这些部件通过被焊接到基板上而保持在适当位置。螺母或螺栓通过焊接保持在适当的位置，在拧紧配套部件时无需手动固定。该方案例如可用于汽车工业，其中焊接螺母和焊接螺栓被焊接到底盘上。该方法存在一些局限，因为只能使用有限数量的材料例如碳钢进行焊接。不能使用聚合物基材料(例如纤维增强的塑料、聚乙烯或聚氨酯)、陶瓷(例如玻璃)、涂层部分(例如漆，防腐层)和相当一部分的金属(例如高强度钢)。这限制了该技术的适用性。
GB2388172和JP19980061531已经提出了替代解决方案。这些文献教导了使用自粘膜将螺母或螺栓固定到工件上的方法。自粘膜是具有双面自粘性能的橡胶或塑料材料。将自粘膜放置在螺栓或螺母的整个接触面上，并将其压在工件上，从而将部件有效地固定到工件上。此技术可用于将螺母和螺栓固定到各种基板上。但在拧紧过程中，将对自粘膜施加较大的夹紧压力。随着时间推移，该力将导致自粘膜变形(即，通过聚合物蠕变)，这减小了夹紧压力，导致螺母/螺栓组件大大松动。
US5051049提出了另一种解决方案。该文献教导了一种通过使用粘合环和锁紧螺母将螺母或螺栓固定到基板上的方法，锁紧螺母具有与之一体组装的星形垫圈。粘合环用于将具有星形垫圈的锁紧螺母固定到基板上。在拧紧过程中，星形垫圈穿过粘合环从而将自身抓牢至基板。因此，在拧紧之后，螺母(通过作为螺母的一体组成部分的星型垫圈)直接与基板接触。这样可以建立更牢固的连接，随时间推移仍能保持夹紧力。然而，星形垫圈的弹性结构使得其不适合保持夹紧力，特别是高夹紧力。此外，具有垫圈的螺母不易通过制造螺栓和螺母的通用冷锻技术制造。
另外，JP04254011教导了一种在不用扳手或类似物保持螺母的情况下连接螺母和螺栓的方法。在三步拧紧过程中，将螺母和螺栓夹紧以固定基板。首先，将螺母粘接到基板上，其次使用导向螺栓将螺母锁合到位，在拧紧力的作用下，螺母外周的尖锐边缘压入基板中。在最终步骤，将导向螺母卸下，并用另一个螺栓代替，该螺栓以期望的夹紧力紧到螺母上。由于将螺母固定到基板中所需的力(通过将螺母外周的尖锐边缘压入基板中)不同于所需的夹紧力，因此需要以上三个步骤。这使得该方法相当复杂。本发明旨在提供一种克服了现有技术问题的连接组件。
发明内容
根据本发明的连接组件包括第一部件和第二部件，第一部件可通过形状配合和/或材料锁合连接与第二部件相连，连接组件具有将第一部件和/或第二部件粘合连接到第三部件的粘合材料，其特征在于：第一部件和/或第二部件在第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal上具有至少一个空腔，所述至少一个空腔位于第一部件和第二部件之间，且粘合材料在所述至少一个空腔内位于空腔表面区域Ac上并且基本填充整个空腔，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的95％。
为了清楚起见，在说明书中定义和使用以下内容。
表面区域Atotal应理解为第一和/或第二部件的表面，其不是第一部件和第二部件的形状配合连接的部分，不在连接组件的纵向平面中，而是面对第三部件。
示例性地，例如，表面区域Atotal应理解为螺母和/或螺栓的无螺纹表面，该表面面对第三部件。因此，表面区域Atotal包括贴靠表面区域Ab和空腔表面区域Ac。
贴靠表面区域Ab应理解为第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的一部分，在连接组件拧紧后，该部分与第三部件直接接触。
空腔表面区域Ac应理解为第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的一部分，该部分面对第三部件，其直接接触粘合材料，而不直接接触第三部件。
连接组件的可以通过第一部件和/或第二部件夹紧的第三部件可以是一个工件或多于一个的工件。如果第三部件是多于一个的工件，则可以通过第一部件和/或第二部件将这些工件夹紧在一起。
包括粘合材料的部件，如第一部件和/或第二部件，可以粘结到第三部件(图2，a)。粘合材料基本填充第一和/或第二部件的整个空腔，并优选超过第一和/或第二部件的表面区域Atotal，在操作第三部件期间，粘合材料将上述部件保持在适当的位置，防止在拧紧第一/第二部件结构时所述部件旋转(图2，b)。在拧紧过程中，粘合材料在空腔内部被挤压，并可能从空腔中挤出，从而在该部件的贴靠表面区域Ab与第三部件之间形成直接接触(图2，c)。这种直接接触产生摩擦力，从而在进一步拧紧时防止该部件旋转，并在装配后防止失去夹紧力。
这意味着第一部件和/或第二部件的空腔中的粘合剂仅在短时间内完成第一部件和/或第二部件与第三部件的粘合，并保持第一部件和/或第二部件处于适当位置。在拧紧连接组件之后，首先，第一部件和/或第二部件与第三部件之间的摩擦力继而保持第一部件和/或第二部件处于适当位置，其次，连接组件的夹紧压力继而将第一部件和/或第二部件固定到第三部件，反之亦然。
另外，通过利用压力将具有粘合材料的部件组装到第三部件上，可产生局部真空，这也防止了该部件在拧紧过程中旋转。
在将第一部件和第二部件拧紧并夹紧第三部件之后，在贴靠表面区域Ab和第三部件之间无粘合剂。因此，在贴靠表面区域Ab与第三部件之间不存在粘合剂使得长时间保持第一部件和/或第二部件与第三部件之间的夹紧压力。
所述至少一个空腔可位于第一部件(图3)和/或第二部件(图4)的表面区域Atotal上。所述至少一个空腔原则上可以具有任何几何形状，如可呈同心环绕第一部件和/或第二部件的中心旋转轴线的圆形等。该圆形的至少一个空腔可以设置在表面区域Atotal的内侧(靠近中心旋转轴)、表面区域Atotal的外侧(第一部件和/或第二部件的外边缘处)或两者之间的任何地方。适用于实施本发明的所述至少一个空腔的另一种形状是从表面区域Atotal的内侧径向向外延伸的空腔。同样，一个实施例是，第一和/或第二部件在表面区域Atotal上具有多于一个的空腔，使得表面区域Atotal包括多个空腔表面区域Ac1、Ac2……。然而，在该优选实施例中，空腔表面区域Ac1、Ac2……的总和同样小于第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的95％。这些空腔可以形成以下图案：十字形的从中心向外部延伸的线形空腔；具有多个小圆环的圆环；海中岛屿图案；穿过表面区域Atotal的单个线形空腔；至少两个线形空腔在表面区域Atotal上彼此平行的条形图案；至少两个彼此平行的线形空腔相对至少一个另外的线形空腔的角度为>0°且≤90°的网眼结构；以及前述图案的结合。
所述至少一个空腔可以具有任何深度，但是该至少一个空腔的深度优选小于2mm，更优选小于1mm，再优选小于0.6mm，非常优选小于0.3mm，特别非常优选小于0.1mm。如果使用多个空腔，则不同的空腔可以具有相同或不同的深度。对于本领域技术人员来说，通常所述至少一个腔的深度必须选择为，使得产生的夹紧压力不会破坏第一部件和/或第二部件，例如，所述至少一个空腔不能成为预定的断裂点。
不管所述至少一个空腔的形状如何，对于实施本发明重要的是，空腔仅位于表面区域Atotal的一部分上，而并不是在其整个表面上延伸。所述至少一个空腔所占表面优选小于表面区域Atotal的95％，更优选小于90％，再优选小于80％，非常优选小于70％，特别非常优选小于表面区域Atotal的60％。
根据本发明的第一和/或第二部件可以由任何材料制成，例如任何金属、任何金属合金、钢、碳钢、铝、钛、碳增强塑料、玻璃纤维增强塑料或任何聚合物。
根据本发明的第一和/或第二部件也可以被涂覆或者甚至具有多个涂层。与例如焊接螺母/螺栓等相比，这是本发明的一个特殊优势。由于涂层会影响焊接质量，因此焊接螺母/螺栓不能被涂覆。可以使用的涂层的示例是防腐蚀涂层如Zn或Zn/Ni涂层、钝化层和密封层。当使用多涂层时，特别应仔细选择面层涂层，以便与粘合剂形成适当的结合。例如，使用Enseal 135和Hydroclad SC40型的密封剂等可以获得良好的结果。
粘合材料原则上可以是任何种类的材料，其可以位于前述至少一个空腔内，当将第一和/或第二部件施加到第三部件时，粘合材料的至少两个主表面上具有粘合特性。在优选的实施方案中，粘合材料是压敏粘合剂，例如丙烯酸泡沫胶带。在另一个优选的实施方案中，粘合材料是三层体系，其中中心层由热塑性泡沫(例如PE)、热固性泡沫(例如XPE)或橡胶制成，而外层是压敏粘合剂。在又一个优选的实施方案中，粘合材料包括热熔材料，例如乙基醋酸乙烯酯(EVA)、聚烯烃、聚氨酯或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。同样，使用液体粘合剂作为粘合材料来实施本发明是可行的，尽管考虑耗费时间和操作这将是次选的。
如果使用多个空腔，则不同的空腔可以填充相同或不同的粘合材料。
若在不同的空腔中填充相同的粘合材料，可以达到增强粘合的效果。此外，若在不同的空腔中填充不同的粘合材料，粘合材料可根据不同部件的材料进行定制，从而也可以增强粘合。
在优选的实施例中，第一和/或第二部件的贴靠表面区域Ab的确还具有增强与第三部件的摩擦的特征。这样的特征例如可以是微纹路或涂层。合适的微纹路例如可以是随机的、金字塔形或槽形的浮雕纹路的阵列。
为了增强粘合材料与工件的粘合或与第一和/或第二部件的粘合，可以在这些表面上涂覆底漆层。或者优选被电晕或等离子体处理。
第一部件和/或第二部件原则上可以用在由任意材料制成的任意工件上。这也是本发明的一个特殊优势，因为例如焊接螺母/螺栓只能用于有限数量的材料上。第三部件可以由钢、碳钢、铝、高强度钢、碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料、各种塑料或陶瓷等材料制成。
在优选的实施例中，第一部件和/或第二部件具有垫圈。垫圈为通常为盘形并常在中间开孔的薄板，通常用于分散诸如第一部件和/或第二部件之类的螺纹紧固件的载荷。第一部件和/或第二部件可以具有所述垫圈，其中垫圈的特征在于以上参照第一部件和/或第二部件描述的材料和表面构造。
垫圈和第一或第二部件可以是单件式的或由不同的部件组成。单件式表示垫圈和第一或第二部件是单个部件，并且由单个部件制成。优选地，如果垫圈与第一部件或第二部件是单件式的，则不需使用用于将垫圈与第一部件或第二部件连接的连接装置。
为了清楚起见并且如上所述，第一部件和/或第二部件的所有实施例也适用于垫圈。这也意味着(例如)垫圈可具有摩擦增大器或经过处理。
在一个实施例中，垫圈可在其表面区域具有齿。
在优选实施例中，第一部件是螺母，第二部件是螺栓。
在一个实施例中，垫圈可具有粘合材料，粘合材料位于空腔内，空腔处于所述垫圈的一个或两个主表面上。因此，具有空腔的垫圈主表面是也包括具有前述特征的空腔表面区域Ac和贴靠表面区域Ab的表面区域Atotal。
因此，垫圈的特征还在于，所述空腔占垫圈的表面区域Atotal不足95％。在该实施例中，可能没必要在第一部件和/或第二部件上的所述至少一个空腔内设置粘合材料。
本发明的目的还在于提供一种连接组件，其包括第一部件和第二部件，第一部件可通过形状配合和/或材料锁合连接与第二部件连接，连接组件具有将第三部件粘合连接到第一部件和/或第二部件的粘合材料，其特征在于：第三部件在第三部件的表面区域Atotal至少具有一个空腔，其中粘合材料位于空腔表面区域Ac上的所述至少一个空腔内并且基本填充整个空腔，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于第三部件的表面区域Atotal的95％。
为了清楚起见并且如上所述，第一部件和/或第二部件的所有实施例也适用于第三部件。这意味着(例如)第三部件也可以具有摩擦增大器或经过处理。
为了清楚起见，第三部件的表面区域Atotal对应于第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal。这意味着，如果第一部件和第二部件被拧紧并夹紧第三部件，则第三部件的表面区域Atotal是该第三部件的被第一部件和/或第二部件覆盖的表面区域。因此，第三部件的表面区域Atotal的值与第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal相同。
第三部件具有两个侧面，第一和/或第二部件可以被夹在该两个侧面上。在夹紧之后，第三部件的第一侧面向第一部件，第三部件的第二侧面向第二部件。由于第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的值可以不同，因此第三部件的第一侧的表面区域Atotal与第三部件的表面区域Atotal可具有不同的值。
根据本发明的连接组件可用于汽车工业、火车工业、航空航天工业或建筑工业。
附图说明
图1至图5描述了本发明。
对图1至图5的说明：
图1：a)示意性地示出了作为第一部件的螺母001的横截面图，该螺母具有单个空腔005。
b)示意性地示出了如图1a所示的作为第一部件的螺母的横截面图，该螺母具有已施加的粘合材料002。
图2：a)示意性地示出了作为第一部件的螺母001的横截面图，其中螺母001中的粘合材料002粘结到第三部件004。
b)示意性地示出了具有与图2a相同部件的横截面图。另外，示意性地示出了被旋拧的作为第二部件的螺栓003。
c)示意性地示出了图2b的部件拧紧后的横截面图。
图3：a)示意性地示出了第三部件004上的作为第一部件的螺母001，空腔005位于螺母001的内侧。
b)示意性地示出了如图3a所示的螺母和第三部件，空腔005位于螺母的外侧。
c)示意性地示出了第三部件004上的作为第一部件的螺母001，空腔005位于第三部件004的内侧。
d)示意性地示出了如图3c所示的螺母和第三部件，空腔005位于第三部件的外侧。
图4：a)示意性地示出了第三部件004上的作为第二部件的螺栓003，空腔005位于螺栓的内侧。
b)示意性地示出了如图4a所示的螺栓和第三部件，空腔005位于螺栓的外侧。
c)示意性地示出了第三部件004上的作为第二部件的螺栓003，空腔005位于第三部件的内侧。
d)示意性地示出了如图4c所示的螺栓和第三部件，空腔005位于螺栓的外侧。
图5：a)示意性地示出了作为第一部件的螺母的俯视图，该螺母的包括粘合材料002的空腔表面区域具有替代图案。
b)示意性地示出了作为第一部件的螺母的侧视图，该螺母的包括粘合材料的空腔表面区域具有替代图案。
具体实施方式
图1a示出了作为第一部件的螺母001，其具有空腔005。由此，示出表面区域Atotal、贴靠表面区域Ab、空腔表面区域Ac。图1b示出了作为第一部件的螺母，其覆有粘合材料002。
图2a中是作为第一部件的螺母001的一个优选实施例，该螺母001通过在空腔内覆有的粘合材料002粘结在第三部件004上，该第三部件例如可以是金属片。在随后的图2b中，作为第二部件的螺栓003拧入到位。将螺栓和螺母拧紧到第三部件后(图2c)，粘合材料从空腔中挤出。
图3a示出了第三部件004上的作为第一部件的螺母001的实施例，螺母001的内侧具有空腔005。此外，图3b示出了一个实施例，其中第三部件上的作为第一部件的螺母在第一部件的外侧具有空腔005。
作为实施例，空腔005也可以位于第三部件004的内侧(图3c)或第三部件004的外侧(图3d)。空腔005可以填充有粘合剂002(未示出)，使得螺母001可以附接到第三部件004。
图4a示出了一个实施例，其中位于第三部件004上的作为第二部件的螺栓003在螺栓003的外侧具有空腔005。此外，图4b示出一实施例，其中位于第三部件上的作为第二部件的螺栓在螺栓的内侧具有空腔005。
作为实施例，空腔005也可以位于第三部件004的内侧(图4c)或位于第三部件004的外侧(图4d)。空腔005可以填充有粘合剂002(未示出)，使得螺栓003可以附接到第三部件004。
在图5a和5b中，示出了作为第一部件的螺母的一实施例，其中，螺母的具有粘合材料002的空腔表面区域包括替代图案。
Claims (16)
1.一种连接组件，其包括第一部件和第二部件，其中第一部件可通过形状配合和/或材料锁合连接与第二部件连接，所述连接组件具有将第一部件和/或第二部件粘合连接到第三部件的粘合材料，
其特征在于，所述第一部件和/或所述第二部件在第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal上具有至少一个空腔，所述至少一个空腔位于第一部件和第二部件之间，且所述粘合材料位于空腔表面区域Ac上的所述至少一个空腔内并且基本填充整个空腔，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的95％。
2.根据权利要求1所述的连接组件，其中，所述粘合材料填充所述第一部件和/或所述第二部件的整个空腔，并且超过所述第一部件和/或所述第二部件的表面区域Atotal。
3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于第一部件和/或第二部件的表面区域Atotal的90％，优选小于其80％，更优选小于其70％，非常优选小于其60％。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述至少一个空腔的深度小于2.0mm，优选小于1.0mm，更优选小于0.6mm，非常优选小于0.3mm，特别非常优选小于0.1mm。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述第一部件和/或所述第二部件具有单个空腔。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述第一部件和/或所述第二部件由金属、金属合金、钢、碳、铝、钛、纤维增强塑料、玻璃纤维、聚合物和/或这些材料的组合制成。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述粘合材料包括压敏粘合剂、三层体系、热熔粘合剂或液体粘合剂。
8.根据权利要求7所述的连接组件，其中，所述压敏粘合剂由丙烯酸泡沫制成。
9.根据权利要求7所述的连接组件，其中，所述三层体系包括中间层和两外层，所述中间层由热塑性泡沫、热固性泡沫或橡胶制成，所述两外层由至少一种压敏粘合剂制成。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述第一部件和/或所述第二部件在其贴靠表面区域Ab的局部或全部具有摩擦增大器。
11.根据权利要求10所述的连接组件，其中，所述摩擦增大器是涂层和/或微纹路和/或两者的组合。
12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac涂覆有底漆层和/或所述空腔的空腔表面区域Ac被等离子体处理或电晕处理。
13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述第一部件和/或所述第二部件具有垫圈。
14.根据权利要求13所述的连接组件，其中，所述垫圈在垫圈的表面区域Atotal上具有至少一个空腔，所述粘合材料位于所述至少一个空腔中，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于所述垫圈的表面区域Atotal的95％。
15.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接组件，其中，所述第一部件是螺母，所述第二部件是螺栓。
16.一种连接组件，其包括第一部件和第二部件，其中第一部件可通过形状配合和/或材料锁合连接与第二部件连接，所述连接组件具有将第三部件粘合连接到第一部件和/或第二部件的粘合材料，
其特征在于，所述第三部件在第三部件的表面区域Atotal上具有至少一个空腔，所述粘合材料位于空腔表面区域Ac上的所述至少一个空腔内并且基本填充整个空腔，所述至少一个空腔的空腔表面区域Ac小于所述第三部件的表面区域Atotal的95％。
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