CN102089110B - 用于螺柱焊接的螺柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于螺柱焊接的螺柱(10)，其具有螺杆(12)，具有轴向连接法兰(14)，其相对于螺杆(12)径向突出，并且其外部周围是多边形设计，以便能借助于工具(40)给螺柱(10)施加试验扭矩(T)，并且具有环形部分(16)，其轴向连接法兰(14)，并且其前部径向延伸环形表面(19)，设计为焊接到工件(32)的焊接表面，其中该环形部分(16)直接连接法兰(14)，并且环形部分(16)和法兰(14)形成全部具有一致外部直径(D)的头部(20)，并且其中法兰(14)的多边形形状(22)延伸在环形部分(16)上直到其前部环形表面(19)。

Description

用于螺柱焊接的螺柱

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年7月9日提交的德国申请No.102008033373.5的权益，其公开通过引用结合与此。

技术领域

本发明涉及用于螺柱焊接的螺柱，其包括：螺杆；轴向连接法兰，其相对于螺杆径向突出；以及环形部分，其轴向连接法兰，其前部径向延伸环形表面设计为焊接到工件的焊接表面。

背景技术

本发明还涉及将工件和螺柱焊接到工件的固定布置，并且还涉及焊接螺柱到工件的方法和这样的螺柱焊接到工件的用途。

本发明总体上与螺柱焊接领域相关。其中，该焊接工艺很大程度上用于汽车技术领域。在此情况下，螺柱焊接到本体片，并且用作塑料固定元件(夹子)、汽车仪表板等的锚。

近年来的趋势是减小本体片的厚度，以便减小例如汽车的重量。将螺柱焊接到日益变薄的本体片上使制造变得困难。作为惯例，螺柱具有圆锥尖端的焊接表面。为了在螺柱焊接中熔合该表面，需要相对高的能量输入。这可能导致本体片的“烧穿”。

因此，在文件US-A-3,671,710中，提出了具有凹槽且设计为用于电容器放电焊接的焊接螺柱。在此情况下，凹槽与螺柱的外直径一起形成环形法兰。这倾向于改善熔池的一致性。

文件DE 19611711A1公开了具有环形法兰结构的焊接元件。该环形法兰具有在截面上变窄的余量，从而大约线性的边缘在螺柱的前端获得。焊接边缘向下设定在工件上。然后，拉回螺柱以形成弧。最后，螺柱推入全部熔池中。全部形成大约环形的焊接点，并且在该环形焊接点的内部该螺柱和工件之间形成腔体。应当注意的是，螺柱的构造2允许螺柱通过拉弧工艺焊接到相对薄的片上。

最后，文件WO 2004/033923A1公开了螺柱焊接到片(特别是夹片)上的固定元件。螺柱具有用作预定破坏点的区域，以便实现限定的失败情况。螺母拧在螺柱上，并且螺柱的强度适合于螺母的强度，从而螺母在螺柱破坏前首先破坏。假如螺母没有破坏，则螺柱撕破片前螺柱破坏。

换言之，在塑料固定元件等实际上放在螺柱上时，直到装配期间也没有给螺柱施加扭矩。如果因一定的原因此时影响螺柱和/或片的过失发生，则相对昂贵的重做是必须的。这是因为，此时，片按着惯例已经涂漆，因此，焊接点的修复和螺柱的重新施加需要本体片表面的复杂后续处理。

所采用的螺柱具有螺杆、法兰部分以及轴向连接的环形部分，法兰部分以及轴向连接的环形部分一起形成头部。环形部分的轴向长度与头部(由法兰和环形部分形成)的轴向长度的比率为小于50％，特别是在25％至35％的范围内。在该应用中，相当重要的是还涉及到头部的其它尺寸或尺寸比率。头部的外部直径在此情况下设计为粗略的。

针对于上面的背景情况，本发明的目标是确定有成本效益的螺柱、改善固定的布置以及改善焊接螺柱到工件上的方法，其中工件具有很小的厚度，并且其中可以避免在焊接连接失败的情况下不得不执行昂贵的重做的情形。

发明内容

该目标首先通过用于螺柱焊接的螺柱实现，该螺柱包括：螺杆；轴向连接法兰，其相对于螺杆径向突出，并且其外部周围是多边形设计，以便能够借助于工具对该螺柱施加试验扭矩；以及环形部分，其轴向地连接法兰，并且其前部径向延伸环形表面设计为焊接到工件的焊接表面，其中该环形部分直接连接该法兰，并且该环形部分和该法兰形成具有全部一致外部直径的头部，并且其中该法兰的多边形形状延伸在环形部分上，直到其前部环形表面。

上述目标还通过固定布置实现，该固定布置具有工件和类型为根据本发明焊接到该工件的螺柱，其中该工件具有小于1mm的厚度，特别是小于0.8mm的厚度。

上述目标还通过焊接螺柱到工件以及检测该焊接连接强度的方法实现，该方法包括如下步骤：

-提供根据本发明类型的螺柱；

-焊接该螺柱到该工件上，特别是通过拉弧螺柱焊接(drawn-arc studwelding)；以及

-连接工具到该螺柱的头部，并且给该螺柱施加预定的扭矩，以便检测该焊接连接的强度。

最后，上述目标通过根据本发明的螺柱焊接到工件的用途实现，该工件的厚度小于1mm，特别是小于0.8mm。

根据本发明的螺柱特别适合于焊接到非常薄的工件上，例如薄的本体片。近年来倾向于采用片的厚度小于1mm，特别是小于0.8mm，或者甚至0.6mm及更小。由于环形部分以及形成为环形表面的焊接表面的设计，焊接可能执行在输入能量相对小的情况下，从而减小片的烧穿风险。由于头部的外部直径上的多边形形状的设计，所以能够检测焊接连接的强度。这优选在本体处于白色状态期间进行，就是说，例如，在螺柱焊接到工件后立即进行。因此，任何可能的缺陷焊接连接可以在最佳时间修复。在装配阶段必须进行修复情况下的昂贵重做是不必要的。此外，令人惊喜地发现，尽管是全部多边形形状(延伸在环形部分上直到前部的环形表面)，但是在形成弧期间基本上不引起缺点。此外，由于头部上全部为多边形形状，可以有成本效益地生产螺柱。

因此，完全实现了该目标。

尤其优选的是，螺柱由一件金属制成，特别是钢。

然而，螺柱通常也可以由其它金属制造，例如，铝。

此外，有利的是，螺柱通过冷冲压成型工艺生产，特别是以小冲压成型的一阶段工艺生产。这使得螺柱的形状是相对简单的设计，并且多边形形状延伸在头部的整个外部周围上。在大法兰螺柱的情况下，也可以采用多阶段冲压成型工艺。甚至在多阶段工艺的情况下，多边形形状也可以通过冲压成型产生。例如，这可以通过倒置大法兰且倒角而进行。然后，在另外的按压阶段，采用压缩工具形成最终的形状。

螺杆可以是圆柱设计，但是优选具有螺纹。螺纹可以是公制螺纹，但是特别是粗牙螺纹。

多边形形状优选为八边形形状。

在该实施例中，螺柱可以有成本效益地生产。此外，可以采用比较简单的工具，以便将试验扭矩施加在已经焊接的螺柱上。然而，多边形形状也可以是六边形形状或者其它的多边形形状。此外，词语“多边形形状”在此情况下也意味着是指外部周围是齿状的，或者具有与圆形形状不同的其它形状。

尤其优选的是，头部的轴向长度与头部的外部直径的比率在1/7至3/4的范围内，在标准螺柱的情况下特别是在1/3至3/4的范围内，或者在大法兰螺柱的情况下在1/6至1/2的范围内。

这样，头部的轴向长度可以设计为相对大，从而相对简单地连接用于施加试验扭矩的工具。

根据另一个优选实施例，法兰的轴向长度与头部的轴向长度的比率在3/10至5/10的范围内。

这样，环形部分可以设计为相对于法兰相对长。因此，第一，可以减轻重量。第二，头部总体上可以具有比较小的轴向长度，从而获得总体上低的高度。

这特别适用于，法兰的轴向长度与头部的轴向长度的比率小于5/10。

在大法兰螺柱的情况下，法兰的轴向长度与头部的轴向长度的比率明显地低于5/10。

在具有大法兰直径的螺柱的情况下，有利的是提供自动进行焊接安装和装配(螺纹连接或固定连接)的位点。所述位点提供在与头部相对的螺杆端面上，并且具有小于螺杆的较小直径。

此外，大法兰螺柱也可以提供为与塑料件(塑料螺母、塑料部件等)或者金属件(顶盖螺母、用于接地螺杆的法兰螺母或者金属部件)预装，并且自动或手工焊接。

因此，上述特征以及下面仍将说明的特征不仅可以用在各自特定的结合上，而且可以用在其它的结合或它们自身的结合，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明的示范性实施例示出在附图中，并且在下面进行详细描述。附图中：

图1示出了根据本发明实施例的螺柱的部分截面侧视图；

图2示出了图1的螺柱从前面看的视图；以及

图3示出了工件与焊接在工件上的根据图1和2的螺柱的固定布置。

具体实施方式

根据本发明实施例的螺柱通常由图1和2中的10表示。

螺柱10具有螺杆12，法兰14在轴向上与其连接。环形部分16在轴向上连接法兰14，在环形部分16内设置环形截面的凹槽17。

螺柱10的纵轴以18示出。

前部环形表面19形成在环形部分16的前端上。凹槽17从前部环形表面19延伸到法兰14。

总体上，法兰14和环形部分16形成头部20，其外部周围具有多边形形状22，在当前情况下为八边形形状。

粗牙螺纹24形成在螺杆12上。螺柱10具有总长度L。头部20的轴向长度在图1中用K表示。法兰部分的轴向长度在图1中用F表示。头部20的外部直径用D表示，并且凹槽17的内部直径用A表示。

法兰14的轴向长度F与头部20的轴向长度K的比率在3/10至5/10的范围内，在当前的情况下，约为4.5/10的范围内。

凹槽17的内部直径A与头部20的外部直径D的比率在5/10至8/10的范围内，优选在6/10至7/10的范围内。

头部20的轴向长度K与螺柱10的总长度L的比率在1/10至4/10的范围内，优选在1.5/10至3/10的范围内。在当前情况下，该比率约为2/10。

前部环形表面19延伸在径向上。环形部分16的内部周围在截面上是环形设计。

图3示出了根据本发明的固定布置30，所述固定布置30具有图1和2所示类型的螺柱10，所述螺柱10焊接到工件32上。工件32是金属片，优选由与螺柱10相同的材料或者与螺柱10相类似的材料制造。工件32具有厚度W，其小于1.0mm，特别是小于0.8mm。在当前情况下，厚度W约为0.6mm。

如图3的示意性所示，螺柱10适合于固定塑料固定元件或者夹子34，如现有技术中已知的。夹子34例如可以包含用于部件38的容座36。部件38例如可以是电缆或电缆架、制动管线或燃料管线。

在此情况下，夹子34支撑在法兰14朝向螺杆12的侧面，如图3所示。

在汽车技术领域中，夹子34通常在“装配区域”中固定到螺柱10。在此情况下，生产了汽车的本体外壳，并且包括螺柱10的工件32通常已经喷漆，从而可以执行必要的连接。螺柱10在“本体白色状态”(body-in-whitephase)下预先焊接到工件32上。

恰在本体白色状态后且在进一步工艺步骤前，优选检测是否螺柱10和工件32之间的焊接连接具有足够的强度。

在此情况下，在本体白色状态期间或在装配阶段前，借助于工具40将关于纵向轴18的扭矩T作用在螺柱10上(如图3中的示意性所示)。在该工艺中，工具40作用在提供有多边形形状的头部20上。在此情况下施加的扭矩T是预定的扭矩，适当焊接到工件32的螺柱10可以承受而不损坏焊接连接和/或螺柱10。

另外，提供适当的容座，头部14的多边形形状能够使安装部件或者塑料固定元件(夹子34)可以作用在该多边形形状22上，以便允许抗旋转锁定或者在正确位置上的调整。

螺柱10通常可以普遍使用。它可以提供有或不提供有预装的塑料件(例如，螺柱10到工件的焊接，其中塑料固定元件已经预装配在螺柱10上，作为优点，例如，在底部固定)。

在该实施例中，应当注意的是，保证预装配塑料固定元件自由地离开头部20的多边形形状22的至少一部分，以便仍能在本体白色状态下施加试验扭矩。

此外，螺柱10在没有预装配塑料件的情况下也可以焊接到工件32上，如上所述。诸如夹子34的塑料固定元件然后可以固定于此，例如，在装配区域中。

螺柱10优选由具有拉弧的弧焊焊接。在该工艺中，环形表面19向下设定在工件32上。然后切换导频电流。然后螺柱10再一次从工件32升起，在此过程中划燃电弧。其后，如果需要，切换到清理电流(非绝对需要)。最后，转换到显著高于导频电流的焊接电流，其能量是足够的，以便熔化前部环形表面19和工件32上的对应的匹配表面。最后，螺柱10再一次下降到工件32上，在此过程中熔池熔结在一起。然后关掉焊接电流。完成的熔池凝固，并且螺柱10整体连接到工件32。

尽管本发明的示范性实施例已经进行了示出和描述，但是本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以进行变化，其范围限定在所附权利要求及其等同物中。

Claims (15)

1.一种用于螺柱焊接的螺柱（10），包括：螺杆（12）；轴向连接法兰（14），其相对于该螺杆（12）径向突出，并且其外部周围为多边形设计，以便能借助于工具（40）向该螺杆（10）施加试验扭矩（T）；以及环形部分（16），其轴向连接该法兰（14），并且其前部径向延伸环形表面（19）设计为焊接到工件（32）的焊接表面，其中该环形部分（16）直接连接该法兰（14），且该环形部分（16）和该法兰（14）形成全部具有一致的外部直径（D）的头部（20），并且其中该法兰（14）的该多边形形状（22）延伸在该环形部分（16）上直到其前部环形表面（19）。

2.根据权利要求1所述的螺柱，其中螺柱（10）由一件金属制作，

3.根据权利要求2所述的螺柱，其中所述金属是钢。

4.根据权利要求1或2所述的螺柱，其中该螺柱（10）由冷冲压成型工艺生产。

5.根据权利要求1至2其中之一所述的螺柱，其中该螺杆（12）具有螺纹（24）。

6.根据权利要求1至2其中之一所述的螺柱，其中该多边形形状（22）是八边形形状（22）。

7.根据权利要求1至2其中之一所述的螺柱，其中该头部（20）的轴向长度（K）与该头部（20）的外部直径（D）的比率范围为1/7至3/4。

8.根据权利要求1至2其中之一所述的螺柱，其中该法兰（14）的轴向长度（F）与该头部（20）的轴向长度（K）的比率范围为3/10至5/10。

9.根据权利要求1至2其中之一所述的螺柱，其中该法兰（14）的该轴向长度（F）与该头部（20）的该轴向长度（K）的比率为小于5/10。

10.一种具有工件（32）和焊接到该工件（32）的螺柱（10）的固定布置（30），其中该工件（32）的厚度（W）为小于1mm，并且其中该螺柱是权利要求1至9其中之一所述的螺柱（10）。

11.根据权利要求10所述的固定布置（30），所述厚度（W）为小于0.8mm。

12.一种焊接螺柱（10）到工件（32）且检测该焊接连接强度的方法，包括如下步骤:

-提供如权利要求1至9其中之一所述的螺柱（10）；

-焊接该螺柱（10）到该工件（32）上；以及

-连接工具（40）到该螺柱（10）的头部（20），并且给该螺柱（10）施加预定的扭矩（T），以检测该焊接连接的强度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述焊接是拉弧螺柱焊接。

14.一种用于焊接到工件（32）的如权利要求1至9之一所述的螺柱（10）的用途，该工件（32）的厚度（W）小于1mm。

15.根据权利要求14所述的用途，其中该工件（32）的厚度（W）小于0.8mm。

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