用于产生摩擦焊连接的连接元件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在相互贴合的两个组件之间产生组件连接的连接元件，通过摩擦将连接元件焊接到基层组件，所述连接元件具有连接轴和连接头，所述连接轴具有一个轴段，所述连接头的顶部有一个用于传递轴向力的扁平表面，所述扁平表面中有一个用于传递扭矩的驱动结构。本发明专利技术的特征在于，连接轴的直径从轴段上的上升水平面开始到所述连接头的底部不断增加，连接头底面水平面与轴端的距离最大，上升水平面与连接头底面水平面的距离介于连接头外径与上升水平处的轴径之差的四分之一D1=(DA‑DS)/4，和连接头外径与上升水平处的轴径之差的二分之一D2=(DA‑DS)/2之间。

A connecting element for producing a friction welding connection

The invention relates to a method for producing the connecting element is connected with the component between the two mutually jointed by friction welding, connecting components to the base component, the connecting element is provided with a connecting shaft and a connecting head, with a shaft connected to the shaft, the top of the connecting head is provided with a flat surface transfer of axial force, the flat surface has a driving structure for torque transmission. The invention is characterized in that the connecting shaft diameter from the shaft section to face rising level to the bottom of the connecting head increasing, connecting head bottom horizontal and shaft end distance, higher levels of surface and bottom surface of the connecting head horizontal distances between connecting head diameter and the rising level of the shaft diameter the difference between the 1/4 D1= (DA DS) /4, and the connecting head diameter and the rising level of the shaft diameter difference of 1/2 D2= (DA DS) /2.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生摩擦焊连接的连接元件
根据权利要求1的前序部分，本专利技术涉及一种连接元件，用于在两个相互贴合的组件之间产生组件连接。
技术介绍
EP2289659A1公开了一种具有连接头和连接轴的摩擦焊构件，在连接头里形成有一个驱动结构。所述连接头有一个用来传递轴向力的扁平表面，所述连接头在其底面还有一个凹槽，所述凹槽用来容纳在摩擦焊过程软化的材料，尤其是顶层组件材料。所述连接元件的连接轴被摩擦焊焊接到复合组件的下基层组件，其突出连接头的长度确保了基层组件和顶层组件的连接。因此，通过连接元件使基层组件和顶层组件相互紧密连接到一起。还提供了一种用于产生摩擦焊连接的安装工具，所述安装工具包括压紧装置和驱动工具，所述压紧装置压紧组件层使得组件相互连接，而驱动工具通过按压和旋转连接元件，将其驱动到复合组件中。本设计的缺点是连接元件整体高度高且直径小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于组件连接的连接元件和安装工具，使得小头径连接元件可以适用于低结构高度的组件连接，尤其是具有薄金属片的连接。根据本专利技术，所述连接元件的直径从圆柱形轴段到连接头底面不断增大，所述连接头底面是指与连接轴末端具有最大距离的连接头底面水平面。根据本专利技术，上升水平面与连接头底面水平面的距离A介于连接头外径与轴径之差的四分之一和连接头外径与轴径之差的二分之一之间，即(DA–DS/4<A<((DA–DS)/2。因此，在连接元件穿透组件期间所软化的顶层材料将被引入直径增加的加宽部分。尽管如此，上升为焊缝的连接元件材料与连接头底面水平面之间仍将保持足够的距离，以确保足够的抗拉力。更确切地说，轴径指的是连接元件在上升水平面处的直径。无需用来产生连接的多余的软化材料将会从连接头强制被侧向(径向向外)移除，以这种方式可以实现低结构高度。在本专利技术的一个实施例中，始于上升水平面的切线与相对于连接元件轴线的法线形成的角小于80°，尤其是小于70°。这确保来自顶层组件的偏移的软化材料将被径向向外引出。在本专利技术的另一个实施例中，连接元件具有圆柱形状的第一轴段。这种设计特别经济。在本专利技术的另一优选实施例中，驱动结构的高度小于驱动结构径向延伸长度的30％。因此，连接头本身可以具有小的轴向延伸，从而使得结构高度进一步减小。因为在焊接过程引起的温度升高会软化驱动结构，从而对驱动扭矩的传递产生不利影响，因此，连接处的驱动结构和熔化区需要彼此充分隔开。在本专利技术的另一实施例中，所述连接元件连接头的周边区域相对旋转轴从85°与95°之间逐渐过渡，特别是90°。在本实施例中连接头底面的水平面也属于周边区域，因为首先焊缝与连接头底面的距离最大，其次由于连接头表面接近正交的位置而具有特殊的良好形态，因此本实施例提供了一个最大的保持力。在另一个实施例中，直径朝着连接头方向呈函数增加，该函数符合：相对于旋转轴的法线来说，具有第一夹角和第二夹角，所述第二夹角小于第一夹角。根据本实施例，产生一条至少接近凹轮廓的缝道，因此，在由上升的材料形成的焊缝与连接头之间形成一个特别有利的侧凹位，在焊接过程结束后，这个侧凹位将会被顶层软化的材料所填充。凹轮廓形状可以通过在第二区域后设置一个第三夹角的第三区域来进一步改进，所述第三夹角小于第二夹角。理想地，所述缝道呈椭圆形或者圆形轮廓的凹形状。所述曲率半径最好大于连接头底面水平面与上升水平面的距离。这确保了一个特别平滑的过渡，使得顶层组件偏移的软化的材料最好从连接头和顶层组件之间的区域引出。在另一实施例中，在其前端，连接轴从圆柱形轴段过渡到圆锥形轴段，这改善了连接元件的定位特性。更确切地说，圆锥角在60°到80°之间。另一方面，本专利技术也涉及一种组件连接，所述组件连接包括一个基层组件、至少一个顶层组件和上述类型的连接元件。所述连接元件包括至少一个连接头和连接轴，连接轴的前端面焊接到基层。因此，连接元件的连接轴和基层组件之间可实现紧密连接，并且连接头以正面锁定的方式固定到顶层组件。根据本专利技术，通过连接头侧向(径向向外)排出的材料至少部分的在轴向方向横向包围连接头，所述连接头位于顶层组件表面的水平面上。为了实现相应的组件连接，优选地引入上述类型的连接元件。本专利技术还涉及一种用于上述组件连接的安装工具，所述安装工具包括一个压紧装置和一个驱动端，所述驱动端在其扁平基层上有一个驱动结构，所述驱动结构与连接元件的内驱动结构相匹配。根据本专利技术，所述扁平基层受限于凸起的边界，所述边界有一个内径。在摩擦焊接过程中，所述边界将引导、软化的材料从连接头侧向向外移出，使得这些材料不会进入驱动端和驱动端周围的压紧装置之间的空间。由于顶层组件软化材料的偏移方向，偏移的材料将会在内径所定义的空腔内累积，并且堆积到一定程度，使得至少将连接连接头分侧向封闭。这提高了抗剪切强度。这种设计可以得到较低的结构高度，并且仍保持较高的强度，因为从连接头下方偏移的软化了的材料可以用来增强连接强度。在另一个实施例中，所述压紧装置具有一个锥形前端面，在内部边缘设置锥度有助于防止冷却的软化了的材料粘在压紧装置上。因此，压紧装置可以在较小阻力下从顶层组件移除。另外，在扁平基层上设置有至少两个吸孔，吸孔用来在已嵌入组件的连接元件的连接头和扁平基层之间产生负压，从而使得连接元件粘在扁平基层上，并且使得驱动结构与连接元件上的内驱动结构相接合。更确切地说，所述吸孔设置在远离中心处，并且与边界相隔的距离至少是边界内径的5％，特别是10％，或者特别是15％，或者特别是17％。因此，连接头直径介于边界内径的60％和90％之间的已嵌入组件的连接元件仍可以通过其连接头边缘产生吸附接触。抽吸效果作用于连接元件温度可能最低的位置，从而防止连接元件软化了的材料进入吸孔。当连接头的直径大大小于边界的内径时，使得在连接过程中从中间区域移出的顶层材料被连接头一侧的区域容纳接收。这提供了一个额外的接收体积，从而允许结构高度最小化的同时保持尽可能小的连接直径。所述吸孔优选地与一个圆相切，所述圆与边界相隔至少边界内径的5％。所述圆与边界同心，所述圆的直径介于边界内径的60％到90％之间，尤其是60％到80％之间。本专利技术还涉及一种包括前述类型的安装工具和连接元件的连接系统。根据本专利技术，所述安装工具与所述连接元件彼此相适应，这样，所述边界的内径比连接元件的连接头直径至少大10％。在另一个实施例中，边界的高度可能高于连接头在轴向方向上的最大延伸长度，至少边界的高度超出了连接元件的连接头底面水平面。具体实施方式以下将结合附图所描述的实施例对本专利技术附加的优点、特征和可能的应用进行描述。在说明书、权利要求书和附图中所述的术语和相关的参考标号列在参考标号列表中，在附图中，图1a是本专利技术连接元件的侧视图；图1b是本专利技术连接元件的透视图；图1c是本专利技术连接元件的局部剖视图；图2是本专利技术连接元件的透视图；图3是本专利技术安装工具的剖视原理图；图4a是图3驱动端前端面的透视图；图4b是图4a驱动端正面俯视图；图5是插入连接元件的驱动端的局部剖视图；图6是安装安装过程结束时产生的组件连接的剖视图；图6a是图6的局部放大图；图7是与图6a相似的局部放大图。图1a是本专利技术连接元件10的侧视图，连接元件10由一个连接头12和连接轴14组成，所述连接轴1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在相互贴合的两个组件（72,73;92）之间产生组件连接(70)的连接元件（10，20，30，50），通过摩擦将连接元件（10，20，30，50）焊接到基层组件（74），所述连接元件（10，20，30，50）具有连接轴（16）和连接头（12），所述连接轴（16）具有一个轴段（14），所述连接头（12）的顶部有一个用于传递轴向力的扁平表面（20），所述扁平表面（20）中有一个用于传递扭矩的驱动结构（22，32），其特征在于，连接轴的直径从轴段（16）上的上升水平面（A）开始到所述连接头的底部不断增加，连接头底面水平面（K）与轴端的距离最大，上升水平面（A）与连接头底面水平面（K）的距离介于连接头外径与上升水平处的轴径之差的四分之一D1 = (DA‑DS) / 4，和连接头外径与上升水平处的轴径之差的二分之一D2 = (DA‑DS) / 2之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.05 DE 102015202074.61.一种用于在相互贴合的两个组件（72,73;92）之间产生组件连接(70)的连接元件（10，20，30，50），通过摩擦将连接元件（10，20，30，50）焊接到基层组件（74），所述连接元件（10，20，30，50）具有连接轴（16）和连接头（12），所述连接轴（16）具有一个轴段（14），所述连接头（12）的顶部有一个用于传递轴向力的扁平表面（20），所述扁平表面（20）中有一个用于传递扭矩的驱动结构（22，32），其特征在于，连接轴的直径从轴段（16）上的上升水平面（A）开始到所述连接头的底部不断增加，连接头底面水平面（K）与轴端的距离最大，上升水平面（A）与连接头底面水平面（K）的距离介于连接头外径与上升水平处的轴径之差的四分之一D1=(DA-DS)/4，和连接头外径与上升水平处的轴径之差的二分之一D2=(DA-DS)/2之间。2.根据权利要求1所述的连接元件，其特征在于：在上升水平面（A）边缘处的切线（M1）与法线形成的角（α1）小于80°。3.根据前述任一权利要求所述的连接元件，其特征在于：所述第一轴段（14）呈圆柱形。4.根据前述任一权利要求所述的连接元件，其特征在于：驱动结构（22，23）的深度不超过驱动结构（22，23）径向延伸长度的30%。5.根据前述任一权利要求所述的连接元件，其特征在于：连接头（12）的边缘区域相对于连接元件（10，30）的旋转轴从85°到95°逐渐过渡，尤其是90°。6.根据前述任一权利要求所述的连接元件，其特征在于：轴的直径在连接头的轴向方向上呈函数增加，该函数符合，相对于旋转轴（R）的法线，有第一夹角(M1,α1)和第二夹角(M2,α2)，所述第二夹角(M2,α2)小于第一夹角(M1,α1)。7.根据权利要求6所述的连接元件，其特征在于：轴的直径在连接头的轴向方向上呈函数增加，该函数符合，相对于旋转轴（R）的法线，有第一夹角(M1,α1)、第二夹角(M2,α2)和第三夹角(M3,α3)，所述第二夹角(M2,α2)小于第一夹角(M1,α1)，所述第三夹角(M2,α2)小于第二夹角(M1,α1)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马科·沃克迈斯特，马里奥·麦沃尔德，格哈德·杜比尔，丹尼尔·斯平德勒，马科·米尔利舍，
申请(专利权)人：EJOT有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE