功能元件和輔助元件的一體式電阻焊接的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將至少一個夾層片材與由金屬制成的至少一個功能元件接合的方法，其中，至少一個夾層片材具有兩個金屬外層和布置在金屬外層之間的熱塑性材料層，其中至少一個夾層片材的至少待接合的區(qū)域按如下方式被加熱:使熱塑性材料層軟化，塑料層由于外層被擠壓在一起而被外層擠出接合區(qū)域，并且至少一個夾層片材的外層借助于在第一電極與第二電極之間的電流而與功能元件接合，尤其是焊接到功能元件上。本發(fā)明還涉及用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在機動車領(lǐng)域，對于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)概念的日益增長的需求使得在兩個金屬薄外層之間設(shè)有熱塑性材料層的夾層片材的使用變得前景廣闊，從而通過利用夾層片材進一步減輕所制造的機動車的重量。夾層片材能夠提供開拓了新的減重潛力的各種獨有性質(zhì)。因此，夾層片材作為固體片材由于塑料層的存在而具有顯著低的重量，同時提供了高強度值。此外，夾層片材能夠消聲且提供高級別的剛性。然而，夾層片材的缺點在于，它們具有電絕緣塑料層，該電絕緣塑料層在熔焊工藝情況下，特別是電阻焊接的情況下，會引起形成令人滿意的焊接接合方面的問題。由于夾層片材在熔焊情況下出現(xiàn)的問題，夾層片材目前通常與其他金屬部件通過粘合劑結(jié)合，或者例如通過卷邊(beading)的機械方式相互連接。
[0003]此外，夾層片材目的在于進一步提供如下功能:該功能借助于例如螺釘、螺栓、焊接螺母等功能元件或類似的功能元件來提供。出于這個目的，功能元件必須連接到夾層片材。德國未經(jīng)審查而公開的申請DE 10 2012 106 521 A1披露了一種用于將夾層片材與例如焊接螺栓等另外接合零件接合的方法，其中焊接螺栓具有在端部處指向夾層片材的突出的焊接突起以及片狀輔助元件。具有焊接突起的螺栓預(yù)先連接到輔助元件，然后，栓和輔助元件二者一起與夾層片材接合。為了提高焊接到夾層片材上的功能元件的力吸收能力，輔助元件具有片狀設(shè)計。然而，為達到該目的，需要兩個加工步驟。在第一次操作中將螺栓與輔助元件焊接，然后將螺栓和輔助元件定位且焊接到夾層片材上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]以此作為出發(fā)點，本發(fā)明的目的在于進一步簡化和更具成本效益地構(gòu)造功能元件與夾層片材的接合。此外，本發(fā)明基于提供用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的對應(yīng)裝置的目的。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一教導(dǎo)，所表明的目的是這樣實現(xiàn)的:在單次操作中，至少一個功能元件與第一輔助元件接合，然后功能元件連同輔助元件一起與至少一個夾層片材接合。
[0006]結(jié)果表明，能夠在單次操作中直接對夾層片材實施兩個接合步驟，即，將功能元件與輔助元件連接，以及將功能元件連同輔助元件一起與夾層片材連接。通過這種方式，省去了生產(chǎn)其上接合有輔助元件的功能元件的步驟，因此顯著地簡化了整個方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一細(xì)化方案，至少一個功能元件連同輔助元件一起定位在位于夾層片材一側(cè)的第一容器中，其中，第一容器連同至少一個功能元件和第一輔助元件一起形成第一電流路徑的部件，在至少一個功能元件與輔助元件接合過程中，至少第一接合電流流經(jīng)第一電流路徑，其中，力同時施加到功能元件上，使得功能元件和第一輔助元件彼此接合，帶有接合的第一輔助元件的至少一個功能元件、第一容器和第二電極隨后形成第二電流路徑的部件，當(dāng)?shù)谝浑娏髀窂綌嚅_時，用于加熱夾層片材的預(yù)熱電流流經(jīng)第二電流路徑，并且在夾層片材的外片材被擠壓在一起時，第二接合電流從第一電極經(jīng)過功能元件、第一輔助元件和夾層片材的被擠壓在一起的外片材流到第二電極。通過形成兩個電流路徑，例如螺栓等功能元件與輔助元件接合的過程能夠在第一容器中直接發(fā)生在夾層片材上，其中，所述容器接納功能元件本身和輔助元件。同時，能夠確保夾層片材經(jīng)由第二電流路徑的預(yù)熱，因此塑料層能夠被擠出夾層片材的接合區(qū)域，且使兩個外片材彼此相接觸。只要兩個外片材一開始接觸，就會產(chǎn)生用于將功能元件連同第一輔助元件一起與夾層片材接合的接合電流，因此確保了非常簡單的工序。
[0008]優(yōu)選地，根據(jù)進一步的細(xì)化方案，當(dāng)?shù)谝浑娏髀窂胶偷诙娏髀窂綌嚅_時，用于接合目的的接合電流經(jīng)過功能元件、第一輔助元件和至少一個夾層片材的外片材流到第二電極。通過這種方式，原則上，能夠排除經(jīng)由第二電流路徑的分流。其次，還可以設(shè)想的是，通過在外片材接觸時增大第二電流路徑中的電阻，考慮到經(jīng)由相接觸的兩個外片材的電流路徑，第一電極與第二電極之間的電阻處于如此低的水平以至于不再經(jīng)由第二電流路徑流動顯著的電流。在該情況下，例如，可以省去用于閉合和斷開第二電流路徑的器件。
[0009]根據(jù)該方法的進一步的細(xì)化方案，至少一個第二輔助元件定位在至少一個夾層片材的與功能元件和第一輔助元件相對的另一側(cè)，優(yōu)選地位于第二容器中，其中，在功能元件和第一輔助元件與夾層片材接合過程中，接合電流主要經(jīng)過第二輔助元件流到第二電極。通過以例如片狀片材的形式提供的第二輔助元件，首先，如果第二輔助元件同樣接合到夾層片材上，則存在進一步提高焊接的功能元件的穩(wěn)定性的可能。此外，第二輔助元件能夠在接合過程中有助于將夾層片材穩(wěn)定在接合功能元件的區(qū)域中。
[0010]根據(jù)該方法的進一步的細(xì)化方案，第一和/或第二輔助元件提供與夾層片材的至少部分片狀接觸，其中，在與夾層片材接合過程中，使用第一和/或第二輔助元件來擠出至少一個夾層片材的外片材之間的塑料層。首先，通過第一和/或第二輔助元件的片狀接觸，能夠確保夾層片材在待接合區(qū)域中的緩慢加熱，其次，通過片狀接觸，存在確保焊接后功能元件具有較大力吸收能力的可能。片狀接觸在此應(yīng)理解為表示具有比純粹的功能元件的接觸表面大的接觸表面的接觸表面，優(yōu)選地為比夾層片材至少大四倍的可能接觸表面。
[0011]根據(jù)該方法的另外的實施例，第一和/或第二輔助元件具有朝著夾層片材的方向突出的至少一個焊接突起，其中，接合電流經(jīng)由存在于第一和/或第二輔助元件中的焊接突起被引入夾層片材，使得第一和/或第二輔助元件至少經(jīng)由至少一個焊接突起與夾層片材接合。借助于突出的焊接突起，存在提高電流密度的可能，并因此在突出的焊接突起處局部強化加熱，使得與焊接突起開始接觸的夾層片材的材料將首先軟化。
[0012]優(yōu)選地，以一個在另一個上方的方式布置的至少兩個夾層片材與功能元件以及與第一輔助元件接合。通過在接合位置處所涉及到的共四個外片材，能夠再次提高相應(yīng)布置的功能元件的力吸收能力。同時，存在經(jīng)由功能元件將兩個夾層片材相互連接的可能。
[0013]根據(jù)該方法的另外的細(xì)化方案，第二輔助元件被設(shè)計為犧牲元件且在功能元件和第一輔助元件與至少一個夾層片材接合過程中不以一體結(jié)合方式連接到夾層片材。犧牲元件僅針對功能元件與輔助元件以及與夾層片材的接合起到改善接合條件的作用，例如，通過支撐對應(yīng)的焊接位置或者通過夾層片材的片狀加熱，而本身不變成夾層片材的一部分或者所連接的功能元件的一部分。
[0014]根據(jù)另外的實施例，第二輔助元件與第一輔助元件相對地位于第二容器中，其中，至少當(dāng)?shù)谝浑娏髀窂綌嚅_時，第二容器形成第二電流路徑的部件，并且當(dāng)?shù)诙娏髀窂介]合時，在功能元件和第一輔助元件與夾層片材實際接合之前，預(yù)熱電流在第二電流路徑中經(jīng)由容器經(jīng)過輔助元件流到第二電極。通過使用用于定位第二輔助元件的第二容器，顯著利于輔助元件的定位及輔助元件的接觸連接以構(gòu)成第二電流路徑的部件的進一步的簡化。經(jīng)由流經(jīng)第二電流路徑的預(yù)熱電流，能夠經(jīng)由第二輔助元件以受控方式加熱夾層片材的待接合區(qū)域，例如，還是經(jīng)由第二容器，能夠以如下方式將力施加在第二輔助元件上:第二輔助元件將夾層片材的外片材擠壓在一起且擠出位于外片材之間的塑料層。
[0015]關(guān)于這方面，還有益的是，根據(jù)該方法的進一步的細(xì)化方案，將第一容器和第二容器分配給接合裝置，所述接合裝置將兩個容器同時定位在接合操作之前的接合位置，其中，在接合操作期間力經(jīng)由接合裝置也施加到夾層片材上，從而擠出外層之間的在功能元件的待接合區(qū)域中的塑料層。例如，第一容器和第二容器可以是焊接夾鉗的一部分，所述焊接