[发明专利]用于摩擦焊接至平部件的紧固元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧固元件，其前端面具有同心的圆环，用于通过作用在紧固元件上的旋转力和作用于平部件的压力摩擦焊接至所述平部件。

背景技术

这样的紧固元件公开在DE 19927369A1的图g中，其中所述紧固元件是具有凸缘的柱螺栓，凸缘设置在柱螺栓的端部处，所述凸缘在其背离柱螺栓的一侧上具有同心圆环。圆环的摩擦面是平的，这导致在柱螺栓上形成环状的平摩擦面，所述摩擦面能够通过摩擦焊接以相当大的横截面连接至平部件。确定的是，在通过紧固元件的转动和对部件的压靠来进行的摩擦焊接操作中，已知的具有相当大摩擦表面的柱螺栓允许产生用于局部熔化接触表面所需的热量。但是，其具有这样的缺点：在转动紧固元件并压靠部件的过程中，产生径向剪应力，其结果是除了转动，柱螺栓还有规律地发生变形，这种变形对于摩擦焊接操作造成相当大的不稳定性。

此外，US-PS 4,850,772公开了一种通过摩擦焊接安装至部件的柱螺栓，所述柱螺栓的前端面形成通过摩擦焊接连接至各个部件的表面。柱螺栓具有与前端面间隔开的凸缘，所述凸缘被设计成传递旋转力和挤压力，使得其背离柱螺栓前端面的一侧略微成锥形，并且设置有连续的凹槽，凹槽的脊径向定位。这样定位的凹槽一起形成前述的锥形，并用于被对应形状的卡具接收，然后所述卡具经由凹槽施加旋转力并经由凸缘的径向延伸段施加挤压力，并经由柱螺栓的螺杆传递所述力至前端面，以由此用于摩擦焊接。在成为柱螺栓基础的摩擦焊接过程中，因为需要施加相当大的旋转力和挤压力，所以，上述凸缘表面的凹槽设计可能会意味着各个凹槽的斜度对于摩擦焊接装置使用的卡具造成，主要在轴向上被有规律地强迫远离凸缘的趋势(这可能导致摇晃运动)，这对摩擦焊接操作是有害的。

发明内容

本发明的目的是设计前述的紧固元件，使得根据均匀的定向，其具有在旋转中使其自动定心的趋势。本发明的目的是这样实现的：在其最高的区域中，所述圆环具有关于所述部件的同心接触线，并且所述圆环是凸缘的一部分，其中，所述凸缘包括同心圆环和位于所述圆环外侧的同心槽，所述同心槽具有用于将摩擦焊接操作中产生的磨蚀材料排出的外壁，所述圆环具有用于接收所述磨蚀材料的中心凹口，其中，在背离所述圆环的一侧，所述凸缘形成用于在所述部件上施加所述挤压力的配合表面，在所述凸缘的外表面上形成用于所述旋转力的驱动件。

由于具有同心接触线的环形突起的这种设计，当紧固元件旋转并压靠平部件时，在接触线之后立即在部件中形成压痕线，所述压痕线随着摩擦焊接操作的进行而变深，并且因此在摩擦焊接操作中自动引导紧固元件的自定心。在处理中，围绕圆环的同心槽的外壁和中心凹口确保了摩擦焊接中产生的磨蚀材料(更具体而言是熔化残余物和灰尘颗粒)被排出或接纳，所述磨蚀材料由此被自动从实际的摩擦焊接区域去除，并且因此不能干扰摩擦焊接操作。因为圆环一体形成到凸缘中，所以凸缘有利地能够进行多个功能，即旋转力和挤压力的传递，这允许对根据本发明的紧固元件进行相应的紧凑设计。凸缘能够吸收需要的挤压力，该挤压力在摩擦焊接中必须作用并且从旋转的紧固元件传递到部件上的摩擦焊接区域中。凸缘同时用作驱动件，特别是在凸缘为六边形形式时，这对于通过相应工具的旋转卡具来驱动紧固元件是有利的，其中，凸缘的背离圆环的侧面形成摩擦焊接装置的卡具所用的配合表面，其中，如前所述，所述卡具传递施加在所述凸缘上的挤压力至焊接位置。

有利地，所述圆环可以具有凸出的横截面。由于此设计，当圆环接触部件时，导致同心的窄接触线，这在摩擦焊接操作中自动地导致紧固元件的前述定心。就此而言，凸出的设计还在紧固元件没有以直角精确地定位在部件上的情况下具有补偿效果。

但是，可替换地，圆环的其它横截面设计也是可以的，例如，使得圆环在横截面上由凸起的同心圆锥形表面来形成边界，所述锥形表面向外终止于所述圆环的外边缘处的接触线。在这种情况下，同心接触线布置为尽可能远离圆环的外边缘，这进一步增强了接触线的定心效果。

紧固元件可以适当地是例如柱螺栓或螺帽的形式。

当紧固元件是螺帽形式时，有利地，紧固元件可以设计成接地接触件的形式，其中，一侧是具有用于摩擦焊接操作的同心圆环的焊接侧的形式，其另一侧是用于导体的电接触的接触形成侧的形式，使得所述接触形成侧具有与螺帽主体同心的突起，所述突起的前端面形成所述接触形成表面，所述突起的圆形外边缘被预先安装的螺钉的头部压盖并密封。

对于摩擦焊接螺帽的安装和摩擦焊接，所述螺帽设置有同心圆环，在摩擦焊接操作中，同心圆环导致关于各个部件的同心接触线，在摩擦焊接螺帽的旋转过程中，这导致同时经受挤压力的螺帽的自定心。