CN102416553B - 用于制造环形元件或板形元件的方法 - Google Patents

用于制造环形元件或板形元件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造环形元件或板形元件的方法，所述环形元件或板形元件特别是用于金属?固定材料?穿引件，所述金属?固定材料?穿引件特别是用于承受高压力的装置，所述装置优选为安全气囊或安全带张紧器的点火器，所述环形元件或板形元件具有贯通开口，其中，提供特别是由金属线状材料制成的坯件(1000)，并且所述坯件(1000)以如下方式经受加工，即：将贯通开口(1070)通过冲裁加工到由坯件(1000)经改型而成的环形元件或板形元件(1010)中。根据本发明的环形元件或板形元件能够以比现有技术中更少的材料废料地、特别是也能以冷改型方法来制造。

Description

用于制造环形元件或板形元件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造环形元件或板形元件的方法，所述环形元件或板形元件特别是用于金属-固定材料-穿引件，所述金属-固定材料-穿引件特别是用于承受高压力的装置，所述装置优选为安全气囊或安全带张紧器的点火器；以及本发明涉及一种用于制造金属-固定材料-穿引件的方法。
背景技术
金属-固定材料-穿引件在出自现有技术的不同实施方案中是预先公知的。金属-固定材料-穿引件指的是固定材料在金属中真空密封的熔铸件，固定材料特别是由玻璃、玻璃陶瓷或者塑料制成。在此，金属作为电导体起作用。在此，具有代表性地对US-A-5,345,872、US-A-3,274,937加以参引。这种类型的穿引件在电子学中以及在电子技术中广泛推广。用于熔化的材料-特别是玻璃在此情况下用作绝缘体。典型的金属-固定材料-穿引件以如下方式构造，即，将金属的内置导体熔化置入到预成型的烧结玻璃部分中，其中，烧结玻璃部分或玻璃管熔化置入到具有由环形元件或板形元件构成的所谓基体的外置金属部分中。例如点火装置适用为这样的金属-固定材料-穿引件的优选应用。这样的点火装置首要地还在机动车中被用作安全气囊和安全带张紧器。在这种情况下，金属-固定材料-穿引件是点火装置的组成部件。整个点火装置除了金属-固定材料-穿引件，还包含点火桥形件、点火剂以及密封地围绕点火机构的金属盖件。一个或者两个或者多于两个的金属销可以引导穿过所述穿引件。在带有金属销的特别优选的实施方式中，壳体接地(Masse)，在优选的分两极的实施方案中，壳体置于销上。
由US2006/0222881A1、US2004/0216631、EP-A-1455160、US2007/0187934A1以及US-A-1813906中公知的是，金属-固定材料-穿引件特别用于安全气囊或者安全带张紧器的点火器，该金属-固定材料-穿引件的特征在于：用于金属销的贯通开口被从基体上冲裁出来。在制造基体时，根据US2007/0187934A1，从厚度在1mm至5mm之间、优选在1.5mm至3.5mm之间、特别是在1.8mm至3.0mm之间、相当优选在2.0mm至2.6mm之间的范围内的带状材料上，开口借助冲裁工艺来穿透基体D的整个厚度。
固定材料中的金属销穿过基体的处于上述范围内的整个厚度D，被装入冲裁到基体中的进入开口内。
此外，根据US2007/0187934A1在具有多于一个的销的穿引件中贯通开口偏心地布置。
根据US2007/0187934A1从板材上冲裁出来具有大量缺点。一个缺点在于：从完整材料上进行冲裁时，例如从基体的板材上进行冲裁时，产生很大份额的材料废料。
特别是在具有两个金属销和偏心布置的贯通开口的金属-固定材料-穿引件中，产生以下问题：偏心的贯通开口导致玻璃铸入部薄弱化。
发明内容
由此，本发明的任务在于，避免前述的依照现有技术的缺点，并且特别是给出一种用于制造金属-固定材料-穿引件所用的、呈环形元件或板形元件形式的基体的方法，所述基体能够以比现有技术中更少的材料废料地、特别是也能以冷改型方法来制造。
根据本发明，所述任务通过如下的用于制造板形元件的方法得以解决，所述板形元件构成特别是用于金属-固定材料-穿引件的基体，在所述方法中，提供特别是由金属线状材料制成的坯件，并且坯件经受如下的加工，即，将贯通开口通过冲裁加工到由坯件经改型而成的环形元件或板形元件中。
特别优选的是，对坯件的加工包括：加工出露置区和改型-特别是冷改型。所述方法的加工步骤能够依照不同的顺序来执行。
一种可能的次序包括如下的方法步骤，但本发明不限于此：
-提供特别是由线形材料制成的坯件。
-坯件特别是通过镦锻而被冷改型，其中，相对的几何尺寸被改变，获得了具有基本上呈圆形外轮廓的板形元件。
-将露置区加工到板形元件中。
-在将露置区加工到板形元件中后，该露置区使得板形元件在有待制造的贯通开口的区域内具有与板形元件的厚度(特别是基体的厚度)相比更小的厚度，通过在贯通开口的区域内减小的厚度借助冲裁工艺来产生贯通开口。
在本方法的第一构造方案中，露置区例如能通过以下方式被加工到坯件中或者环形元件或板形元件或者说基体中，即，将坯件或者环形元件或板形元件压向冲头。在冲头的区域内，材料绕流坯件或者优选为具有1至5重量％铜的铜份额的钢的环形元件或板形元件，基于压力而绕流冲头。按照这种类型和方式，可以通过冲头将露置孔或者说露置区加工到坯件中或者加工到环形元件或板形元件中。可替代地可行的是：不将坯件或者环形元件或板形元件压向冲头，而是将冲头压向坯件或者环形元件或板形元件的一侧。这使得：基于压力，在与被施加压力的侧相对置侧上的板形体材料被压出。这一工艺的结果还是制造出露置区或者说露置孔。
在加工出露置区后，在露置区或者说露置孔的区域内引入冲裁工具，并且通过冲裁产生贯通开口。优选的是，环形元件或板形元件的厚度在有待冲裁的贯通开口的区域内减小，优选地，减少至1.5mm至4.5mm。
特别优选的是，借助冲裁工具冲裁出呈锥形缩窄的贯通开口。
所示方法的优点在于：应用于金属-固定材料-穿引件中的环形元件或板形元件的制造在所有不同的方法步骤中，基本上在相同的时间区间内来进行。这意味着，冷改型的步骤、加工出露置开口或者说露置区的步骤以及将贯通开口冲裁到环形元件或板形元件中的步骤基本上要求同样的时间。按照这种方式可行的是：从金属线状材料开始，用基本上相同的工作周期在不同的工作站-即用于冷改型的工作站、加工出露置开口的工作站以及冲裁工作站处，制造出具有贯通开口的环形元件或板形元件。如果需要像例如现有技术中那样在经切削或冷改型的环形元件或板形元件中，孔不是通过冲裁工艺加工出来，而是借助钻孔工艺加工出来的话，钻孔步骤就比冷改型需要更长的时间，由此，环形元件或板形元件的制造与使用根据本发明的方法相比，至少需要双倍的时间。
如事先所说明地，优选的是，板形元件由具有处于1重量％至5重量％的范围内，特别处在2.0重量％至4重量％之间铜份额的钢、特别是不锈钢制成。这样的材料实现的是：环形元件或板形元件或者说基体可以例如通过冷改型例如由金属线材料制造。在此情况下，首先从具有上面说明的铜份额的钢质线材上切下一块。在下一步骤中，这块钢质线材通过镦锻被加工成板形元件所需的形状。这只有在材料具有通过所说明的铜份额而实现的一定弹性时，才是可行的。通过所述的冷改型，材料被非常好地压实或者说固化。
但所述材料必须不仅能通过冷改型加工，而且在用作例如安全气囊点火器的情况下还必须具备足够的刚度，以便在用于点火器中的应用中，机械地作用到固定材料上的从1750N至3000N的挤压力在不发生变型的情况下得以接受。此外，材料还必须保障可靠的可激光焊接性。
令人惊讶地发现：钢-特别是不锈钢，具有1重量％至5重量％的铜份额，将两种对立的特性统一，两种特性即一方面是用于冷改型方法的足够弹性，以及另一方面是足够的强度或者说弯曲刚度，以便在负载下抵抗高拉力或者高挤压力，所述负载诸如可能在点火器中在金属-固定材料-穿引件中出现。
对于金属-固定材料-穿引件而言表明特征的上述挤压力指的是如下的力，所述力必须被用于来将引入金属-固定材料-穿引件的贯通开口内的固定材料从穿引件中挤出。挤压力的大小可以要么以流体静力的方式确定，要么以机械的方式确定。如果机械地确定挤压力，则固定材料的面被以冲头加载，其中，冲头的挤压到固定材料的面比固定材料的面小。
对此可替代地，能以流体静力的方式地测量挤压力。在流体静力式测量的情况下，固定材料被以流体静力的压力，例如水压力来加载并且加以测量，在这种情况中，流体静力的压力将固定材料从贯通开口中排出。
除了根据本发明的用于制造环形元件或板形元件的方法，本发明还提供了用于制造具有这样的用作基体的环形元件或板形元件的金属-固定材料-穿引件的方法，其中，金属-固定材料-穿引件的金属销借助固定材料被玻璃式包铸(einglasen)到环形元件或板形元件的贯通开口中。
首先，利用根据本发明的方法来制造环形元件或板形元件。接下来，将金属销熔化置入固定材料中，所述固定材料可以例如是玻璃塞。然后，将玻璃塞连同金属销一起引入贯通开口，以及将玻璃和金属环(在这里为环形元件或板形元件)加热，从而在冷却后金属收缩到固定材料上，固定材料在这里为玻璃塞。
优选地说明一种用来制造其中设置有两个金属销的金属-固定材料-穿引件的方法。因为板形元件的贯通开口根据本发明基本上布置在中心，所以两个金属销弯曲地实施。金属销之一绝缘地引导穿过玻璃塞中的贯通开口，而另外那个金属销优选构造为接地销(Massestift)并且与基体导电地连接，例如通过硬钎焊来连接。
根据本发明制造的金属-固定材料-穿引件优选地应用在任意实施方案的点火装置中。例如，这样的点火装置可以被设置用于烟火技术的保护装置，特别是用于安全气囊或者安全带张紧器。这样的烟火技术的保护装置包括：根据本发明制造的金属-固定材料-穿引件；以及与该金属-固定材料-穿引件的基体相连接的帽(Kappe)，其中，在金属-固定材料-穿引件与帽之间包入***料(Treibladung)。具有根据本发明构成的金属-固定材料-穿引件的点火装置可安装在气体发生器中，气体发生器例如是热气体发生器、冷气体发生器、混合发生器。如上所提及地，优选的应用领域有：烟火技术的保护***所用的装置-例如安全气囊和安全带张紧器。
附图说明
下面，对根据本发明的解决方案结合附图加以阐述，而又不受限制于该附图。其中，分别如下所述地：
图1a-1c示出用于制造根据本发明的环形元件或板形元件的方法；
图2a-2c示出根据本发明的环形元件或板形元件；
图3a-3c示出根据本发明的金属-固定材料-穿引件；
图4a-4b示出根据现有技术以及根据本发明的环形体或板形体在冶金磨片中分相线(Phasenlinien)的比较。
具体实施方式
在图1a中示出制造方法的不同的站。在第一站中，从金属线状材料1000上分离或者说切下坯件1010。在第二步中，亦即在第二站处(所切下的坯件被在制造过程中被传送给第二站)，坯件1010通过镦锻而被冷改型，直到外部尺寸相应于有待加工的环形元件或板形元件必须具有的外部尺寸。在此情况下，相对的几何尺寸发生变化，在这里，坯件通过镦锻变得更宽。在跟着的第三站处，经冷改型的板形元件1020被以压力1030朝向冲头1040挤压。环形元件或板形元件的材料基于将环形元件或板形元件向冲头挤压的压力而围绕冲头。由此，冲头区域内的材料被从板形元件上移除，并且在第四站处示出的板形元件留有露置开口或者说露置区1050。前述方法步骤的顺序的说明仅为示例性的。也可以首先将露置开口加工到坯件中，然后紧接着执行改型。
在环形元件或板形元件的区域1060内，板形元件的厚度D由于露置孔而大大地减小，即，减小至厚度DR。在此，环形元件或板形元件的厚度减少了20％至60％，特别地减小了30％至50％之间。这时，在第五方法步骤中将冲裁工具1060引入露置开口，并且通过冲裁步骤穿透具有减小厚度的环形元件或板形元件，穿出圆锥形贯通开口1070。基本上，带有露置开口和贯通开口的环形元件或板形元件如在第五站中那样示出。根据本发明的方法的特征在于，对于每个所给出的站而言，也就是说，对于从金属线状基本材料中切出、改型、加工出露置开口或者说露置区以及从具有减少厚度的板形元件中冲裁出贯通开口而言，基本上有相同的加工步骤周期时间。由此可行的是：使根据本发明的方法高度自动化。
在图1b和1c中示出两个原则上可行的方法，用以加工出露置区或者说露置孔。在图1b中，如在图1a中的第三步骤那样，将环形元件或板形元件1020朝向冲头1040挤压，从而使材料绕流冲头，并且由此产生露置开口。可替代地，如在图1c中所示也是可行的：不是板形基体1020朝向冲头1040挤压，而是反过来地，冲头1040朝向环形基体或板形基体1020挤压。然后，基于施加在环形体或板形体的与冲头相对置的侧上的压力，将材料传送出来。结果是又产生带有露置区或者说露置孔的环形元件或板形元件。
在图2a-2c中示出根据本发明的方法制造的环形构造件或板形构造件或者说元件，该环形构造件或板形构造件或者说元件基本上用作金属-固定材料-穿引件的基体。环形元件或板形元件1如图2b在俯视图中所示地，基本上具有圆形的外部轮廓3。板形体1优选地通过冷改型工艺，如图1a所示地例如由线材制成。在此情况下，首先从线材上切下一块，并且紧接着将这块线材通过冷改型方法，特别是通过镦锻加工成如图2b中以俯视图从背侧14所示的圆形形状。图2c示出从背侧14的透视图。
紧接着，例如通过冲头将同样被称为露置孔的露置区5加工到冷改型的部件1中。
露置孔的高度或者说厚度为HF，该露置孔如图2b的俯视图示出地那样，同样也是基本圆圈形的。
通过冷改型获得的整个环形元件或板形元件的厚度为D。材料也在如下区域内变薄弱，在所述区域内，所述贯通开口基本上相对于板形体的旋转轴线R居中地加工出来，从而在环形元件或板形元件1中贯通开口10必须穿透的完整材料仅为DR。板形元件的厚度D优选地在3.5mm至6mm之间变动，并且有待冲裁的区域的厚度DR在1.5mm和3mm之间变动。如果将板形元件1用在金属-固定材料-穿引件中，则将处在固定材料中(例如处在玻璃塞中)的金属销引入贯通开口10中。玻璃塞贴靠在贯通开口的壁上。为了即便在高强度挤压下也避免玻璃式包铸到玻璃塞中的金属销被从贯通开口10中挤压出来，可以设置有机构，以便防止从环形元件或板形元件1的正面12朝向到背侧14发生相对运动。在上述的实施例中，这一点以下方式实现，即，贯通开口至少在区域20之上呈圆锥形地缩窄。
在图3a至3c中示出根据图2a-2c的板形元件根据本发明在金属-固定材料-穿引件中的应用方案，金属-固定材料-穿引件特别用于安全气囊点火器、安全带张紧器中。在此情况下，图3a示出根据图2a的剖面，图3b示出根据图2b的俯视图，并且图3c示出根据图2c的透视图。
与图2a至2c中相同的构件被以同样的附图标记标示。
可以清楚看出的是厚度为D的环形元件或板形元件1。此外，可看出的是例如借助冲头从经冷改型的板形元件1中挤压出的露置孔5。在冲头上方可看出：从厚度为DR的剩余材料中冲裁出的贯通开口10具有呈圆锥形走向20。
环形元件或板形元件用作共带有两个金属销50、52的金属-固定材料-穿引件所用的基础。在固定材料60(这里为玻璃材料，也可以为玻璃陶瓷材料或者陶瓷材料)中的金属销50相对于环形基体或板形基体1绝缘地从正面到背侧引导贯穿，而第二金属销52用作接地销。此外，第二金属销52直接与环形体或板形体1连接。金属销50还有金属销52均弯曲地实施。两个金属销的弯曲部被以54或56标示并且能清楚辨识。
此外，金属销50自身还在金属销50上设有机构62，所述机构62嵌入玻璃塞中，并且于是即使在高强度地挤压下，也能防止金属销被从对其加以玻璃式包铸的玻璃塞60中挤压出。
通过熔化置入来将金属销50玻璃式包铸到固定材料10中。一旦金属销熔入固定材料中，就将玻璃塞与金属销一起引入到贯通开口10中。接下来，所述玻璃塞连同环形元件或板形元件(也就是基体)一起加热，从而在冷却后，环形元件或板形元件的金属收缩到固定材料(在这里为玻璃材料)上，正如已之前在玻璃塞的制造方案中金属销被引入到玻璃塞内那样。用作接地部的金属销52与环形元件或板形元件导电地相连接，例如通过硬钎焊进行连接。钎焊部位被以70标示。
图3b示出根据本发明的金属-固定材料-穿引件的俯视图。在俯视图中可清楚地辨识：处在环形元件或板形元件1中的中心穿引部10。此外还能清楚地辨识到弯曲的金属销50或者52。特别在金属销50中可以清楚地辨识，金属销在其端部72处相对于板形基体的中心R发生错位，即发生弯曲。这个也适用于金属销52。弯曲的销同样在图3c中的视图中很好地看出。图3c中整个金属-固定材料-穿引件的视图特别地同样示出：接地销的钎焊区70；以及在环形基体或板形基体中的露置孔或者说露置区5。对于根据本发明的以板形元件(具有露置孔或者说露置区的)作为基体的金属-固定材料-穿引件而言，表明特征的是：金属销进入基体中的玻璃式包铸部20只在部分区域上，即只在贯通开口的为DR的厚度上进行，并且不是在基体的整个厚度D上实现。
在图4a中示出根据本发明的改型或冲裁方法制造的环形元件或板形元件1(如图2a中所示)进行的冶金磨片。
与图2a中相同的构件被以同样的附图标记标示。
如从依照图4a的冶金磨片所得出地，由根据本发明的方法制造的环形元件或板形元件1通过结构线/流动线1500来标示特征，所述结构线/流动线1500在区域1600内由于改型工艺而已发生曲折(beugen)。
相对照地，图4b示出根据常规方法借助切削来制造的构件100，所述构件100特别是指车削件。又绘出了结构线/流动线2000。结构线/流动线2000基本上是平行的，并且表现为朝向与如下的杆材料相同的方向，环形构件或板形构件100中根据现有技术如图4b中所示地由所述杆材料制成。贯通开口110从构件100中钻出。
凭借本发明首次给出一种方法，凭借所述方法按照简单的类型和方式来制造板形元件，并且出众之处在于与根据现有技术的金属-固定材料-穿引件的相容性，由此，装设到传统的点火器或者安全气囊上是可行的。

Claims (11)

1.用于制造环形元件或板形元件的方法，所述环形元件或板形元件用于金属-固定材料-穿引件，所述金属-固定材料-穿引件用于承受高压力的装置，其中，该方法包括如下步骤：
-提供坯件(1000)，并且所述坯件(1000)由金属线状材料制成；
-加工所述坯件(1000)，其相对的几何尺寸被改变，从而获得了具有基本上呈圆形外轮廓的板形元件；
-将露置区加工到板形元件中；
-在露置区中使板形元件的厚度D减小，
在露置区中冲裁出用于金属销的贯通开口，产生最终的环形元件或板形元件，
其中所述最终的环形元件或板形元件基本上具有圆形或者圆圈形的外形并且具有对中布置的贯通开口。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于，
对所述坯件(1000)的加工包括冷改型。
3.按权利要求2所述的方法，
其特征在于，
所述冷改型包括镦锻。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
为了加工出所述露置区(1050)，将板形元件(1010)压向冲头(1040)，并且所述板形元件(1010)的材料绕流所述冲头。
5.按权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
为了加工出所述露置区，将冲头(1040)压向所述板形元件(1010)的一侧，并且所述板形元件的材料在所述板形元件的相对置的侧上被挤出来。
6.按权利要求1至3之一所述的方法，
其特征在于，
在加工出所述露置区(1050)后，将冲裁工具(1060)引入所述露置区内，以便冲裁出所述贯通开口(1070)。
7.按权利要求6所述的方法，
其特征在于，
借助所述冲裁工具(1060)冲裁出基本上呈圆锥形的贯通开口。
8.按权利要求7所述的方法，
其特征在于，
基本上在相同的时间范围内进行对由所述坯件(1000)制成的所述板形元件(1010)进行冷改型、加工出所述露置区(1050)以及将所述贯通开口(1070)冲裁到所述板形元件中。
9.根据权利要求1-3之一所述的方法，
其特征在于，
所述环形或板形元件具有厚度D，并且所述厚度D被减小到厚度DR，所述厚度D在3.5mm至6mm之间变动，而所述厚度DR在1.5mm和3mm之间变动。
10.根据权利要求1-3之一所述的方法，
其特征在于，所述方法包括：
-冷改型的步骤；
-引入露置区的步骤；
-将贯通开口冲裁到所述板形元件的步骤；
其中，上述所有步骤基本上在相同的时间区间内进行。
11.用于制造金属-固定材料-穿引件的方法，包括以下步骤：
-按权利要求1至8之一所述的方法制造环形或板形元件；
-制造固定材料(60)，所述固定材料(60)包括至少一个装入所述固定材料(60)中的金属销；
-将连带有金属销(50)的所述固定材料(60)***所述环形或板形元件(1、1010)的所述贯通开口(10、1070)内；
-使所述环形或板形元件(1、1010)和固定材料(60)软化，以及紧接着进行冷却，从而在固定材料与所述环形或板形元件的材料之间构建力配合的连接。
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