CN107000108A - 用于电阻焊接夹心板的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种夹心板与至少一个另外金属构件电阻焊接的方法，夹心板具有两个金属覆盖层和一个设置在金属覆盖层之间的热塑性塑料层，夹心板要焊接区域如此加热，即热塑性塑料层软化并且通过挤压覆盖层排挤出焊接区域并且覆盖层与另外构件通过在通过夹心板一侧上设置的第一焊接电极和另外金属部件一侧上设置的第二焊接电极的第一回路中的电流彼此焊接。任务在于一种能够实现短周期的、结构紧密和工艺可靠的焊接连接的用于电阻焊接夹心板的方法，如此实现，夹心板要焊接区域通过在第二回路中的电流加热，第二回路包含第一焊接电极和在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线。此外本发明涉及一种电阻焊接的装置。

Description

用于电阻焊接夹心板的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于将夹心板与至少一个另外的金属的构件电阻焊接的方法，其中夹心板具有两个金属的覆盖层和一个设置在金属的覆盖层之间的热塑性的塑料层，其中夹心板的要焊接的区域如此加热，即热塑性的塑料层软化并且通过覆盖层的挤压排挤出焊接区域并且覆盖层与另外的构件通过在第一回路中的电流彼此焊接，第一回路通过在夹心板的一侧上设置的第一焊接电极和在另外的金属的部件的一侧上设置的第二焊接电极。此外本发明涉及一种用于将具有在金属的覆盖层之间设置的热塑性的塑料层的夹心板和至少一个另外的金属的构件电阻焊接的装置，具有能够在夹心板的一侧上设置的第一焊接电极和能够在另外的金属的构件的一侧上设置的第二焊接电极，具有用于提供第一回路的、引导焊接电流至少通过第一和第二焊接电极的装置，并且具有用于将夹心板的塑料层排挤出夹心板的要焊接的区域的装置。

背景技术

在汽车领域中对轻量化设计的需求的不断增加推动在两个金属的薄的覆盖层之间具有热塑性的塑料层的夹心板的使用，在此背景下通过夹心板的使用进一步扩大在汽车领域中的重量节省的潜力。夹心板能够提供各种通常互相排斥的特性，其开放了新的重量节省的潜力。如此由于塑料层夹心板具有比实心板明显更小的重量并且同时提供高的强度值。此外夹心板是隔音的并且提供高的刚性。然而夹心板的劣势在于，夹心板包含电子绝缘的塑料层，其在熔化焊接操作中导致涉及到无瑕疵的焊接连接的困难。由于夹心板对于焊接缺乏适应性，例如与另外的金属的构件的电阻焊接或电阻点焊接，夹心板因此通常粘贴或机械地彼此连接。

由德国的公开专利文献DE102011109708A1已知一种用于将夹心板与另外的金属的构件连接的方法，其中中间层在连接区域中熔化并且排挤出连接区域，从而随后能够通过在构件和夹心板的覆盖层之间形成电接触产生焊接连接。设置为，连接区域的加热通过可调温的电极或挤压元件实施。为此焊接电极或挤压元件例如设置有加热元件。焊接电极的结构由此相对复杂。此外热塑性的塑料层的加热的速度能够进一步增加，从而能够实现更短的周期。

此外由美国专利文献US4650951已知一种用于电阻焊接两种复合板的方法，其使用两个焊接电极，在真正的焊接开始之前，电极加热并且由此加热和排挤处于覆盖层之间的塑料层。

此外还由公开的德国专利申请DE102013108563已知一种方法，其中使用两个回路，用于将夹心板与另外的金属的构件通过电阻焊接连接。然而在这个方法中需要在另外的金属的构件处连接的电桥，从而制造第二回路。此外事实证明，焊接电极的使用寿命需要改进。

发明内容

由此出发本发明的任务在于，提供一种用于电阻焊接夹心板的方法以及相应的装置，借助方法或装置能够实现短的周期、紧凑的结构和工艺可靠的焊接连接。

上述任务根据本发明的第一教导在这种方法中实现，夹心板的要焊接的区域通过在第二回路中的电流加热，第二电路包含第一焊接电极和在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线。

事实证明，在使用包含第一焊接电极和在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线的第二回路的情况下，能够以简单的方式实现伴随紧凑结构的焊接区域的加热。那么在要焊接的构件处不需要附加的电桥的情况下，电导线能够例如由于高的电子阻抗实施夹心板的加热。在这种情况下通过在第一焊接电极和在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线之间的接触电阻和/或通过在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线的电阻产生热。在这种情况下通过第二回路的设置实现短的周期，从而能够经济地实施该方法。此外通过在第一焊接电极和夹心板之间设置的导线保护第一焊接电极并且能够提高使用寿命。最终电导线还能够在焊接过程中保持在第一焊接电极和夹心板之间并且积极地影响焊接过程。

在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线能够具有例如大于焊接电极的、夹心板的覆盖层的和/或另外的金属的构件的电阻的特定电阻。

依据根据本发明的方法的第一设计方案，使用导线带作为在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线。导线带或接触带能够简单地围绕第一焊接电极或包围第一焊接电极，从而与要焊接的夹心板接触的焊接电极的接触区域通过导线带覆盖。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，导线带通过带子导向***设置在第一焊接电极和夹心板之间。导线带能够通过带子导向***尤其紧密和可靠地设置在第一焊接电极和夹心板之间。此外带子导向***能够如此形成，导线带能够相对于第一焊接电极移动从而进行更新。由此实现导线带在第一焊接电极和夹心板之间的不同的位置，从而抵消在第一焊接电极和夹心板之间区域中的导线带的特性的改变。如果焊接电极例如通过焊钳提供，那么带子导向***能够例如集合在焊钳中。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线与第一焊接电极和/或夹心板直接接触。从而能够很好地控制在第一或第二回路中的电阻和加热并且提供工艺可靠的方法。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，用于焊接的电流在通过第一焊接电极、在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线、夹心板、另外的金属的构件和与另外的金属的构件处于连接的第二焊接电极的第一回路中实现。在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线在焊接中不需要再次移除。更确切地说电导线能够保持在第一焊接电极和夹心板之间。由此一方面能够提供具有尤其短的周期的简单的方法。此外第一焊接电极通过电导线的覆盖得到保护，从而能够实现长的使用寿命。最终在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线能够如此选择，能够积极地影响焊接过程，例如能够优化焊点核心的形成。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，用于加热的电流在通过第一焊接电极、在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线和支路导线的第二回路中实现。由此第二回路尤其不包含第二焊接电极、夹心板和/或另外的金属的构件。例如用于加热的电流在第二回路中相对于第一焊接电极如此实现，如同用于焊接的电流在第一回路中相对于第一焊接电极的实现。例如在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线直接与支路导线、例如与支路电流带连接。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，在夹心板的要焊接的区域通过在第二回路中的电流加热时，第一回路至少暂时地中断。优选在夹心板的要焊接的区域通过在第二回路中的电流加热时，第一回路全程中断。从而能够中断不希望的二级电流。例如能够中断在第二回路中的用于加热的电流流过第一回路，尤其是流过第二焊接电极。这点例如在实施多点焊接时是具有优势的。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，第一回路的中断通过第二焊接电极与另外的金属的构件的间隔或通过独立的开关实现。例如能够设置实现间隔的间隔垫片。间隔垫片能够在此情况下与另外的构件在电绝缘的接触范围中接触。如果设置开关，则开关能够是机械地或电子地形成。例如开关能够包含闸流管。如此第一回路的中断能够简单地并且工艺可靠地实现。中断能够例如通过焊接控制器控制，例如依赖于阈值或电阻阈值控制。例如当第一和第二焊接电极间的电阻降低时，能够例如使中断失效。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，夹心板的覆盖层通过第一焊接电极和在另外的金属的构件一侧上设置的间隔垫片挤压。例如间隔垫片同时允许第二焊接电极和另外的金属的构件的间隔以便第一回路的中断。例如间隔垫片是弹簧安装的。例如间隔垫片是焊钳的一部分。在此情况下弹簧刚性例如足够大，从而在第二焊接电极和另外的金属的构件不接触的情况下借助第一焊接电极实现覆盖层的挤压。在施加有足够大的力时，例如施加在焊接电极上的焊接力足够大时，间隔垫片释放在第二焊接电极和另外的金属的构件之间的接触。

可选择性地夹心板的覆盖层同样能够通过第一焊接电极和第二焊接电极挤压。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，调节在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线适合于要实施的电阻焊接。例如能够调节电导线的材料、材料质量、厚度和/或电阻。因此能够根据具体的焊接过程选择适合的电导线。例如如此选择电导线，在焊接中完成两个金属的覆盖层在另外的金属的构件处的连接。第一焊接电极通过电导线与夹心板接触，然而第二焊接电极不接触，由此产生有效的不对称的焊接电极的形成。例如在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线能够如此选择，优化焊点核心的形成，例如在夹心板的方向上移动，从而能够实现夹心板的金属的覆盖板的工艺可靠的连接。

依据根据本发明的方法的另一个设计方案，至少暂时地实施夹心板的电子特性的测量。如此能够例如在要焊接的区域中确定夹心板的金属的覆盖层的接触。例如在焊接区域的加热和夹心板的覆盖层的挤压期间实施测量。例如对包含夹心板的覆盖层之间的电阻进行电阻测量。例如测量第一和第二焊接电极之间的电阻。如果覆盖层具有金属的接触点，则电阻突然地下降，从而能够确定金属的接触点。

依据本发明的第二教导所述的任务通过这样的装置解决，设置第二回路，其中第二回路包含第一焊接电极和能够在第一电极和夹心板之间设置的电导线，从而能够通过在第二回路中的电流加热夹心板的要焊接的区域。

如此能够如先前实施地以简单的方式在具有紧密结构的情况下实现焊接区域的加热。在这种情况下能够通过第二回路实现短的周期。此外在电导线设置在第一焊接电极和夹心板之间时，能够实现第一焊接电极的保护和提高使用寿命。

关于装置的另外的有利的设计方案参照方法的实施例和优势的描述。

在这种情况下应该通过依照根据本发明方法的优选的实施例对发法步骤的描述还通过根据本发明装置的优选的实施例公开了用于实施方法步骤的相应的装置。同样地应该通过公开用于实施方法步骤的装置公开相应的方法步骤。

例如在根据本发明的装置的设计方案中设置带子导向***，借助带子导向***能够将导线带设置在第一焊接电极和夹心板之间。

优选能够在根据本发明的装置的设计方案中如此设置能够在第一焊接电极和夹心板之间设置的电导线，电导线能够直接接触第一焊接电极和/或夹心板。

优选在根据本发明的装置的另外的设计方案中为第一回路设置中断机构。例如第一回路的中断机构包含能够在另外的金属的构件上设置的用于实现第二焊接电极与另外的金属的构件之间的间隔的间隔垫片或包含独立的开关。

在根据本发明的装置的另外的设计方案中用于将夹心板的塑料层排挤出夹心板的要焊接的区域的装置有优势地包含第一焊接电极和间隔垫片，从而夹心板的覆盖层通过第一焊接电极和间隔垫片挤压。

优势在于，在根据本发明的装置的另外的设计方案中设置用于测量夹心板的电子特性的测量装置，例如用于测量电阻。

附图说明

接下来结合附图参照实施例对本发明进一步地阐述。附图示出了

图1电流用于加热期间的装置和方法的实施例的示意图；

图2图1所示的实施例在电流用于焊接期间的示意图；

图3电流用于加热期间的装置和方法的另一个实施例的示意图；

图4电流用于加热期间的装置和方法的另一个实施例的示意图；

图5图4所示的实施例在电流用于焊接期间的示意图；

图6通过焊接电极施加的力的时间变化的示意图；

图7装置的实施例的另一个示意图。

具体实施方式

图1首先示出了电流用于加热期间的装置1a和方法的实施例地示意图。借助装置1a能够实施具有两个金属的覆盖层2a、2b和在金属的覆盖层2a、2b之间设置的热塑性的塑料层2c的夹心板2与另外的例如实心板或钢板的金属的构件3的电阻焊接。装置具有第一焊接电极4和第二焊接电极5。在此第一焊接电极4设置在夹心板2的一侧上并且第二焊接电极5相对地设置在构件3的一侧上。装置1a提供有用于提供第一回路的且包含电源6和电导线7的设备。此外能够通过第一焊接电极4在夹心板2上施加力，从而能够排挤塑料层2c。图1中没有绘出用于第一和第二焊接电极的力量加载的设施。这点例如能够通过焊钳实现。

此外在装置1a中设置有第二回路，第二回路包含第一焊接电极4和能够在第一焊接电极4和夹心板2之间设置并且已设置的电导线8。电导线8在此形成导线带，导线带通过带子导向***9设置在第一焊接电极4和夹芯板2之间。在此导线带8一方面与第一焊接电极4直接接触并且另一方面与金属的覆盖层2a直接接触。此外导线带8通过支路导线10与电源6连接。在这个实施例中电导线7相对于导线带8绝缘。由此在第二回路中产生通过电导线7、第一焊接电极4、导线带8和支路导线10的电流，从而在第二回路中流动预热电流I_v。尤其电流能够仅通过第一焊接电极4转移到导线带8上。通过由第一焊接电极4到导线带8的接触电阻和导线带8的材料电阻产生用于软化塑料层2c的放热。

同时夹芯板2的覆盖层2a、2b通过第一和第二焊接电极4、5挤压，从而第一焊接电极4在焊接区域中排挤塑料层2c。在这种情况下，在图2中绘制了塑料层2c的排挤的效果。

图2示出了图1中的实施例在电流用于焊接期间的示意图。塑料层2c目前排挤出焊接区域并且金属的覆盖层2a、2b具有接触点，接触点能够如此确定，即在覆盖层2a、2b之间的电阻突然地降低。在这种情况下通过焊接控制器(未绘制)测量在第一和第二焊接电极4、5之间的电阻。目前能够通过电源6提供焊接电流I_s。电流在第一回路中通过电导线7、第一焊接电极4、导线带8、金属的覆盖层2a、2b、另外的构件3、第二焊接电极5并且再次通过电导线7实现。还能够在回路中设置另外的元件。在这种情况下形成焊点核心11，焊点核心连接夹心板的金属的覆盖层2a、2b和另外的金属的构件3。此外因为导线带8设置在第一焊接电极4和覆盖层2a之间，这样还能够影响实际的焊接过程。因为第一焊接电极相反于第二焊接电极5通过导线带8与焊接元件有接触，存在为了第一和第二焊接电极4、5的有效的不对称的电极结构。由此能够影响焊点核心11的产生。例如导线带8能够如此选择，即相较于对称的电极结构实现焊点核心在夹芯板方向上的推动。由此确保连接金属的覆盖层2a。在导线带8的相应的高的电阻的情况下通过支路导线10的电流是微不足道的。可选择性地能够例如在支路导线10中设置用于中断第二回路的开关。

图3示出了在电流用于加热期间的装置1b和方法的另外的实施例的示意图。装置1b和由此执行的方法基本上符合装置1a和由此执行的方法。就这方面来说首先参照相关于图1和图2的描述。区别于装置1a，装置1b具有用于中断在第二焊接电极5和电源6之间的电导线7的开关12，从而能够在不中断第二回路的情况下中断第一回路。开关12能够例如机械地或者电子地形成，例如作为闸流管开关形成。在借助预热电流I_v加热焊接位置期间通过开关12的上述开口实现中断。这点的优势在于，方法能够在多点电阻焊接中应用。如果已经制造点焊接连接13，预热电流I_v不仅流过导线带8和支路导线10，还通过已经产生的点焊接连接13和第二焊接电极5。这点能够通过开关12的打开避免，从而不造成焊接位置的有效加热的损害。

图4示出了在电流用于加热期间的装置1c和方法的另外的实施例的示意图。装置1c和由此执行的方法与装置1a、1b和由此执行的方法类似。就这方面来说首先参照相关于图1、2、3的描述。区别在于带子导向***由此实现，导线带8与第一焊接电极4在与支路导线10的相反的一侧上电导地连接。在朝向支路导线10的一侧上导线带8与焊接电极电绝缘地连接并且与支路导线10电导地连接。通过绝缘的连接避免了预热电流I_v不期望地绕开要加热的焊接区域。

另外的区别在于第二焊接电极与间隔垫片14通过元件14c连接。间隔垫片14具有绝缘的区域14a，间隔垫片借助绝缘的区域与构件3接触。第二焊接电极5与另外的构件3有间隔地设置。通过绝缘的区域14a和间隔中断第一回路，从而在借助预热电流I_v加热期间没有不希望的电流流过已产生的焊接连接13和间隔垫片14，从而不需要设置独立的开关12。

此外间隔垫片14还包含弹簧元件14b。间隔垫片14的弹簧元件14b的弹簧刚性在此如此设置，虽然施加了构件3方向上的力，第二焊接电极5还是在借助预热电流I_v加热期间与构件3有间隔的。如图5中所示，通过力的施加夹心板的覆盖层2a、2b被挤压。

图5示出了在第一回路中的电流I_s用于焊接期间的由图4所示的实施例的示意图。焊接电极4、5此时被施加相对于加热期间的力的施加更高的焊接力。由此弹簧元件14b如此弯曲，第二焊接电极5能够与另外的构件3接触。从而覆盖层2a、2b与另外的构件3借助在第一回路中的、通过第一和第二焊接电极4、5的焊接电流I_s的电流在形成焊点核心11的情况下彼此焊接。

由于导线带8电流I_s分为通过第一焊接电极的电流I_s1和通过导线带8的电流I_s2。在此通过支路导线10的电流是微不足道的。由此不仅I_s1还有I_s2为焊接过程作贡献。然而部分电流I_s3流动通过生成的焊接连接13，其不对焊接过程作贡献。然而I_s3相较于I_s1+I_s2是非常小并且微不足道的。此外另外的二级电流通过夹心板2或构件3传导，然而其同样是微不足道的。在此没有绘制的是，导线带能够有优势地优选由三个具有不同材料的片段构成，例如外部片段/末端片段由电导性良好的材料构成，例如由铜材料构成并且中部区域，尤其是设置在焊接电极4和覆盖层2a的连接区域中的中间区域，由尤其具有高电阻的另一种材料构成，例如由钢材料或钨材料构成。

图6示出了通过焊接电极4、5施加在焊接元件2、3上的力的时间上变化的示意图。首先施加到焊接元件2、3上的力直到时间点t1时提升到第一值F1并且基本上直到时间点t2保持恒定。在时间点t1和t2之间至少暂时地通过第二回路实现焊接区域的加热。如果塑料层排挤出焊接区域，那么力直至时间点t3增高到第二值F2并且基本上直至时间点t4保持恒定。在t3和t4之间借助在第一回路中的焊接电流实现焊接。随后焊接的构件2、3或焊接电极4、5能够被取出或移动。

图7示出了装置的另外的实施例的部分的示意图。装置包含第一焊接电极4和能够在第一焊接电极4和夹心板2之间设置的并且已设置的电导线8，电导线以焊接电极附件的形式形成并且例如由铜材料制成，其中附件8的部分区域借助绝缘体15与焊接电极14电分离。在绝缘体15的下面使用一种提升电阻的材料16作为附件8和焊接电极4之间的过渡区域，其例如由钢材料或钨材料制成。

Claims (15)

1.用于将夹心板与至少一个另外的金属的构件电阻焊接的方法，其中所述夹心板具有两个金属的覆盖层和一个设置在所述金属的覆盖层之间的热塑性的塑料层，其中所述夹心板的要焊接的区域如此加热，即所述热塑性的塑料层软化并且通过挤压所述覆盖层排挤出焊接区域并且所述覆盖层与所述另外的构件通过在通过在所述夹心板一侧上设置的第一焊接电极和在所述另外的金属的构件一侧上设置的第二焊接电极的第一回路中的电流彼此焊接，

其特征在于，

所述夹心板的要焊接的区域通过在第二回路中的电流加热，第二回路包含所述第一焊接电极和在所述第一焊接电极和所述夹心板之间设置的电导线。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

使用导线带作为在所述第一焊接电极和所述夹心板之间设置的电导线。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

导线带通过带子导向***设置在所述第一焊接电极和所述夹心板之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述第一焊接电极和所述夹心板之间设置的电导线直接接触所述第一焊接电极和/或所述夹心板。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，

其特征在于，

用于焊接的电流在通过所述第一焊接电极、在所述第一焊接电极和所述夹心板之间设置的所述电导线、所述夹心板、所述另外的金属的构件和与所述另外的金属的构件处于连接的所述第二焊接电极的所述第一回路中实现。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述用于加热的电流在通过所述第一焊接电极、在所述第一焊接电极和所述夹心板之间设置的所述电导线和支路导线的所述第二回路中实现。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述夹心板的要焊接的区域通过在所述第二回路中的所述电流加热时，所述第一回路至少暂时地中断。

8.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于，

所述第一回路的所述中断通过所述第二焊接电极与所述另外的金属的构件的间隔或通过独立的开关实现。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述夹心板的所述覆盖层通过所述第一焊接电极和在所述另外的金属的构件一侧上设置的间隔垫片挤压。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，

其特征在于，

调节在所述第一焊接电极和所述夹心板之间设置的所述电导线适合于要实施的电阻焊接。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，

其特征在于，

至少暂时地实施所述夹心板的电子特性的测量。

12.用于将具有在金属的覆盖层(2a、2b)之间设置的热塑性的塑料层(2c)的夹心板(2)和至少一个另外的金属的构件(3)电阻焊接的装置(1a、1b、1c)，

-具有能够在所述夹心板(2)的一侧上设置的第一焊接电极(4)和能够在所述另外的金属的构件(3)的一侧上设置的第二焊接电极(5)，

-具有用于提供第一回路的装置(6、7)，装置引导焊接电流(I_s)至少通过所述第一和第二焊接电极(4、5)，并且

-具有用于将所述夹心板(2)的塑料层(2c)排挤出所述夹心板(2)的要焊接的区域的装置(4)，

其特征在于，

设置第二回路，其中所述第二回路包含所述第一焊接电极(4)和能够在所述第一电极(4)和所述夹心板(2)之间设置的电导线(8)，从而能够通过在所述第二回路中的电流加热所述夹心板(2)的要焊接的区域。

13.根据权利要求12所述的装置，

其特征在于，

能够在所述第一焊接电极(4)和所述夹心板(2)之间设置的电导线(8)是导线带。

14.根据权利要求13所述的装置，

其特征在于，

设置带子导向***(9)，借助带子导向***能够将所述导线带(8)设置在所述第一焊接电极(4)和所述夹心板(2)之间。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，

其特征在于，

能够在所述第一焊接电极(4)和所述夹心板(2)之间设置的电导线(8)能够如此设置，电导线(8)能够直接接触所述第一焊接电极(4)和/或所述夹心板(2)。