[发明专利]用于通过扭转超声波焊接与构件连接的附件

说明书

本发明涉及一种附件，具有至少一个为与构件焊接而设的焊点，利用已知的扭转超声波焊接方法进行焊接，其中将超声焊极放在焊点上以用于传导产生焊接过程的振动，从而附件与构件之间的分界面熔化并且附件与构件焊接在一起。

用来使塑料构件连接的一种已有技术就是焊接，为此要利用各种各样的能量输入方法，例如摩擦焊接或者超声波焊接。

尤其在汽车外饰应用领域，由于有若干方法可在注塑成型过程中实现新的材料特性，目前常见的可加工壁厚范围＞＝3.0mm。由于价格原因，通常所使用的材料是滑石粉增强的聚丙烯。

由于壁厚很薄，能降低构件的成本和重量。但是与其它工程塑料相比，聚丙烯在负荷作用下有蠕变能力，并且具有很小的弹性模量，但是对构件焊接的要求却没有变化，即焊接复合材料构件上每一个焊点的保持力应＞200N，因此通常无法以没有缺陷的方式将这些构件连接在一起。有两种影响因素妨碍进行无瑕疵焊接：

1)工艺原因引起的缺陷

透过构件输入熔化能量使得分界面紧密连接，由于存在振动差异，表面会在构件冷却过程中变形而形成缺陷。

2)负荷引起的缺陷

如果构件厚度以及材料的弹性模量太小，焊接时呈点状施加到复合材料构件之中的作用力会在表面上引起可见的变形，表面将在所施加的应力负荷下屈服，并且形成可见的缺陷。

EP 1 930 148 A1以及尚未公布的DE 10 2009 011273 A1均描述了能够防止这种效应的扭转超声波焊接方法，即使得位于超声焊极下方的构件进入超声频率范围的旋转振动。通过上方的构件传递振动，并且在上、下构件之间的分界面中将振动直接转变为热量。上方的构件尽管会因其内部衰减而发热，但却并不熔化。这样一方面可减少作用于下方构件的热量，另一方面还可将用来传递作用力的有效点状连接面转变成直线状和/或者平面状连接。结果也能使壁厚小于3.0mm的聚烯烃材料实现无瑕疵连接，从而能够避免产生缺陷。

本说明书中所述的上方构件和附件以及下方构件和构件均指相同的物体。将超声焊极放在附件或者上方构件上，将位于附件下方的构件与附件焊接在一起。

对现有技术的评价

被称作扭转焊接的超声波焊接技术迄今为止只能应用于比较小而轻的构件。如果要尝试将较大的平面构件置于振动状态，那么面的惯性矩通常会大到无法传导振动的程度。待焊接零件对输入角动量的阻力很大，使得能量不会传递到分界面之中，而是已经在上方构件中释放出能量。超声焊极会在构件上焊住，构件之间的分界面保持未焊接状态，无法使得构件连接。其原因在于，构件的面积在惯性矩方程中是二次项，而构件的质量则与惯性矩成正比。

本发明的任务在于，对按权利要求1前序部分所述的大尺寸的平面的附件进行适当改进，从而能够通过扭转超声波焊接将其与构件焊接在一起。本发明的任务还在于，利用扭矩振动来焊接大尺寸平面零件。

采用权利要求1所述的特征，即可解决这个任务。

按照本发明的建议，附件上的焊点与附件的其余表面在振动技术上(schwingungstechnisch)是分离的(entkoppelt)。这样就会将超声焊极所输入的能量尽可能传递到焊点上，且不会在附件的其余表面中释放能量。这样就能将输入能量尽可能传递到附件与构件之间的分界面上，从而使其熔化，并且将附件与构件焊接在一起。超声焊极不会在附件上焊住。

在第一种实施例中，建议利用减薄和/或者贯穿部分使焊点与其余表面分离，在制造附件时很容易制作这些减薄和/或者贯穿部分。如果是塑料零件，则可以将这些减薄和/或者贯穿部分整合在注塑模具之中。在任何情况下均通过这些减薄和/或者贯穿部分使得焊点与附件的其余表面在振动技术上是分离的。

最好将减薄和/或者贯穿部分同轴布置在焊点周围，从而焊点在所有方向上是分离的。

在一种实施例中，减薄部分是环槽，环槽同轴地围绕焊点。通常应适当选择减薄部位的深度，使得一方面足以起到隔离作用，另一方面又能使得焊点与附件的其余表面具有足够强度。

减薄部位能够在其深度上从初始深度至最终深度始终增加或减小，这样就能精确调整振动特性。

适宜将减薄和/或者贯穿部分相互错置。采用这种措施也能精确调整振动特性。

在另一种首选实施例中，焊点被U形减薄部分或者贯穿部分所包围，这样可使得焊点在一侧与附件的其余表面完全连接。

在另一种实施例中，焊点被沿周向围绕焊点布置且在横断面中弯曲或呈曲折形的减薄部位所包围，焊点因此几乎能够在附件中自由振动，不会将振动传递给附件的其余表面。