DE10102778A1 - Verbindung zwischen Metall- und Kunststoffplatten durch Verschweißen - Google Patents
Verbindung zwischen Metall- und Kunststoffplatten durch VerschweißenInfo
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Abstract
Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von zwei einander flächig anliegenden plattenförmigen Teilen (1, 2) unterschiedlichen Materials mittels eines Verbindungselements (5), das mit einer der Platten (2) durch Ultraschall verschweißt und mit der zweiten Platte (1) mechanisch durch Form- und/oder Kraftschluß verbunden ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ver
binden von wenigstens zwei einander flächig anliegenden
plattenförmigen Teilen durch ein Verbindungsmittel, wobei
die Teile aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel
lung einer solchen Verbindung.
Das jeweilige Verschweißen von Metallteilen oder von Kunst
stoffteilen sind aus der DE 39 35 335 C1 bekannt. Hierbei sind
aber nur die prinzipiell unterschiedlichen, jeweiligen Ver
fahren gezeigt. Nachteilig ist hierbei, daß kein Verfahren
gezeigt ist, wie unter Beteiligung von Schweißverfahren un
terschiedliche Materialien verbunden werden können.
Verbindungen zwischen Platten unterschiedlicher Materialien
sind im Stand der Technik in verschiedenster und vielfälti
ger Weise realisiert. Platten aus unterschiedlichen Materia
lien werden dabei durch Klebstoffe, Schrauben, Nieten etc.
verbunden. Von Nachteil beim Kleben ist beispielsweise daß
das Verkleben den Einsatz von Lösungsmitteln erfordert, was
u. a. hinsichtlich der Umweltverträglichkeit problematisch
sein kann. Darüber hinaus bestehen zeitliche Verzögerungen,
bis das in aller Regel flüssige Klebmittel angetrocknet ist.
Mechanische Verbindungsmittel wie Schrauben, Nieten etc.
führen vor allem bei dünnen Platten zu einer Beeinträchti
gung der Optik auf beiden Seiten, da sie zumeist sichtbar
sind oder sogar beidseitig überstehen können. Auch ist die
Montage aufwendig und erfordert häufig mehrere Arbeits
schritte.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
angeführten Nachteile bei der Verbindung von Platten zu ver
meiden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, bei einer Vorrichtung
der vorstehenden Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des
Anspruchs 1 gelöst.
Damit ist es möglich, zwei Bauteile unterschiedlicher Mate
rialien, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften
nicht direkt miteinander verschweißt werden können, über ein
Verbindungselement so zu verbinden, daß die Verbindung zu
einem der Teile durch Verschweißen und zu dem anderen Teil
durch eine mechanische Verbindung erfolgt.
In weiter günstiger Ausbildung weist das mit dem Verbin
dungselement form- und/oder kraftschlüssig verbundene Teil
eine von dem Verbindungselement durchgriffene Durchgangsboh
rung auf, wobei das Verbindungselement weitgehend stiftför
mig ausgebildet ist und an einem Ende eine den Querschnitt
der Durchgangsbohrung des plattenförmigen Teils überschrei
tende Querschnittsvergrößerung aufweist, die an der dem ver
bundenen zweiten plattenförmigen Teil entgegengesetzten Sei
te des form- und/oder kraftschlüssig verbundenen Teils an
liegend ist. Dies gewährleistet vor allem den Formschluß und
je nach Ausbildung der Querschnitte auch den Kraftschluß
zwischen dem Verbindungselement und diesem plattenförmigen
Teil.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schweißverbindung ei
ne Ultraschallschweißverbindung, die ein sauberes, sicheres
und schnelles Verbinden ermöglicht.
In weiterer Ausbildung sind das zu verschweißende platten
förmige Teil und das Verbindungselement Thermoplaste. Kunst
stoffe im allgemeinen sind leicht und universell einsetzbar.
Thermoplaste sind für Schweißverbindungen besonders geeig
net.
Weiter mit Vorteil sind die Thermoplaste des zu verschwei
ßenden Teils und des Verbindungselementes identisch, was zu
einer besonders guten und homogenen Verbindbarkeit der bei
den Bauteile durch Verschweißen führt.
Als besonders vorteilhaftes Thermoplast hat sich dabei so
wohl für das plattenförmige Teil als auch für das Verbin
dungselement Acrylnitril-Butadien-Styrol herausgestellt
(ABS).
In alternativer Ausbildung kann die Schweißverbindung auch
eine Mikrowellenschweißverbindung sein, was in Abhängigkeit
von dem zu verschweißenden Materials vorteilhaft sein kann.
Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren
zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß den vorstehenden
Ausgestaltungen und mit Merkmalen des Kennzeichens des An
spruchs 8.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden an den form- und/oder kraftschlüssig zu verbindenden
plattenförmigen Teilen miteinander fluchtende Durchgangsboh
rungen angebracht, wobei das Verbindungselement, das einen
den Durchgangsbohrungen annähernd entsprechenden Querschnitt
aufweist, durch diese Bohrungen geführt wird, bis es mit dem
zu verschweißenden plattenförmigen Teil zur Anlage kommt und
in dieser Position mit diesem durch Ultraschall verschweißt
wird.
Damit ist es möglich, mehrere übereinander angeordnete Teile
zu verbinden, wobei die innenliegenden Teile durch das zumindest
eine, die Bohrung durchgreifende Verbindungsteil in
ihrer Position gehalten werden, während die zwei außenlie
genden Teile durch eine Schweißverbindung und einen
Formschluß aufgrund der Ausbildung des Verbindungsteils zu
einander in Position gehalten werden.
Weitere Details und Vorteile der Erfindung sind den ange
hängten Patentansprüchen sowie der Zeichnung und deren Be
schreibung zu entnehmen.
In der Zeichnung sind in der einzigen Figur zwei erfindungs
gemäß verbundene Bauteile im Querschnitt dargestellt.
Die Zeichnung zeigt ein zweiflügeliges Scharnier 1, das mit
einem Flügel 1a an einer Kunststoffplatte 2 flächig anliegt
und an dieser befestigt ist. Das Scharnier 1 ist aus Alumi
nium und entsprechend gering wärmeleitfähig, während die
Kunststoffplatte 2 aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) be
steht. Das Scharnier 1 weist an seinem Flügel 1a eine Durch
gangsbohrung 3 auf, die an der der Kunstoffplatte abgewand
ten Seite eine Senke 4 aufweist. In dieser Bohrung 3 ist ein
weitgehend stiftförmiges Verbindungselement 5 für das Schar
nier 1 und die Kunststoffplatte 2 angeordnet. Dabei ist das
eine Ende des Stifts 5 im Bereich 6 der Kunstoffplatte 2 mit
dieser verschweißt, während das zweite Ende des Stifts 5 ei
ne Querschnittsvergrößerung 7 aufweist, die den Querschnitt
der Bohrung 3 überschreitet und die im Bereich der Senke 4
an der der Kunststoffplatte abgewandten Seite des Scharniers
1 anliegt. Die Verbindung der beiden Teile 1, 2 erfolgt so
mit auf seiten der Kunststoffplatte 2 durch Verschweißen und
auf seiten des Scharniers 2 durch den Formschluß der Quer
schnittsvergrößerung 7 des Stifts und der Senke 4 der Boh
rung 3.
Der Bereich 6 der Kunststoffplatte 2 ist der Bereich, der
unter dem Einfluß des Ultraschallschweißgerätes aufgeschmol
zen wurde. In diesem Bereich ist aufgrund des Verschweißens
eine eindeutige Zuordenbarkeit des Materials zu dem Verbin
dungselement einerseits oder der Kunststoffplatte anderer
seits eigentlich nicht mehr möglich.
Das Verfahren zur Herstellung der Verbindung beginnt mit dem
Anbringen der Bohrung 3 an dem Scharnier. Dieses wird dann
in der gewünschten Position auf der Kunststoffplatte 2 ange
ordnet und eine Kreisscheibe oder ähnliches aus ABS, deren
Umfang in etwa dem Durchmesser der Bohrung 3 nur geringfügig
unterschreitet in diese eingelegt. Anschließend wird der
Kopf 8 einer nicht weiter dargestellten Sonotrode, dessen
Durchmesser den Durchmesser der Bohrung 3 deutlich unter
schreitet, unter Aussendung von Ultraschallwellen in Pfeil
richtung 9 auf bzw. in die Kreisscheibe gedrückt, die unter
dem Einfluß des Ultraschalls ebenso plastisch fließt wie der
der Unterseite der Kreisscheibe benachbarte Bereich 6 der
Kunststoffplatte 2. Der Kopf 8 der Sonotrode wird soweit
nach unten geführt, bis er in den Bereich 6 der Kunststoff
platte 2 eintritt. Durch das mittige Eindrücken des Kopfes 8
der Sonotrode bildet sich das stiftförmige Verbindungsele
ment 5, wobei es im Aufschmelzbereich der Platte 2 aufgrund
des jeweils verwendeten ABS kaum mehr möglich ist, den Über
gang des Materials von der ursprünglichen Platte auf das ur
sprüngliche Verbindungselement exakt zu bestimmen.
Im Bereich der Senke 4 der Bohrung 3 kommt es durch das Ein
drücken des Kopfes 8 der Sonotrode zu einer Verdrängung des
Materials der Kreisscheibe, deren Durchmesser sich in diesem
Bereich über den Durchmesser der Bohrung 3 hinaus vergrö
ßert. Dieser vergrößerte Durchmesser 7 des auf diese Weise
durch das Eindrücken des Kopfes 8 der Sonotrode gebildeten
Stifts 5 gewährleistet den Formschluß, der das Scharnier 1
an der Kunststoffplatte 2 hält. Statt einer Kreisscheibe
kann auch ein bereits stiftartig ausgebildetes Element mit
einem bereits vorhandenen Kopf zur Gewährleistung des
Formschlußes gewählt werden. Wie aus der Figur ersichtlich,
wird die der Verbindung entgegengesetzte Seite der Kunst
stoffplatte durch die Verbindung nicht beeinträchtigt, ver
bleibt also insbesondere auch optisch makellos.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Verbinden von wenigstens zwei einander
flächig anliegenden plattenförmigen Teilen durch ein Verbin
dungsmittel, wobei die Teile aus unterschiedlichen Materia
lien bestehen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbindungsmittel zumindest ein Verbindungselement
(5) ist, das mit zumindest einem der Teile (2) verschweißt
und mit zumindest einem weiteren (1) form- und/oder kraft
schlüssig verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß das mit dem Verbindungselement (5) form- und/oder kraft
schlüssig verbundene Teil (1) eine von dem Verbindungsele
ment (5) durchgriffene Durchgangsbohrung (3) aufweist, wobei
das Verbindungselement (5) weitgehend stiftförmig ausgebil
det ist und an einem Ende eine den Querschnitt der Durch
gangsbohrung des plattenförmigen Teils überschreitende Quer
schnittsvergrößerung (7) aufweist, die an der dem verbunde
nen zweiten plattenförmigen Teil (2) entgegengesetzten Seite
des form- und/oder kraftschlüssig verbundenen Teils (1) an
liegend ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schweißverbindung eine Ultraschallschweißverbindung
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das verschweißte plattenförmige Teil (2) und das zumin
dest eine Verbindungselement (5) Thermoplaste sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Thermoplaste identisch sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Thermoplast Acrylnitril-Butadien-Styrol ist (ABS).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schweißverbindung eine Mikrowellenschweißverbindung
ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß den
Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest zwei einander anliegende plattenförmige Teile
(1, 2) mittels zumindest eines Verbindungselementes (5) mit
einander verbunden werden, indem eines der plattenförmigen
Teile (2) mit dem Verbindungselement verschweißt wird und
die weiteren plattenförmigen Teile (1) mit dem Verbindungs
element (5) in eine form- und/oder kraftschlüssige Verbin
dung gebracht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den form- und/oder kraftschlüssig zu verbindenden
plattenförmigen Teilen (1) miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen
(3) angebracht werden und daß das Verbin
dungselement (5), das einen den Durchgangsbohrungen annä
hernd entsprechenden Querschnitt aufweist, durch diese Boh
rungen geführt wird bis es mit dem zu verschweißenden plat
tenförmigen Teil (2) zur Anlage kommt und in dieser Position
mit diesem durch Ultraschall verschweißt wird.
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