DE10102778A1 - Verbindung zwischen Metall- und Kunststoffplatten durch Verschweißen - Google Patents

Verbindung zwischen Metall- und Kunststoffplatten durch Verschweißen

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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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