DE10155312A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke - Google Patents

Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch ein einen aushärtbaren plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff umfassendes Verbindungsmittel, wobei wenigstens das erste Werkstück zur Verbindung mit dem Verbindungsmittel wenigstens einen einseitig offenen hinterschneidenden Hohlraum aufweist, in den der aushärtbare plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff eingegossen oder eingeformt wird, wobei das zweite Werkstück mit dem Verbindungsmittel verbunden wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer formschlüssigen Verbindung zweier Werkstücke durch ein Verbindungsmittel.
  • Bei der Verbindung zweier Werkstücke, beispielsweise der Befestigung einer Halterung an der Zierleiste eines Automobils, ist oftmals darauf zu achten, dass eine nach Montage sichtbare, dekorative Oberfläche eines Werkstücks nicht beschädigt oder in sonstiger Weise in ihrem Aussehen nachteilig beeinträchtigt wird. Es dürfen an diesem Werkstück also beispielsweise keine Durchgangslöcher für eine Schraubverbindung angebracht werden. Ebenso kann sich eine übermäßige Hitzeeinwirkung bei der Verbindungserstellung sehr nachteilig auf das Aussehen der dekorativen Oberfläche auswirken und dieses Werkstück letztendlich unbrauchbar machen.
  • Es ist bekannt, Werkstücke so zu verbinden, dass eine dekorative Seite eines Werkstücks nicht beeinträchtigt wird. Herkömmlich erfolgt dies meist mittels einer geklebten Verbindung der beiden Werkstücke.
  • Bei einer Klebung müssen die Oberflächen der zu klebenden Werkstücke zunächst mechanisch vorbehandelt werden, was durch Sandstrahlen oder durch Einwirkung verschiedener, hierzu geeigneter Chemikalien erfolgen kann. Die mechanische Vorbehandlung dient einerseits dazu, die Klebflächen klebgerecht sauber zu machen, d. h. insbesondere Schmutz, Fett und andere Verunreinigungen zu entfernen; andererseits werden die Klebflächen durch die Strahlbehandlung aufgeraut, wodurch die Oberflächen der Klebflächen vergrößert werden.
  • Jedoch lassen die Materialien der Werkstücke eine direkte Beschichtung der mechanisch vorbehandelten Oberflächen mit Klebstoff meist nicht zu, da die Klebstoffverankerung unzureichend ist. Dem wird durch Aufbringen eines Haftvermittlers auf die Oberflächen der Werkstücke abgeholfen. Auf den Haftvermittler wird anschließend eine weitere Schicht aus Härterlack aufgebracht.
  • Im allgemeinen kann erst nach diesen vorbereitenden Schritten der Klebstoff auf die Klebflächen aufgetragen und die Werkstücke anschließend gefügt werden. Nachdem die Werkstücke montiert und gespannt sind, lässt man schließlich den Klebstoff aushärten.
  • Eine Klebung weist zweifelsohne viele Vorteile auf. Insbesondere ist damit eine Verbindung von Fügeteilen aus praktisch beliebigen Materialien möglich. Vor allem können durch eine Klebung auch nicht schweißbare oder sehr dünne Werkstücke miteinander verbunden werden. Sie wird somit häufig auch beim Verbinden von Metallen mit Nichtmetallen, wie z. B. Holz, Kunststoff, Gummi, Glas oder Porzellan, eingesetzt.
  • Jedoch ist eine Klebung auch mit zahlreichen, schwerwiegenden Nachteilen verbunden. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass eine Klebverbindung selbst bei rauen Oberflächen hohen Belastungen oft nicht standhält. Dies gilt umso mehr für nicht parallel zu den Klebflächen wirkende Zugkräfte, wo ein die Klebverbindung stützender (mikroskopischer) Formschluss der Materialien nicht zu erwarten ist und ausschließlich die adhäsiven Kräfte der Klebverbindung eine Rolle spielen.
  • Ferner ist eine Klebverbindung nicht ausreichend witterungsbeständig und deren Haltbarkeit deshalb auch stark von äußeren Einflüssen abhängig.
  • Im übrigen sind zur Erstellung einer Klebverbindung, wie bereits dargestellt wurde, relativ viele Arbeitsschritte notwendig, die einen hohen, apparativen Aufwand bedingen und mit hohen Energie- und Materialkosten verbunden sind. Nicht zuletzt sind die mit einer Klebung einhergehenden, hohen Schadstoffemissionen auch in ökologischer Hinsicht bedenklich.
  • Abgesehen von der Klebung können Werkstücke in der beabsichtigten Weise beispielsweise auch durch Schweißen verbunden werden. Ein großer Nachteil der Schweißverbindung ist jedoch, dass hierfür grundsätzlich nur schweißbare Materialien in Frage kommen und selbst schweißbare Materialien, beispielsweise bestimmte Aluminiumlegierungen, manchmal nur schlecht zu verschweißen sind. Darüber hinaus führt das Schweißen zu einer sehr hohen Hitzebelastung des Materials, die das Aussehen einer dekorativen Fläche eines Werkstücks, zumindest in der Nähe der Schweißverbindung, so beeinträchtigen kann, dass das Werkstück den Anforderungen nicht mehr entspricht und deshalb nicht mehr zu gebrauchen ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke, von denen wenigstens eines eine dekorative Fläche aufweisen kann, die durch die Verbindung keine das Aussehen betreffende, nachteilige Beeinträchtigung erfahren darf, zu überwinden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch ein, einen aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff umfassendes Verbindungsmittel angegeben, wobei wenigstens das erste Werkstück zur Verbindung mit dem Verbindungsmittel wenigstens einen einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum aufweist, in den der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff eingegossen oder eingeformt wird, wobei das zweite Werkstück mit dem Verbindungsmittel verbunden wird.
  • Wesentlich zur Verbindung der beiden Werkstücke ist also, dass wenigstens das erste Werkstück zur Verbindung mit dem Verbindungsmittel wenigstens einen einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum aufweist. Aufgrund der Hinterschneidung dieses Hohlraums wird durch Eingießen oder Einformen des aushärtbaren Werkstoffs ein formschlüssiger Halt des Verbindungsmittels bewirkt. Das Verbindungsmittel kann dann in beliebiger Weise mit dem zweiten Werkstück verbunden werden, um so eine Verbindung zwischen erstem und zweitem Werkstück zu erstellen.
  • Das Verbindungsmittel zur Verbindung der beiden Werkstücke umfasst einen aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff. Dieser kann vor Verbindung der beiden Werkstücke ohne weitere Maßnahmen bereits in einer plastischen, insbesondere gießbaren Form vorliegen. Alternativ hierzu kann dieser Werkstoff jedoch auch in zunächst nichtplastischer Form vorliegen und erst zum Zweck der Verbindungserstellung in eine plastische Form überführt, d. h. plastifiziert, werden.
  • Der aushärtbare Werkstoff wird in den wenigstens einen Hohlraum des ersten Werkstücks, abhängig von seinem Plastizitätsgrad, eingegossen, insbesondere eingespritzt, oder eingeformt. Ein Einformen des aushärtbaren Werkstoffs erfolgt insbesondere bei nur teilweiser Plastifizierung des aushärtbaren Werkstoffs. Jedenfalls muss der plastische bzw. plastifizierte Werkstoff nach Einbringen in den wenigstens einen Hohlraum des ersten Werkstücks zur Verbindungserstellung aushärten.
  • Das Verbindungsmittel zur Verbindung der beiden Werkstücke kann einteilig ausgestaltet sein, d. h. nur aus dem aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff bestehen.
  • Jedoch kann das Verbindungsmittel auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann vor Eingießen des aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoffs zusätzlich ein Verbindungselement in dem hinterschneidenden Hohlraum in Stellung gebracht werden, welches dann durch Eingießen des aushärtbaren Werkstoffs im Hohlraum fixiert wird.
  • Dieses Verbindungselement kann insbesondere ein stählerner Schaft sein, der an seinem eingegossenen Ende so verbreitert ist, dass er in hinterschneidenden Eingriff mit dem Hohlraum gelangt. Vorteilhaft sind sowohl der hinterschnittene Hohlraum des Werkstücks, wie auch das verbreiterte Ende des Schaftes von rechteckiger Form, wobei das Verbindungselement nach Einsetzen in den Hohlraum durch Verdrehen um die Schaftachse in hinterschneidenden Eingriff mit dem Hohlraum gelangt. Die Aufgabe des in den Hohlraum eingebrachten, aushärtbaren Werkstoffs beschränkt sich somit nach Aushärtung im wesentlichen nur mehr darauf, den Schaft zu fixieren und insbesondere eine Drehung des Schaftes um seine Schaftachse und ein damit einhergehendes Lösen des Formschlusses zwischen Schaft und Werkstück zu unterbinden.
  • Zur Befestigung des Verbindungsmittels am zweiten Werkstück kann das Verbindungsmittel mit einem geeigneten Befestigungselement ausgestattet sein. Beispielsweise können am Verbindungsmittel hierzu ein Gewinde oder Widerhaken vorgesehen sein. Ist das Verbindungsmittel einteilig, d. h. besteht dieses nur aus dem aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff, so bedingt das Anbringen eines Gewindes bzw. von Widerhaken, dass der aushärtbare Werkstoff zumindest an den hierfür vorgesehenen Stellen formbeständig ist und zur Verbindung mit dem ersten Werkstück dort nicht plastifiziert wird. Ist das Verbindungsmittel mehrteilig, insbesondere zweiteilig, kann auch ein weiteres Verbindungselement, etwa ein stählerner Schaft, mit einem Gewinde bzw. Widerhaken versehen sein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht zur Verbindung des Verbindungsmittels mit dem zweiten Werkstück vor, dass das zweite Werkstück, ebenso wie das erste Werkstück, mit wenigstens einem einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum versehen ist.
  • Das erste und zweite Werkstück werden derart zusammengefügt, dass die einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlräume von erstem und zweitem Werkstück fluchtend angeordnet sind. Ist das erste Werkstück mit zwei oder mehr einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlräumen versehen, so liegen die einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlräume des zweiten Werkstücks in gleicher Zahl wie beim ersten Werkstück vor, wobei die Werkstücke derart zusammengefügt werden, dass die komplementären, einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlräume fluchtend angeordnet sind. Der Ausdruck "komplementär" meint hier gemeinsam mit aushärtbarem Werkstoff zu befüllende Hohlräume.
  • Zur formschlüssigen Verbindung der beiden Werkstücke wird der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierte Werkstoff in die hinterschneidenden Hohlräume von erstem und zweitem Werkstück eingegossen bzw. eingeformt. Im Anschluss daran lässt man den Werkstoff aushärten. Zum Einbringen des aushärtbaren Werkstoffs können zusätzliche, in die Hohlräume mündende Öffnungen vorgesehen werden.
  • In vorteilhafter Weise ist der wenigstens eine, einseitig offene, hinterschneidende Hohlraum von erstem und gegebenenfalls zweitem Werkstück als Sackloch ausgestaltet. Das Sackloch kann dabei eine beliebige Querschnittsform aufweisen, solange eine hinterschneidende Form gewährleistet ist. Ein kreisförmiger oder rechteckförmiger Querschnitt ist bevorzugt.
  • Gleichermaßen ist es möglich, dass der wenigstens eine, einseitig offene, hinterschneidende Hohlraum von erstem und gegebenenfalls zweitem Werkstück als Nut, insbesondere als schwalbenschwanzförmige Nut, ausgestaltet ist. Über deren seitliche Öffnungen können die Nuten in einfacher Weise mit dem plastischen bzw. plastifizierten Werkstoff befüllt werden.
  • Anstelle eines einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraums kann das zweite Werkstück zur Verbindung mit dem Verbindungsmittel mit einem Durchgangsloch versehen sein. Die beiden Werkstücke werden dabei derart gefügt, dass der Hohlraum des ersten Werkstücks mit dem Durchgangsloch des zweiten Werkstücks fluchtend angeordnet ist. Zur Verbindung der beiden Werkstücke wird der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierte Werkstoff in den hinterschneidenden Hohlraum des ersten Werkstücks und in das Durchgangsloch des zweiten Werkstücks eingebracht, wobei der aushärtbare Werkstoff an dem der Fügeseite der Werkstücke gegenüberliegenden Ende des Durchgangslochs einen hinterschneidenden Kragen formt. Der aushärtbare Werkstoff kann zum Befüllen von Durchgangsloch und hinterschneidendem Hohlraum über die der Fügeseite der Werkstücke abgewandte Öffnung des Durchgangslochs eingegossen oder eingeformt werden.
  • Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen das erste und gegebenenfalls zweite Werkstück jeweils wenigstens zwei, insbesondere drehsymmetrisch um 180° bezüglich einer Lotrechten zur Werkstückoberfläche ineinander überzuführende, schräg zur Werkstückoberfläche verlaufende Hohlräume auf. Es können also beide Werkstücke oder alternativ nur das erste Werkstück mit solchen, schräg zur Werkstückoberfläche verlaufenden Hohlräumen ausgestattet sein. Sind beide Werkstücke mit solchen, schräg zur Werkstückoberfläche verlaufenden Hohlräumen versehen, so werden die Werkstücke derart gefügt, dass die jeweiligen Öffnungen bei Fügen der Werkstücke in fluchtender Gegenüberstellung zu liegen kommen.
  • Weist nur das erste Werkstück solche, schräg zur Werkstückoberfläche verlaufende Hohlräume auf, so ist das zweite Werkstück vorzugsweise mit komplementären Durchgangslöchern ausgestattet, wobei die beiden Werkstücke so gefügt werden, dass komplementäre Hohlräume und Durchgangslöcher jeweils fluchtend angeordnet sind.
  • Zum Verbinden der beiden Werkstücke wird in die Hohlräume von erstem und zweitem Werkstück der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierte Werkstoff eingegossen bzw. eingeformt. Hierzu können zusätzliche, in die Hohlräume mündende Öffnungen vorgesehen sein. Aufgrund der schrägen Führung der Hohlräume gelangt der darin befindliche, aushärtbare Werkstoff in hinterschneidenden Eingriff mit dem jeweiligen Werkstück. Ist das zweite Werkstück mit Durchgangslöchern versehen, so formt der aushärtbare Werkstoff an dem der Fügeseite der Werkstücke abgewandten Ende der Durchgangslöcher jeweils einen, das zweite Werkstück hinterschneidenden Kragen.
  • Die schräg zur Werkstückoberfläche verlaufenden Hohlräume von erstem und gegebenenfalls auch zweitem Werkstück können in Form eines Sacklochs jeweils nur eine Öffnung zur Werkstückoberfläche aufweisen. Gleichermaßen können die Hohlräume wieder zur Oberfläche der gleichen Seite des Werkstücks geführt werden. Hierbei ist es bevorzugt, wenn nur das erste Werkstück mit schräg zur Werkstückoberfläche geführten Hohlräumen versehen ist und das zweite Werkstück entsprechende Durchgangslöcher aufweist. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine sehr einfache Befüllung mit dem aushärtbaren Werkstoff, welche jeweils entweder über das Durchgangsloch des zweiten Werkstücks oder den schräg zur Werkstückoberfläche geführten Hohlraum des ersten Werkstücks erfolgt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann der plastische bzw. plastifizierte Werkstoff durch Überdruck oder Unterdruck in die jeweiligen Hohlräume bzw. Durchgangslöcher eingegossen bzw. eingespritzt werden. Eine Befüllung mit Überdruck ist vor allem dann sinnvoll, wenn die gefügten Werkstücke nur eine gemeinsame Öffnung zur Oberfläche eines Werkstücks aufweisen. Weisen die gefügten Werkstücke wenigstens zwei gemeinsame Öffnungen auf, so kann der plastische Werkstoff ebenso durch Erzeugen eines Unterdrucks an einer der Öffnungen angesaugt werden.
  • Bei dem aushärtbaren Werkstoff handelt es sich vorzugsweise um . einen Thermoplasten (Plastomer), einen Duroplasten (Duromer) oder ein Elastomer.
  • Als thermoplastische Werkstoffe können insbesondere alle Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise Polyolefine, Vinylpolymere, Polyamide, Polyester, Polyacetate, Polycarbonate, Polyurethane und Ionomere.
  • Als duroplastische Werkstoffe eignen sich insbesondere alle aus härtbaren Harzen hergestellten Kunststoffe, beispielsweise Diallylphthalat-Harze, Epoxid-Harze, Harnstoff-Formaldehyd- Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Melamin-Phenol-Formaldehyd- Harze, Phenol-Formaldehyd-Harze und ungesättigte Polyesterharze.
  • Als elastomere Werkstoffe können alle durch Vulkanisation von natürlichen und synthetischen Kautschuken hergestellte Polymere eingesetzt werden.
  • Der aushärtbare Werkstoff kann ein Mehrkomponentenwerkstoff, insbesondere 2-Komponentenwerkstoff sein. Um die Festigkeit der Verbindung zu steigern, können ferner auch faserverstärkte Werkstoffe zum Einsatz kommen.
  • Der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff kann gleichermaßen ein Klebstoff sein. Hierdurch kann neben dem erfindungsgemäßen Formschluss durch die adhäsiven Kräfte der Klebverbindung auch ein Kraftschluss und damit eine Steigerung der Festigkeit der Verbindung erzielt werden. Im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Klebung, bei der im wesentlichen nur ein Kraftschluss vorliegt, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren somit eine form- und kraftschlüssige Verbindung erreicht werden. Die Festigkeit der Verbindung zwischen den Werkstücken kann gesteigert werden, wenn auch die Fügeflächen der beiden Werkstücke wenigstens teilweise Klebstoff aufweisen.
  • Alternativ hierzu kann der aushärtbare Werkstoff metallisch sein. Das Metall muss zum Eingießen bzw. Einformen in die erfindungsgemäßen, einseitig offenen Hohlräume von erstem und gegebenenfalls zweitem Werkstück bzw. Durchgangslöcher lediglich auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur erhitzt werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung können das erste Werkstück und gegebenenfalls das zweite Werkstück eine dekorative Oberfläche aufweisen, welche durch Verbindung von erstem und zweitem Werkstück keine optisch nachteilige Beeinträchtigung erfahren. Das zweite Werkstück ist jedoch vorzugsweise ein Befestigungselement, insbesondere in Form einer Klammer, Clips oder dergleichen, zur mittelbaren Befestigung des ersten Werkstücks an einer Vorrichtung oder einem Montageteil. In besonders vorteilhafter Weise kann die Verbindung zwischen erstem und zweitem Werkstück durch Plastifizieren des ausgehärteten Werkstoffs wieder gelöst werden. Insbesondere kann dadurch ein Befestigungselement (d. h. zweites Werkstück) zur mittelbaren Befestigung des ersten Werkstücks wieder entfernt werden. So kann beispielsweise am ersten Werkstück ein Befestigungselement zur weiteren Bearbeitung des ersten Werkstücks angebracht werden, welches nach erfolgter Bearbeitung des ersten Werkstücks in vorteilhafter Weise leicht wieder entfernt werden kann.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung mehrerer, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
  • Fig. 1 zeigt vier unterschiedliche Ausführungsformen erfindungsgemäß verbundener Werkstücke.
  • Fig. 2 zeigt vier unterschiedliche Ausführungsformen einseitig offener, hinterschneidender Hohlräume.
  • Fig. 3 zeigt zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbindungsmittels.
  • Fig. 4 zeigt eine Anwendung zweier erfindungsgemäß verbundener Werkstücke.
  • Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einformen des plastifizierbaren Werkstoffs.
  • Zunächst soll Fig. 1 betrachtet werden. In Fig. 1 sind beispielhaft vier unterschiedliche Ausführungsformen erfindungsgemäß verbundener Werkstücke dargestellt, wobei bei den linken beiden Ausführungsformen ein erstes Werkstück 1 jeweils ein Sackloch und ein zweites Werkstück 2 jeweils ein Durchgangsloch aufweisen, und bei den rechten beiden Ausführungsformen ein erstes und ein zweites Werkstück jeweils ein Sackloch aufweisen. Sackloch bzw. Durchgangsloch können durch Laserbohren oder Fräsen in die Werkstücke eingefügt werden. Unterhalb eines Querschnittsdurchmessers von ca. 2 mm ist die Fertigung der Löcher im allgemeinen nur noch mit dem Laser möglich. Vorteilhaft bei der Fertigung durch Laser ist die hierzu benötigte, geringe Energieleistung, die eine wirtschaftliche Prozessfolge ermöglicht.
  • Zur Verbindung der beiden Werkstücke 1, 2 wurde ein plastischer bzw. plastifizierter Werkstoff in die Sacklöcher bzw. Durchangslöcher eingebracht, der anschließend ausgehärtet ist.
  • Bei den beiden linken, erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der ausgehärtete Werkstoff 3 an dem der Fügefläche der beiden Werkstücke 1, 2 abgewandten Ende der Durchgangslöcher 3 jeweils einen Kragen auf, der das zweite Werkstück 2 hinterschneidet. Durch den hinterschneidenden Eingriff des Kragens entsteht in Kombination mit der Hinterschneidung des Sacklochs eine formschlüssige Verbindung der beiden Werkstücke 1, 2. Bei der unteren, linken Ausführungsform ist im Unterschied zur oberen, linken Ausführungsform zusätzlich eine Schicht 4 aus ausgehärtetem Werkstoff zwischen den beiden Werkstücken 1, 2 angeordnet. Diese kann als zusätzliche Klebschicht dienen, falls es sich bei dem aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff um einen Klebstoff handelt. Gleichermaßen kann hierdurch, falls erforderlich, ein bestimmter Abstand zwischen den beiden gefügten Werkstücken eingehalten werden, beispielsweise um einen elektrisch leitenden Kontakt zu unterbinden. Eine Befüllung von Durchgangsloch und Sackloch der gefügten Werkstücke 1, 2 mit aushärtbarem, plastischem bzw. plastifiziertem Werkstoff 3 erfolgt vorzugsweise durch Einspritzen bzw. Einformen des Werkstoffs über das Durchgangsloch des zweiten Werkstücks 2.
  • Bei den rechten beiden Ausführungsformen weisen sowohl erstes Werkstück 1 als auch zweites Werkstück 2 ausschließlich Sacklöcher auf. Eine formschlüssige Verbindung der beiden Werkstücke erfolgt durch den in die hinterschneidenden Sacklöcher eingebrachten, ausgehärteten Werkstoff 3. Bei der unteren, rechten Ausführungsform befindet sich, wie schon bei der linken, unteren Ausführungsform, eine Schicht 4 aus ausgehärtetem Werkstoff 3 zwischen den beiden Werkstücken 1, 2. Eine Befüllung der Sacklöcher mit plastischem oder plastifiziertem Werkstoff kann durch Einformen des Werkstoffs beim Fügen der Werkstücke erfolgen. Ein Einspritzen des Werkstoffs bei bereits gefügten Werkstücken erfordert wenigstens eine zusätzliche, in die Sacklöcher mündende Öffnung.
  • In Fig. 2 sind beispielhaft vier unterschiedliche Ausführungen erfindungsgemäß verwendbarer, einseitig offener, hinterschneidender Hohlräume dargestellt. In den oberen beiden Ausführungen ist der Hohlraum als einzelnes Sackloch mit einem kegelförmigen Querschnitt 5 bzw. rechteckförmigen Querschnitt 6 ausgestaltet. Bei den beiden unteren Ausführungen verlaufen die beiden Hohlräume 7 schräg zur Werkstückoberfläche und sind jeweils bezüglich einer Lotrechten 11 zur Werkstückoberfläche um 180° drehsymmetrisch angeordnet. Durch den schrägen Verlauf der Hohlräume 7 zur Werkstückoberfläche hinterschneidet ein darin eingebrachter, aushärtbarer Werkstoff das Werkstück. In der unteren dieser beiden Ausführungen sind die beiden Hohlräume 8 auf der gleichen Seite des ersten Werkstücks 1 wieder zur Oberfläche geführt. Ein an das erste Werkstück 1 gefügtes, zweites Werkstück 2 weist zwei komplementäre Durchgangslöcher 10 auf. Zur Verbindung der beiden Werkstücke 1, 2 wird ein aushärtbarer Werkstoff in die Durchgangslöcher und Hohlräume eingegossen bzw. eingeformt. Der ausgehärtete Werkstoff weist an den der Fügefläche der Werkstücke abgewandten Enden der Durchgangslöcher 10 Krägen 12 auf, die das Werkstück 2 hinterschneiden. Entsprechende, das Werkstück 1 hinterschneidende Krägen 9 liegen zusätzlich an den Öffnungen der Hohlräume 8 vor. Diese unterstützen die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Werkstücken 1, 2.
  • Fig. 3 zeigt zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäß verwendbaren Verbindungsmittels. In der obigen Ausführung besteht das Verbindungsmittel aus dem ausgehärteten Werkstoff 3, der in ein kegelförmiges Sackloch des Werkstücks 1 eingeformt wurde. Der Werkstoff 3 ist ferner mit Widerhaken 13 zur Verbindung mit dem zweiten Werkstück ausgestattet. Dies bedingt, dass der Werkstoff 3 zumindest dort, wo die Widerhaken angebracht werden, formbeständig ist und eine Plastifizierung nur an dem zum Einformen in das Sackloch vorgesehenen Ende erfolgt. Bei der unteren Ausführungsform ist vor dem Eingießen des aushärtbaren Werkstoffs 3 ein Verbindungselement in Form eines Schaftes 14 in dem kegelförmigen Sackloch des ersten Werkstücks 1 in Stellung gebracht worden. Dieser Schaft 14 weist an seinem in das Sackloch eingefügten Ende eine Verbreiterung 15 auf, die in hinterschneidenden Eingriff mit dem Werkstück 1 gelangt. Durch Eingießen bzw. Einformen des aushärtbaren Werkstoffs 3 wird der Schaft 14 in dem Sackloch fixiert und insbesondere an einer Verdrehung um die Schaftachse und einer damit einhergehenden Lösung der formschlüssigen Verbindung gehindert. Der Schaft 14 kann als Befestigungsmittel zur mittelbaren Befestigung des Werkstücks 1, insbesondere für eine weitere Bearbeitung des Werkstücks 1, dienen.
  • Fig. 4 zeigt beispielhaft die Anwendung zweier, erfindungsgemäß verbundener Werkstücke 1, 16, wobei es sich bei dem ersten Werkstück 1 um ein zu eloxierendes Werkstück aus Aluminium oder Aluminiumlegierung und bei dem zweiten Werkstück um eine Aufhängung 16 des Eloxierbades mit elektrischer Kontaktierung 17 des Werkstücks 1 handelt. Eine Verbindung des Werkstücks 1 mit der Aufhängevorrichtung 16 erfolgt über einen in ein Sackloch des ersten Werkstücks eingeformten, teilweise plastifizierten Werkstoff 3, der zusätzlich zur Befestigung an der Aufhängevorrichtung 16 mit Widerhaken 13 versehen ist. Bei der der elektrisch kontaktierten Seite gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 1 kann es sich um eine zu eloxierende, dekorative Oberfläche handeln, die durch die Verbindung des Werkstücks 1 mit der Aufhängevorrichtung 16 keine Beeinträchtigung in ihrem Aussehen erfahren soll. Dies ist durch das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet.
  • Fig. 5 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einformen eines aushärtbaren, plastifizierbaren Werkstoffs 3 in ein Sackloch 18 des ersten Werkstücks 1. Die Vorrichtung umfasst ein hier proximal angeordnetes Führungsrohr 18 zum Führen des plastifizierbaren Werkstoffs 3, ein hier distal angeordnetes Heizrohr 19 zum thermischen Plastifizieren des plastifizierbaren Werkstoffs 3 sowie einen Stempel 20, um das plastifizierte Ende des plastifizierbaren Werkstoffs 3 in das Sackloch 18 einzudrücken. Der plastifizierbare Werkstoff 3 wird durch das Heizrohr 19 wenigstens auf seine Plastifizierungstemperatur erwärmt und anschließend durch axialen Druck auf den Stempel 20, d. h. in die in Fig. 5 durch den Pfeil vorgegebene Richtung, in das Sackloch eingepresst. Der hierzu notwendige, axiale Druck ist abhängig vom Plastifizierungsgrad des Werkstoffs und kann manuell oder maschinell, insbesondere in Form eines Pneumatikzylinders, erzeugt werden. Das Heizen des Heizrohres 19 kann durch Ohm'sche Heizung oder durch Induktionsheizung erfolgen.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke, von denen wenigstens eines eine dekorative Oberfläche aufweisen kann, welche keine negative Beeinträchtigung erfahren soll, wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren aufweist. Insbesondere kann im Vergleich zu einer Klebung das Verfahren mit weniger Verfahrensschritten und einem weitaus geringeren, apparativen Aufwand durchgeführt werden, was eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht. Darüber hinaus ist die Fertigung mit einer geringeren Emissionsbelastung verbunden, was in ökologischer Hinsicht vorteilhaft ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können praktisch beliebige Materialien formschlüssig und gegebenenfalls auch kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Eine solche Verbindung ist je nach verwendetem Material für den aushärtbaren Werkstoff witterungsbeständig und hält hohen Belastungen stand. Bei Verwendung eines Klebstoffes ist die Dauerfestigkeit anhand der Auslegung und Materialparameter einfach zu berechnen, wobei für die Adhäsionsfestigkeit des Klebstoffes von den herkömmlich vorhandenen Klebstoffkennwerten und Materialpaarungen ausgegangen werden kann. Schließlich kann eine formschlüssige Verbindung zweier Werkstücke, falls erforderlich, durch Plastifizieren eines nichtklebenden, ausgehärteten Werkstoffs in einfacher Weise wieder gelöst werden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch ein, einen aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff umfassendes Verbindungsmittel, wobei wenigstens das erste Werkstück zur Verbindung mit dem Verbindungsmittel wenigstens einen einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum aufweist, in den der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff eingegossen oder eingeformt wird, wobei das zweite Werkstück mit dem Verbindungsmittel verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück wenigstens einen einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum aufweist und mit dem ersten Werkstück derart zusammengefügt wird, dass dessen Hohlraum fluchtend zu dem Hohlraum des ersten Werkstücks angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück wenigstens ein Durchgangsloch aufweist und mit dem ersten Werkstück derart zusammengefügt wird, dass dessen Hohlraum fluchtend zu dem Hohlraum des ersten Werkstücks angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitig offene, hinterschneidende Hohlraum ein Sackloch ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch einen kreisförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt hat.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch einen kreisförmigen Querschnittsdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 2 mm hat.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einseitig offene, hinterschneidende Hohlraum eine Nut ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und gegebenenfalls zweite Werkstück wenigstens zwei, insbesondere durch 180°-Drehung um eine Lotrechte zur Werkstückoberfläche ineinander überzuführende, schräg zur Werkstückoberfläche verlaufende Hohlräume aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel einteilig ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel mehrteilig, insbesondere zweiteilig ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum des ersten Werkstücks vor Eingießen des aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoffs ein zusätzliches Verbindungselement, insbesondere in Form eines Schaftes, in Stellung gebracht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff ein Thermoplast, Duroplast oder Elastomer ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff ein Mehrkomponentenwerkstoff, insbesondere ein 2-Komponentenwerkstoff ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff faserverstärkt ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff ein Klebstoff ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel zur Verbindung mit dem zweiten Werkstück mit Widerhaken versehen ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel zur Verbindung mit dem zweiten Werkstück mit einem Gewinde versehen ist.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück ein Befestigungselement zur mittelbaren Befestigung des ersten Werkstücks ist.
19. Anordnung zum Verbinden zweier Werkstücke, insbesondere nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsmittel einen aushärtbaren, plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff umfasst, wenigstens das erste Werkstück zur Verbindung mit dem Verbindungsmittel wenigstens einen einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum aufweist, in den der aushärtbare, plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff eingegossen oder eingeformt ist, das zweite Werkstück mit dem Verbindungsmittel verbunden ist.
20. Vorrichtung zum Einformen des plastifizierbaren Werkstoffs in den einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum des ersten Werkstücks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein Führungsrohr zum Führen des plastifizierbaren Werkstoffs, ein Heizrohr zum Plastifizieren eines Endes des aushärtbaren, plastifizierbaren Werkstoffs sowie einen Stempel zum Eindrücken des plastifizierten Endes in den einseitig offenen, hinterschneidenden Hohlraum des ersten Werkstücks aufweist.
21. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verbinden eines ersten Werkstücks aus Aluminium oder Aluminiumlegierung mit einer Vorrichtung zum Halten bzw. zur elektrischen Kontaktierung für eine Eloxierung des ersten Werkstücks.
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