DE10155312C2 - Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke - Google Patents
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstel
lung einer formschlüssigen Verbindung zweier Werkstücke durch
ein Verbindungsmittel.
Bei der Verbindung zweier Werkstücke, beispielsweise der Be
festigung 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 Ver
bindungserstellung sehr nachteilig auf das Aussehen der deko
rativen Oberfläche auswirken und dieses Werkstück letztendlich
unbrauchbar machen.
Es ist bekannt Werkstücke so zu verbinden, dass eine dekorati
ve Seite eines Werkstücks nicht beeinträchtigt wird. Herkömm
lich 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 geeig
neter Chemikalien erfolgen kann. Die mechanische Vorbehandlung
dient einerseits dazu, die Klebflächen klebgerecht sauber zu
machen, d. h. insbesondere Schmutz, Fett und andere Verunrei
nigungen zu entfernen, andererseits werden die Klebflächen
durch die Strahlbehandlung aufgeraut, wodurch die Oberfläche
der Klebflächen vergrößert werden.
Jedoch lassen die Materialien der Werkstücke eine direkte Be
schichtung der mechanisch vorbehandelten Oberflächen mit Kleb
stoff 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 aufge
bracht.
Im allgemeinen kann erst nach diesen vorbereitenden Schritten
der Klebstoff auf die Klebflächen aufgetragen und die Werk
stücke anschließend gefügt werden. Nachdem die Werkstücke mon
tiert und gespannt sind, lässt man schließlich den Klebstoff
aushärten.
Eine Klebung weist zweifelsohne viele Vorteile auf. Insbeson
dere ist damit eine Verbindung von Fügeteilen aus praktisch
beliebigen Materialien möglich. Vor allem können durch eine
Klebung auch nicht schweißbare oder sehr dünne Werkstücke mit
einander 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 witterungsbe
ständig und deren Haltbarkeit deshalb auch stark von äußeren
Einflüssen abhängig.
Im übrigen sind zur Erstellung einer Klebverbindung, wie be
reits dargestellt wurde, relativ viele Arbeitsschritte notwen
dig, die einen hohen apparativen Aufwand bedingen und mit ho
hen Energie- und Materialkosten verbunden sind. Nicht zuletzt
sind die mit einer Klebung einher gehenden hohen Schadstoff
emissionen auch in ökologischer Hinsicht bedenklich.
Abgesehen von der Klebung können Werkstücke in der beab
sichtigten Weise beispielsweise auch durch Schweißen verbunden
werden. Ein großer Nachteil der Schweißverbindung ist jedoch,
dass hierfür grundsätzlich nur schweißbare Materialien in Fra
ge kommen und selbst schweißbare Materialien, beispielsweise
bestimmte Aluminiumlegierungen, manchmal nur schlecht zu ver
schweißen sind. Darüber hinaus führt das Schweißen zu einer
sehr hohen Hitzebelastung des Materials, die das Aussehen ei
ner dekorativen Fläche eines Werkstücks, zumindest in der Nähe
der Schweißverbindung, so beeinträchtigen kann, dass das Werk
stück 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 üb
erwinden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 29 480 A1 beschreibt
ein Klebverfahren, bei welchem an flächigen Fügeteilen Ausspa
rungen bzw. Bohrungen oder Hinterschneidungen eingebracht wer
den, die während des Klebvorgangs mit Klebstoff gefüllt wer
den.
Das US-Patent Nr. 2,255,184 zeigt ein Verfahren zur Verbindung
von Werkstücken, bei dem die Werkstücke zu deren Verbindung
jeweils einen einseitig offenen hinterschneidenden Hohlraum
aufweisen.
Das US-Patent Nr. 3,309,123 zeigt ein Verfahren zur Verbindung
von Werkstücken, bei dem das Verbindungsmittel zur Verbindung
der Werkstücke mit Widerhaken versehen ist.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 19 56 803 U zeigt ein Verfah
ren zur Verbindung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke
schräg zur Werkstückoberfläche verlaufende Hohlräume aufwei
sen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 17 52 343 A zeigt ein
Verfahren zur Verbindung von Werkstücken, bei dem bei einer
Verklebung der Werkstücke zusätzlich ein Verbindungsmittel in
Form eines Hohlstifts in Stellung gebracht wird.
Keine der genannten Druckschriften zeigt jedoch ein Verfahren
gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden eines ersten
Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch einen aushärtba
ren plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff gezeigt, wo
bei das erste Werkstück wenigstens zwei, durch Drehung um eine
Lotrechte zur Werkstückoberfläche, ineinander überzuführende,
schräg zur Werkstückoberfläche verlaufende Hohlräume aufweist,
welche Hohlräume auf der gleichen Seite des ersten Werkstücks
wieder zur Oberfläche geführt sind, und das zweite Werkstück
wenigstens zwei Durchgangslöcher aufweist, welche fluchtend zu
den Hohlräumen des ersten Werkstücks angeordnet sind, bei wel
chem Verfahren das erste Werkstück mit dem zweiten Werkstück
verbunden wird, indem der plastische bzw. plastifizierbare
Werkstoff in die Durchgangslöcher und Hohlräume eingegossen
bzw. eingeformt wird.
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 vorge
sehen sein. Aufgrund der schrägen Führung der Hohlräume ge
langt der darin befindliche aushärtbare Werkstoff in hinter
schneidenden Eingriff mit dem jeweiligen Werkstück. Der aus
härtbare Werkstoff formt an dem der Fügeseite der Werkstücke
abgewandten Ende der Durchgangslöcher jeweils einen das zweite
Werkstück hinterschneidenden Kragen.
Eine solche Konfiguration ermöglicht eine sehr einfache Befül
lung mit dem aushärtbaren Werkstoff, welche jeweils entweder
über das Durchgangsloch des zweiten Werkstücks oder den schräg
zur Werkstückoberfläche geführten Hohlraum des ersten Werk
stücks erfolgt.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Verbinden eines
ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch einen aus
härtbaren plastischen bzw. plastifizierbaren Werkstoff ge
zeigt, wobei das erste Werkstück wenigstens einen einseitig
offenen hinterschneidenden Hohlraum aufweist, in den der pla
stische bzw. plastifizierbare Werkstoff eingegossen oder ein
geformt wird, welcher zur Verbindung mit dem zweiten Werkstück
mit Widerhaken versehen ist, und die Widerhaken des plasti
schen bzw. plastifizierbaren Werkstoffs mit dem zweiten Werk
stück verbunden werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der plastische bzw. plas
tifizierte Werkstoff durch Überdruck oder Unterdruck in die
jeweiligen Hohlräume bzw. Durchgangslöcher eingegossen bzw.
eingespritzt 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, Polycarbona
te, 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 Polyesterhar
ze.
Als elastomere Werkstoffe können alle durch Vulkanisation von
natürlichen und synthetischen Kautschuken hergestellte Polyme
re 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 Stei
gerung der Festigkeit der Verbindung erzielt werden. Im Gegen
satz zu einer gewöhnlichen Klebung, bei der im wesentlichen
nur ein Kraftschluss vorliegt, kann durch das erfindungsgemäße
Verfahren somit eine form- und kraftschlüssige Verbindung er
reicht werden. Die Festigkeit der Verbindung zwischen den
Werkstücken kann gesteigert werden, wenn auch die Fügeflächen
der beiden Werkstücke wenigstens teilweise Klebstoff aufwei
sen.
Alternativ hierzu kann der aushärtbare Werkstoff metallisch
sein. Das Metall muss zum Eingießen bzw. Einformen in die er
findungsgemäßen einseitig offenen Hohlräume von ersten und ge
gebenenfalls 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 Befestigungs
element, insbesondere in Form einer Klammer, Clips oder der
gleichen, zur mittelbaren Befestigung des ersten Werkstücks an
einer Vorrichtung oder einem Montageteil. In besonders vor
teilhafter Weise kann die Verbindung zwischen erstem und zwei
tem Werkstück durch Plastifizieren des ausgehärteten Werk
stoffs wieder gelöst werden. Insbesondere kann dadurch ein Be
festigungselement (d. h. zweites Werkstück) zur mittelbaren
Befestigung des ersten Werkstücks wieder entfernt werden. So
kann beispielsweise am ersten Werkstück ein Befestigungsele
ment zur weiteren Bearbeitung des ersten Werkstücks angebracht
werden, welches nach erfolgter Bearbeitung des ersten Werk
stücks in vorteilhafter Weise leicht wieder entfernt werden
kann.
Die Erfindung wird nun näher erläutert, wobei Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen genommen wird.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform erfindungsgemäß verbundener
Werkstücke.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Verbindungsmittels.
Fig. 3 zeigt eine Anwendung zweier verbundener Werkstücke.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine Ausführung eines einseitig of
fenen, hinterschneidenden Hohlraums dargestellt. Bei der Aus
führung verlaufen die beiden Hohlräume 8 schräg zur Werkstück
oberfläche und sind jeweils bezüglich einer Lotrechten 11 zur
Werkstückoberfläche um 180° drehsymmetrisch angeordnet. Durch
den schrägen Verlauf der Hohlräume 8 zur Werkstückoberfläche
hinterschneidet ein darin eingebrachter aushärtbarer Werkstoff
das Werkstück. Die beiden Hohlräume 8 sind 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 Verbin
dung der beiden Werkstücke 1, 2 wird ein aushärtbarer Werk
stoff in die Durchgangslöcher und Hohlräume eingegossen bzw.
eingeformt. Der ausgehärtete Werkstoff weist an den der Füge
fläche der Werkstücke abgewandten Enden der Durchgangslöcher
10 Krägen 12 auf, die das Werkstück 2 hinterschneiden. Ent
sprechende, das Werkstück 1 hinterschneidende Krägen 9 liegen
zusätzlich an den Öffnungen der Hohlräume 8 vor. Diese unter
stützen die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden
Werkstücken 1, 2.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß ver
wendbaren Verbindungsmittels. In der 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 wer
den, formbeständig ist und eine Plastifizierung nur an dem zum
Einformen in das Sackloch vorgesehenen Ende erfolgt.
Fig. 3 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 od
er 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 Sack
loch des ersten Werkstücks eingeformten teilweise plastifi
zierten 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 dekorati
ve Oberfläche handeln, die durch die Verbindung des Werkstücks
1 mit der Aufhängevorrichtung 16 keine Beeinträchtigung in ih
rem Aussehen erfahren soll. Dies ist durch das erfindungsgemä
ße Verfahren gewährleistet.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass das erfindungsgemäße
Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke, von denen wenig
stens eines eine dekorative Oberfläche aufweisen kann, welche
keine negative Beeinträchtigung erfahren soll, wesentliche
Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren aufweist. Insbeson
dere kann im Vergleich zu einer Klebung das Verfahren mit we
niger Verfahrensschritten und einem weitaus geringeren appara
tiven Aufwand durchgeführt werden, was eine wirtschaftliche
Fertigung ermöglicht. Darüber hinaus ist die Fertigung mit ei
ner geringeren Emissionsbelastung verbunden, was in ökologi
scher 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 Materi
al 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 Klebstoffkennwer
ten und Materialpaarungen ausgegangen werden kann. Schließlich
kann eine formschlüssige Verbindung zweier Werkstücke, falls
erforderlich, durch Plastifizieren eines nichtklebenden ausge
härteten Werkstoffs in einfacher Weise wieder gelöst werden.
Claims (3)
1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem
zweiten Werkstück durch einen aushärtbaren plastischen
bzw. plastifizierbaren Werkstoff, wobei das erste
Werkstück wenigstens zwei, durch Drehung um eine
Lotrechte zur Werkstückoberfläche, ineinander
überzuführende, schräg zur Werkstückoberfläche
verlaufende Hohlräume aufweist, welche Hohlräume auf der
gleichen Seite des ersten Werkstücks wieder zur
Oberfläche geführt sind, und das zweite Werkstück
wenigstens zwei Durchgangslöcher aufweist, welche
fluchtend zu den Hohlräumen des ersten Werkstücks
angeordnet sind, bei welchem Verfahren das erste
Werkstück mit dem zweiten Werkstück verbunden wird, indem
der plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff in die
Durchgangslöcher und Hohlräume eingegossen bzw.
eingeformt wird.
2. Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem
zweiten Werkstück durch einen aushärtbaren plastischen
bzw. plastifizierbaren Werkstoff, wobei das erste
Werkstück wenigstens einen einseitig offenen
hinterschneidenden Hohlraum aufweist, in den der
plastische bzw. plastifizierbare Werkstoff eingegossen
oder eingeformt wird, welcher zur Verbindung mit dem
zweiten Werkstück mit Widerhaken versehen ist, und die
Widerhaken des plastischen bzw. plastifizierbaren
Werkstoffs mit dem zweiten Werkstück verbunden werden.
3. Verwendung der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zum
Verbinden eines ersten Werkstücks aus Aluminium oder
Aluminiumlegierung mit einer als zweites Werkstück
dienenden Vorrichtung zum Halten und zur elektrischen
Kontaktierung für eine Eloxierung des ersten Werkstücks.
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