DE10155312C2 - Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke - Google Patents

Verfahren zum Verbinden zweier Werkstücke

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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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