DE102005010440A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine Download PDF

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DE102005010440A1
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Holger Dr. Findeisen
Sascha Bauer
Michael Fasold
Jochen Linhart
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Mann and Hummel GmbH
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine werden in einem ersten Herstellungsschritt die Kunststoffeinzelteile des Kunststoffgehäuses aufeinander gelegt und an einzelnen Stellen miteinander verschweißt. In einem zweiten Herstellungsschritt härtet eine zwischen die Kunststoffeinzelteile eingebrachte Klebstoffschicht aus.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • In der Druckschrift DE 199 44 855 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Ansaugeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Bei diesem Verfahren werden mehrere Einzelteile eines Kunststoffgehäuses der Ansaugeinrichtung mittels Reibschweißens miteinander verbunden. Zwei der zu verbindenden Kunststoffgehäuseteile werden zunächst in der Weise zueinander ausgerichtet, dass korrespondierende Dichtflächen auf den Kunststoffgehäuseteilen miteinander in Kontakt gelangen. Anschließend wird auf die Dichtflächen eine Verbindungskraft aufgebracht und es wird den Dichtflächen eine Relativbewegung aufgeprägt, wodurch die Teile reibverschweißt werden. Nach dem Verbinden der ersten beiden Kunststoffgehäuseteile wird in gleicher Weise mit dem dritten Kunststoffgehäuseteil verfahren, das ebenfalls mittels Reibverschweißens mit den ersten beiden Kunststoffgehäuseteilen verbunden wird.
  • Derartige Kunststoffbauteile für Aggregate in einer Brennkraftmaschine können auch geklebt werden, was insofern Vorteile bietet, als dass zum einen eine sehr hohe Verbindungskraft zwi schen den Bauteilen entsteht und zum anderen völlige Unabhängigkeit in der geometrischen Gestaltung der zu verbindenden Bauteile besteht, sodass auch beliebige, dreidimensional geformte Bauteile miteinander verbunden werden können. Allerdings benötigt der Klebstoff eine verhältnismäßig lange Aushärtezeit, während der die zu verbindenden Bauteile mithilfe geeigneter Vorrichtungen fixiert werden müssen. Zur Verkürzung der Aushärtezeit können die Bauteile zwar in einem Ofen einer Atmosphäre mit erhöhter Temperatur ausgesetzt werden; allerdings ist hierfür ein erheblicher Energieaufwand erforderlich.
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  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, zwei Kunststoffeinzelteile eines Kunststoffgehäuses für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine mit einfachen Maßnahmen dauerhaft und sicher zu verbinden. Zweckmäßig soll dies mit einem geringen Energieaufwand zu bewerkstelligen sein.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Durch die Kombination von Verschweißen und Verkleben werden wesentliche Vorteile erzielt. In aufeinander folgenden Schritten werden die beiden zu verbindenden Kunststoffeinzelteile zunächst an einzelnen Stellen miteinander verschweißt, anschließend härtet die auf die Kontaktflächen der beiden Kunststoffeinzelteile aufgebrachte Klebstoffschicht aus.
  • Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass zu Beginn des Verbindungsprozesses lediglich an wenigen, ausgewählten Punkten oder Stellen die beiden Bauteile miteinander verschweißt werden müssen, wodurch die Bauteile so weit fest aneinander fixiert werden, dass keine zusätzlichen Befestigungsmaßnahmen wie zum Beispiel Schnapphaken oder dergleichen zwischen den Bauteilen oder zwischen jeweils einem Bauteil und einer angrenzenden Befestigungsvorrichtung erforderlich sind. Die Schweißpunkte können an leicht zugänglichen Stellen zwischen den beiden zu verbindenden Kunststoffeinzelteilen gesetzt werden. Die Schweißverbindung an wenigen Punkten reicht aus, die erforderliche Haltekraft für den anschließenden Aushärtevorgang während des Verklebens zu gewährleisten.
  • Der Klebstoff wird zweckmäßig vor dem Zusammenbringen, also vor dem Verschweißen im Bereich einzelner Schweißpunkte, aufgebracht. Nach dem Durchführen des Schweißvorganges an den einzelnen, ausgewählten Punkten kann die Klebstoffschicht aushärten, wobei durch die Verbindung über die Schweißpunkte die beiden Kunststoffeinzelteile relativ zueinander fixiert sind und keine Gefahr besteht, dass die Kunststoffeinzelteile ihre relative Position ändern. Das Aushärten der Klebstoffschicht kann hierbei unter Normalbedingungen, insbesondere bei Raumtemperatur erfolgen. Für eine schnellere Aushärtung kann es aber auch zweckmäßig sein, die Kunststoffeinzelteile einer Atmosphäre mit erhöhter Temperatur auszusetzen.
  • Mit diesem Verfahren können im Prinzip beliebige Geometrien eines Kunststoffgehäuses aus zwei oder mehreren Einzelteilen realisiert werden. Die Verklebung kann großflächig erfolgen, insbesondere umlaufend im Bereich sämtlicher Kontaktflächen zwischen den beiden Kunststoffeinzelteilen, wodurch eine Verbindung mit hoher Verbindungskraft erzielt werden kann, die gegebenenfalls auch flüssigkeits- und druckdicht ist. Das Verschweißen zwischen den Einzelteilen kann dagegen an leicht zugänglichen Stellen erfolgen.
  • In Frage kommen unterschiedliche Schweißmethoden, beispielsweise Vibrationsschweißen, Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Spiegel- bzw. Heizelementschweißen oder Mikrowellenschweißen.
  • Es kann zweckmäßig sein, zur Unterstützung des Schweißvorganges eine Beschichtung bzw. ein die anzuwendende Schweißart unterstützendes Material auf die Kontaktfläche zwischen den zu verbindenden Kunststoffeinzelteilen aufzubringen. Hierbei handelt es sich im Falle des Mikrowellenschweißens um eine mikrowellenaktivierbare Beschichtung, wie zum Beispiel Ruß, der sich unter dem Einfluss der Mikrowellen erwärmt. Der Auftrag der den Schweißvorgang unterstützenden Beschichtung bzw. des Materials ist aber auch beispielsweise beim Infrarotschweißen durchführbar.
  • Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird dadurch erzielt, dass die Schweißpunkte unmittelbar in der Klebstoffschicht liegen. Die beim Schweißvorgang entstehende Wärme sorgt in der Klebstoffschicht für eine schnellere Aushärtung. Wird zusätzlich die auf die jeweilige Schweißart abgestimmte und den Schweißvorgang unterstützende Beschichtung in die Klebstoffschicht eingebracht, kann der Aushärtevorgang weiter beschleunigt werden.
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  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch das zweiteilige Kunststoffgehäuse für ein Luftansaugmodul einer Brennkraftmaschine, mit zwei Kunststoffeinzelteilen, die im Randbereich miteinander verschweißt und anschließend verklebt werden, dargestellt am Beispiel einer Ultraschall-, einer Mikrowellen- oder einer Laserverschweißung, wobei ein Schweißpunkt außerhalb der Klebstoffschicht liegt,
  • 2 eine 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem Schweißpunkt innerhalb der Klebstoffschicht,
  • 3 zwei zu verbindende Kunststoffeinzelteile, die mittels Verkleben und Spiegel- bzw. Heizelementschweißen miteinander verbunden werden, mit einem Schweißpunkt außerhalb der Klebstoffschicht auf der Außenseite des Gehäuses,
  • 4 eine 3 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem Schweißpunkt auf der Gehäuseinnenseite,
  • 5 eine weitere Darstellung von zwei mittels Spiegel- bzw. Heizelementschweißen zu verbindenden Kunststoffeinzelteilen, mit zwei Schweißpunkten, die sich jeweils unmittelbar an die Klebstoffschicht anschließen,
  • 6 zwei im Wege des Vibrationsschweißens und Klebens zu verbindende Kunststoffeinzelteile, in einer Darstellung kurz vor dem Erreichen der endgültigen Position, in welcher die Verbindung hergestellt wird,
  • 7 die Kunststoffeinzelteile aus 6, jedoch in der endgültigen, zu verbindenden Position, mit zwei Schweißpunkten im jeweiligen Endabschnitt der Klebstoffschicht,
  • 8 eine perspektivische Darstellung der beiden Kunststoffeinzelteile aus 6 und 7 zur Verdeutlichung der beim Vibrationsschweißen durchzuführenden Relativbewegung zwischen den beiden Kunststoffeinzelteilen.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die beiden in 1 dargestellten Kunststoffeinzelteile 2 und 3 bilden gemeinsam ein Kunststoffgehäuse 1 für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Luftansaugmodul. Die beiden Kunststoffeinzelteile 2 und 3 werden in ihrem umlaufenden Randbereich miteinander verbunden. Hierfür wird zunächst im Bereich einer Kontaktfläche eine Klebstoffschicht aufgebracht und anschließend werden die beiden Einzelteile 2 und 3 zusammengesetzt. Jedes Kunststoffeinzelteil 2 bzw. 3 besitzt einen radial nach außen gerichteten Flansch 5 bzw. 6, wobei die Flansche 5 und 6 im zusammengesetzten Zustand ebenfalls unmittelbar aufeinander liegen.
  • Im Bereich der Kontaktfläche zwischen den beiden Flanschen 5 und 6 wird ein Schweißpunkt 7 gesetzt, der mithilfe eines Schweißgerätes 9 erzeugt wird, welches an die Außenseite am Flansch 6 aufgesetzt wird. Bei dem Schweißgerät 9 handelt es sich beispielsweise um ein Ultraschallschweißgerät, bei dem die Schallwellen über eine Sonotrode (Schweißhorn) auf den zu setzenden Schweißpunkt gelenkt werden. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich am Flansch 5 ein mit dem Schweißgerät 9 zusammenwirkender Gegenhalter 11. Mit Bezugszeichen 8 ist ein Aufschmelzbereich gekennzeichnet, innerhalb dem der Schweißpunkt 7 liegt. Der Aufschmelzbereich 8 kennzeichnet die maximale Größe des Schweißpunktes 7.
  • Anstelle des Ultraschallschweißens kommt auch Mikrowellenschweißen oder Laserschweißen in Betracht. Außerdem kann es zweckmäßig sein, eine auf die jeweilige Schweißart angepasste und den Schweißvorgang unterstützende Beschichtung im Bereich des zu setzenden Schweißpunktes 7 vorzusehen. Beispielsweise kann im Fall einer Mikrowellenverschweißung eine mikrowellenak tivierbare Beschichtung wie zum Beispiel Ruß im Bereich des Schweißpunktes 7 aufgetragen werden. Als weitere Schweißalternative ist Infrarotschweißen zu nennen.
  • Der Vorgang zum Verbinden der beiden Kunststoffeinzelteile 2 und 3 läuft wie folgt ab: Zunächst wird vor dem Zusammensetzen der beiden Kunststoffeinzelteile die Klebstoffschicht 4 in den Bereich der zu verbindenden Kontaktfläche aufgebracht, wobei die Klebstoffschicht gleichmäßig flächig oder als Klebstoffraupe aufgetragen werden kann. Anschließend werden die beiden Einzelteile zusammengesetzt und es werden eine Mehrzahl von über den Umfang des Kunststoffgehäuses 1 verteilter Schweißpunkte 7 mithilfe des Schweißgerätes 9 gesetzt. Über diese Schweißpunkte 7 wird eine vorläufige Verbindung zwischen den beiden Kunststoffeinzelteilen 2 und 3 hergestellt, die stabil und sicher genug ist, um eine unerwünschte Relativbewegung zwischen den beiden Einzelteilen während des nachfolgenden Aushärtevorganges der Klebstoffschicht 4 zu verhindern.
  • Dieser Aushärtevorgang stellt den letzten Schritt während des Verbindungsprozesses zwischen den beiden Einzelteilen 2 und 3 dar. Der Aushärtevorgang kann insbesondere unter Normalbedingungen erfolgen, also bei Normaltemperatur und Normaldruck in offener Atmosphäre. Ein Aushärten unter erhöhter Temperatur kann zwar gegebenenfalls zur Beschleunigung des Aushärtevorgangs zweckmäßig sein; dies ist jedoch keine zwingend erforderliche Voraussetzung.
  • Um eine stabilere Verbindung zwischen beiden Kunststoffeinzelteilen 2 und 3 zu schaffen, kann es zweckmäßig sein, wie dargestellt, in einem der Kunststoffeinzelteile eine nockenförmige Erhebung und im zweiten Kunststoffeinzelteil eine korrespondie rende Ausnehmung vorzusehen. Die Erhebung und die Ausnehmung laufen im Randbereich der Kunststoffeinzelteile um. Hierdurch wird insbesondere in Querrichtung eine stabile Verbindung hergestellt. Außerdem erhöht sich die mit Klebstoff bestreichbare Fläche.
  • In der Variante gemäß 2 wird zwar die gleiche Schweißart wie in 1 mithilfe des Schweißgerätes 9 durchgeführt, jedoch wird auf einen radial nach außen sich erstreckenden Flansch in den beiden Einzelteilen 2 und 3 verzichtet und es wird stattdessen ein Schweißpunkt 7 innerhalb der Klebstoffschicht 4 gesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass die während des Schweißvorganges entstehende Wärme direkt in der Klebstoffschicht 4 erzeugt wird und für ein schnelleres Aushärten des Klebstoffes sorgt.
  • Das Schweißgerät 9 wird auf der radialen Außenseite auf das Kunststoffgehäuse 1 aufgesetzt. Auf einen Gegenhalter kann in diesem Fall verzichtet werden.
  • In den 3 bis 5 ist ein Kunststoffgehäuse 1 mit Kunststoffeinzelteilen 2 und 3 dargestellt, die im Wege der Spiegel- bzw. Heizelementverschweißung mit anschließendem Kleben miteinander verbunden werden. Bei dieser Schweißart werden Heizelemente zwischen den Kunststoffeinzelteilen positioniert und aufgeheizt. Nach der Aufheizphase werden die Heizelemente entfernt und die Kunststoffeinzelteile 2 und 3 werden zusammengefügt. An den Stellen, an welchen die Heizelemente ein örtlich begrenztes Aufheizen bewirkt haben, entstehen Schweißpunkte 7, welche die Kunststoffeinzelteile 2 und 3 verbinden. Die vor dem Zusammenfügen eingebrachte Klebstoffschicht 4 kann anschließend ohne zusätzliche Halterungen für die Kunststoffeinzelteile aushärten.
  • Gemäß 3 befindet sich der Schweißpunkt 7 außerhalb der Klebstoffschicht 4 auf der Außenseite des Kunststoffgehäuses. In 4 ist eine Variante mit auf der Innenseite außerhalb der Klebstoffschicht 4 angeordnetem Schweißpunkt 7 dargestellt. Gemäß 5 befinden sich an beiden Randbereichen der Klebstoffschicht 4 Schweißpunkte bzw. längsgestreckte Schweißstellen 7. Sämtliche Schweißpunkte bzw. Schweißstellen aus den 3 bis 5 werden im Wege der Spiegelverschweißung bzw. Heizelementverschweißung erzeugt.
  • Auch die in den 6 bis 8 dargestellten Kunststoffeinzelteile 2 und 3 eines Kunststoffgehäuses 1 werden über eine Kombination eines Schweißvorganges mit anschließendem Klebvorgang zusammengefügt, wobei als Schweißart Vibrationsschweißen angewandt wird.
  • Vor dem Zusammensetzen der Kunststoffeinzelteile 2 und 3 wird zunächst die Klebstoffschicht 4 in die Ausnehmung des ersten Kunststoffeinzelteiles 2 eingebracht. Anschließend werden die Kunststoffeinzelteile bis kurz vor dem Erreichen der endgültigen Position zusammengefügt. Hierbei berühren Vorsprünge 12 und 13, welche an den die Ausnehmung im Kunststoffeinzelteil 2 begrenzenden Wandungen ausgeprägt sind und sich nach innen erstrecken, die Seitenflanken des sich erhebenden Nockens 15 am zweiten Kunststoffeinzelteil 3. Sobald Kontakt zwischen den Vorsprüngen 12 und 13 und den Seitenflanken des Nockens 15 hergestellt ist, kann, wie in 8 mit Pfeilrichtung 14 dargestellt ist, die Relativbewegung zur Durchführung des Vibrationsschweißens in Pfeilrichtung 14 erzeugt werden. Die Relativbewegung erfolgt in Längsrichtung des Nockens 15. Durch die Relativbewegung entstehen an den Vorsprüngen 12 und 13 örtlich begrenzte Schweißpunkte 7 (7), über die die Kunststoffeinzelteile 2 und 3 lokal miteinander verschweißt werden. Die endgültige Position mit flächig aufeinander liegenden Flanken zwi schen Nocken und Ausnehmung nehmen die Kunststoffeinzelteile 2 und 3 ein, sobald die Vibrationsbewegung zu einem lokalen Anschmelzen des Kunststoffes geführt hat. Die Schweißpunkte 7 erstrecken sich hierbei nicht über die gesamte Länge des Nockens 15 bzw. der hiermit korrespondierenden Ausnehmung im gegenüberliegenden Kunststoffeinzelteil, sondern sind auf wenige lokal begrenzte Stellen bzw. Punkte beschränkt.
  • Nach dem Zusammenpressen und Verschweißen im Bereich der Schweißpunkte 7 kann die Klebstoffschicht aushärten.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses (1) für ein Aggregat einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Luftansaugmodul, bestehend aus mindestens zwei Kunststoffeinzelteilen (2, 3), die miteinander zu verbinden sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – die beiden Kunststoffeinzelteile (2, 3) werden aufeinandergelegt und an einzelnen Stellen (7) miteinander verschweißt, – nach dem Verschweißen härtet eine zwischen die Kunststoffeinzelteile (2, 3) eingebrachte Klebstoffschicht (4) aus.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (4) vor dem Verschweißen auf die Kontaktflächen zwischen den beiden Kunststoffeinzelteilen (2, 3) aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (4) vorzugsweise unter Normalbedingungen aushärtet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Klebstoffschicht (4) ohne zusätzliche Halterungen oder Fixierungen an den Kunststoffeinzelteilen (2, 3) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffeinzelteile (2, 3) mittels Vibrationsschweißens miteinander verbunden werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffeinzelteile (2, 3) mittels Ultraschallschweißens miteinander verbunden werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffeinzelteile (2, 3) mittels Laserschweißens miteinander verbunden werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffeinzelteile (2, 3) mittels Spiegel- bzw. Heizelementschweißens miteinander verbunden werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffeinzelteile (2, 3) mittels Mikrowellenschweißens miteinander verbunden werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zu verschweißenden Punkte (7) ein den Schweißvorgang unterstützendes Material eingebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als den Schweißvorgang unterstützendes Material Ruß eingebracht wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißpunkte (7) in der Klebstoffschicht (4) liegen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102555210A (zh) * 2010-10-27 2012-07-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于组件的摩擦焊接界面
FR2976544A1 (fr) * 2011-06-16 2012-12-21 Peugeot Citroen Automobiles Sa Agencement de deux pieces, notamment de vehicule automobile, assemblees l'une a l'autre par deux de leurs parois superposees, de facon etanche
CN110645123A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 丰田纺织株式会社 用于内燃机的进气管

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