DE102007020089A1 - Laserbearbeitbares Werkstück, Verfahren zu dessen Herstellung, sowie laserbearbeitbares Gehäuse - Google Patents

Laserbearbeitbares Werkstück, Verfahren zu dessen Herstellung, sowie laserbearbeitbares Gehäuse Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkstück (1) aus Kunststoff mit einem ersten Teilbereich (2) aus einem ersten Material, der mit einem zweiten Teilbereich (3) aus einem zweiten Material verbunden ist, wobei die beiden Teilbereiche (2, 3) einen voneinander unterschiedlichen Transmissions- sowie Absorptionskoeffizienten für das Spektrum von Laserstrahlen (4) aufweisen, derart, dass die beiden Teilbereiche (2, 3) so miteinander verbunden sind, dass der zweite Teilbereich (3) den ersten Teilbereich (2) umgibt, dass der erste Teilbereich (2) für das Spektrum der Laserstrahlen (4) wenigstens teilweise absorbierend ist und dass der zweite Teilbereich (3) für das Spektrum der Laserstrahlen (4) wenigstens teilweise transmittierend ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstücks (1) sowie ein zweiteiliges Gehäuse (5) mit dem Werkstück (1) als Bestandteil und ein Steuergerät mit dem Gehäuse (5).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Werkstück aus Kunststoff mit zwei Teilbereichen, die voneinander unterschiedliche Transmissions- sowie Absorptionskoeffizienten für das Spektrum von Laserstrahlen aufweisen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Gehäuse aus zwei Teilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, wobei ein Teil aus dem Werkstück gebildet wird, ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit dem Gehäuse gemäß Anspruch 7, sowie Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 und 9.
  • Mittlerweile ist in jedem Kraftfahrzeug mindestens ein Steuergerät verbaut, sei es ein Motorsteuergerät oder ein Getriebesteuergerät oder beides. Die Anforderungen an das Gehäuse eines solchen Steuergerätes bezüglich Temperaturbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber mechanischen Schwingungen und aggressiven Medien sind sehr hoch. Insbesondere müssen die Steuergeräte, wenn sie als sogenannte Vorortsteuergeräte zum Bespiel in einem Getriebe angeordnet sind, dicht gegenüber Dämpfen und Schmierstoffen sein. Ferner muss das Gehäuse einen Bereich aufweisen, auf dem die kennzeichnenden Daten zur Identifizierung des Steuergeräts von außen sichtbar aufgebracht werden können.
  • Übleicherweise besteht ein solches Gehäuse aus wenigstens zwei Teilen, insbesondere einem Gehäuseunterteil und einem Deckel. Die beiden Teile können zum Beispiel durch Verschrauben, Vernieten oder Verstemmen unter Zuhilfenahme einer Dichtung dicht miteinander verbunden werden. Alternativ können die beiden Teile verklebt werden, wobei der Kleber in der Regel noch ausgehärtet werden muss. Es ist auch Stand der Technik, die beiden Teile mittels Laserschweißen miteinander zu verbinden. Dazu muss der Deckel eine gewisse Transparenz für das Laserlicht aufweisen und das Gehäuseunterteil muss zumindest in der Fügezone einen Teil des Laserlichts absorbieren können.
  • Das Aufbringen der kennzeichnenden Daten auf das Gehäuse geschieht insbesondere in einem extra Prozess entweder vor oder nach der Verbindung der beiden Gehäuseteile. Zum Beispiel können die Daten auf ein entsprechendes Kennzeichnungsfeld auf dem Gehäusedeckel aufgedruckt werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkstück mit zwei Teilbereichen derart zu schaffen, dass das Aufbringen von kennzeichnenden Daten mittels Laserstrahlen auf das Werkstück und das Verbinden des Werkstücks mit einem zweiten Teil zu einem Gehäuse mittels der selben Laserstrahlen in einem einzigen Prozess möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkstück mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch ein Gehäuse mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 gelöst.
  • Die Lösung gelingt mit einem Werkstück aus Kunststoff mit einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich, der derart mit dem ersten Teilbereich verbunden ist, dass er ihn umgibt. Der erste Teilbereich ist für das Spektrum der Laserstrahlen wenigstens teilweise absorbierend und daher durch die Laserstrahlen beschreibbar, das heißt, kennzeichnende Daten können auf den ersten Teilbereich aufgebracht werden. Der zweite Teilbereich, der den ersten Teilbereich umgibt, ist für das Spektrum der Laserstrahlen wenigstens teilweise transmittierend.
  • Somit durchdringen die Laserstrahlen den zweiten Teilbereich des Werkstücks und werden in dem Teil des Gehäuses absorbiert, das insbesondere aus dem selben, die Laserstrahlen weitestgehend absorbierenden Material besteht wie der erste Teilbereich des Werkstücks. Dadurch erfolgt ein Verschmelzen des Werkstücks mit dem die Laserstrahlen absorbierenden Teil des Gehäuses zu einem abgeschlossenen und dichten Gehäuse. Vorzugsweise ist das Werkstück mit den zwei Teilbereichen als Deckel des Gehäuses ausgeführt.
  • Die Ausführungsform des Werkstücks gemäß Anspruch 2 hat eine besonders kompakte Verbindung der beiden Teilbereiche zur Folge.
  • Gemäß Anspruch 3 und 4 ist der erste Teilbereich vorteilhafterweise als eine die Laserstrahlen absorbierende Schicht, insbesondere als aufgeklebte oder auflaminierte Folie auf dem zweiten Teilbereich aufgebracht.
  • Ein Verbinden der beiden Teilbereiche gemäß Anspruch 5 führt zu einer besonders stabilen Ausführungsform des Werkstücks.
  • Ein Steuergerät gemäß Anspruch 7 ist sowohl zeit- als auch materialeffizient herstellbar und erfüllt die hohen Anforderungen, die an ein Steuergerät im Kraftfahrzeugbau gestellt werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit zwei Teilbereichen derart zu schaffen, dass das Werkstück zum einen mittels Laserstrahlen beschreibbar ist und zum anderen geeignet ist, mittels der selben Laserstrahlen mit einem die Laserstrahlen wenigstens teilweise absorbierenden Teil zu einem abgeschlossenen Gehäuse verschweißt zu werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9.
  • Vorzugsweise werden beide Teilbereiche durch ein Spritzverfahren hergestellt. Dabei wird zunächst der erste Teilbereich aus dem ersten, das Laserlicht absorbierenden Material gespritzt. Anschließend wird dieser erste Teilbereich mit dem zweiten, die Laserstrahlen weitestgehend durchlassenden Material umspritzt, was zu einer äußerst kompakten und geschlossenen Form des Werkstücks führt. Das Spritzverfahren kann als ein sogenanntes Zweikomponentenverfahren unter Verwendung nur eines Werkzeugs oder in zwei aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen unter Verwendung zweier getrennter Werkzeuge durchgeführt werden. Technisch ist es auch möglich, zuerst den zweiten Teilbereich und dann den ersten Teilbereich zu spritzen.
  • Alternativ dazu können die beiden Teilbereiche als zwei getrennte Teile hergestellt sein und dann miteinander verbunden werden, wobei die Verbindung insbesondere mittels Kleben, Verstemmen, Verschrauben oder Verschweißen ausgeführt werden kann. Das Verschweißen der beiden Teilbereiche wird vorzugsweise mittels der Laserstrahlen bewerkstelligt, die auch zum Beschriften des Werkstücks und zur Herstallung der Gehäuseverbindung verwendet werden.
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden die vorteilhaften Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Werkstück mit einem den ersten Teilbereich umgebenden zweiten Teilbereich, und
  • 2 ein Gehäuse mit dem Werkstück als Deckel.
  • 1 zeigt ein Werkstück 1 mit dem ersten Teilbereich 2 und dem zweiten Teilbereich 3. Insbesondere umgibt der zweite Teilbereich 3 den ersten Teilbereich 2. Der erste Teilbereich 2, hergestellt aus dem ersten Material durch ein Spritzverfahren, kann mit dem zweiten Material des zweiten Teilbereichs 3 umspritzt sein. Denkbar wäre auch, dass die beiden Teilbereiche 2 und 3 des Werkstücks 1 in getrennten Herstellungsverfahren aus zwei unterschiedlichen Materialien mit zwei voneinander verschiedenen Transmissions- sowie Absorptionskoeffizienten hergestellt und anschließend miteinander, zum Beispiel mittels Verkleben, verbunden sind. Als Basis für das erste und das zweite Material der Teilbereiche 2, 3 hat sich die Verwendung von Polyamid als besonders vorteilhaft erwiesen. Es zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und thermische Beständigkeit aus. Zur Erzielung der im Wesentlichen teilweisen Transparenz des ersten Teilbereichs 2 und der im Wesentlichen teilweisen Absorptionsfähigkeit des zweiten Teilbereichs für das Spektrum der Laserstrahlen 4 werden als Beimischstoffe dienende Additive im Kunststoff, wie Farbpigmente verwendet. Die entsprechende Einstellung erfolgt durch einen unterschiedlichen Anteil der Additive.
  • 2 zeigt ein Gehäuse 5 mit dem Werkstück 1 mit dem ersten Teilbereich 2 aus dem die Laserstrahlen 4 im Wesentlichen absorbierenden, ersten Material und dem zweiten Teilbereich 3, aus dem für die Laserstrahlen 4 im Wesentlichen durchlässigen zweiten Material, und mit einem ersten Teil 6 als Gehäuseunterteil, aus dem die Laserstrahlen 4 im Wesentlichen absorbierenden, ersten Material. In diesem Fall ist der erste Teilbereich 2 in einer Aussparung 7 im zweiten Teilbereich 3 angeordnet. Die Verbindung der beiden Teilbereiche 2, 3 kann zum Beispiel durch Kleben oder durch Verstemmen erfolgen. Das Beschriften des ersten Teilbereichs 2 mit den das Steuergerät kennzeichnenden Daten und die Verbindung zwischen dem Deckel 1 und dem Gehäuseunterteil 6 geschieht insbesondere in einem Arbeitsgang.
    • 1
    Werkstück
    2
    Erster Teilbereich
    3
    Zweiter Teilbereich
    4
    Laserstrahlen
    5
    Gehäuse
    6
    Erstes Teil des Gehäuses
    7
    Aussparung im zweiten Teilbereich

Claims (10)

  1. Werkstück (1) aus Kunststoff mit einem ersten Teilbereich (2) aus einem ersten Material, der mit einem zweiten Teilbereich (3) aus einem zweiten Material verbunden ist, wobei die beiden Teilbereiche (2, 3) einen voneinander unterschiedlichen Transmissions- sowie Absorptionskoeffizienten für das Spektrum von Laserstrahlen (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbereiche (1, 3) derart miteinander verbunden sind, dass der zweite Teilbereich (3) den ersten Teilbereich (2) umgibt, dass der erste Teilbereich (2) für das Spektrum der Laserstrahlen (4) wenigstens teilweise absorbierend ist, und dass der zweite Teilbereich (3) für das Spektrum der Laserstrahlen (4) wenigstens teilweise transmittierend ist.
  2. Werkstück (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (2) mit dem Material des zweiten Teilbereichs (3) umspritzt ist.
  3. Werkstück (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (2) als Schicht auf den zweiten Teilbereich (3) aufgebracht ist.
  4. Werkstück (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (2) als Folie auf den zweiten Teilbereich (3) aufgeklebt ist.
  5. Werkstück (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (2) mit dem zweiten Teilbereich (3) durch Kleben, Schweißen, Verschrauben oder Vernieten verbunden ist.
  6. Gehäuse (5) aus zwei Teilen (1, 6), wobei das erste Teil (6) aus einem ersten Material besteht, das für das Spektrum der Laserstrahlen (4) wenigstens teilweise absorbierend ist, und das zweite Teil (1) durch ein Werkstück nach Anspruch 1 gebildet wird, und dass die zwei Teile (1, 6) mittels der Laserstrahlen (4) miteinander verschweißt sind.
  7. Steuergerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse nach Anspruch (6).
  8. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (1) nach Anspruch 1 mit den Schritten: a) Spritzen des ersten Teilbereichs (2) aus dem ersten Material, b) Umspritzen des ersten Teilbereichs (2) mit dem Material des zweiten Teilbereichs (3).
  9. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (1) nach Anspruch 1 mit den Schritten: a) Spritzen des ersten Teilbereichs (2) aus dem ersten Material, b) Spritzen des zweiten Teilbereichs (3) aus dem zweiten Material, c) Verbinden des ersten Teilbereichs (2) mit dem zweiten Teilbereich (3).
  10. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (1) nach Anspruch 9, wobei der erste Teilbereich (2) mit dem zweiten Teilbereich (3) mittels der Laserstrahlen (4) verschweißt wird.
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