DE102007031604A1 - Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch Reibschweißen - Google Patents

Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch Reibschweißen Download PDF

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Abstract

Das Verfahren dient zum Verbinden eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten Werkstück (3) durch Reibschweißen. Das erste Werkstück (1) ist zumindest im Bereich der Fügezone aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt, der ein abrasives Medium enthält. Das zweite Werkstück (3) ist zumindest im Bereich der Fügezone aus einem zumindest abschnittsweise mit ersten Fasern verstärkten, duroplastischen Werkstoff hergestellt. Bei dem Verfahren werden die Werkstücke (1, 3) aneinandergerieben, wodurch der thermoplastische Werkstoff aufgeschmolzen und durch das abrasive Medium Werkstoff vom zweiten Werkstück (3) unter zumindest abschnittsweiser Freilegung von ersten Fasern abgetragen wird. Nach der Abtragung gelangt aufgeschmolzene thermoplastische Masse in Kontakt mit den freigelegten ersten Fasern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch Reibschweißen.
  • Flächige Verbundkörper aus Thermoplasten und Duroplasten sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die DE 103 13 611 A1 beispielsweise einen flächigen Verbundkörper aus mindestens zwei Flächengebilden, von denen mindestens eines aus einem Duroplasten besteht und bei dem die beiden Flächengebilde eine möglichst hohe Verbindungssteifigkeit haben. Das aus der DE 103 13 611 A1 bekannte Verbindungsverfahren ist jedoch vergleichsweise aufwendig.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein einfaches Reibschweißverfahren vorzuschlagen, mit dem eine zuverlässige Verbindung zwischen einem thermoplastischen Werkstoff und einem duroplastischen Werkstoff erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wir durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Das Verfahren dient dem Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück durch Reibschweißen. Das erste Werkstück ist zumindest im Bereich der Fügezone aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt, der ein abrasives Medium enthält. Das zweite Werkstück ist zumindest im Bereich der Fügezone aus einem zumindest abschnittsweise (d. h. abschnittsweise oder über das gesamte Volumen des zweiten Werkstücks) mit ersten Fasern verstärkten, duroplastischen Werkstoff hergestellt.
  • Bei dem Verfahren werden die Werkstücke aneinander gerieben wodurch der thermoplastische Werkstoff aufgeschmolzen und durch das abrasive Medium Werkstoff vom zweiten Werkstück unter zumindest abschnittsweiser Freilegung von ersten Fasern abgetragen wird. Nach der Abtragung gelangt die aufgeschmolzene thermoplastische Masse in Kontakt mit den freigelegten ersten Fasern. Selbstverständlich kann das erste Werkstück auch vollständig oder in einem von der Fügezone entfernten Bereich aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt sein. Die ersten Fasern können über das gesamte Volumen des ersten Werkstücks verteilt oder auch nur lokal im Fügebereich vorgesehen sein. Entsprechend kann das zweite Werkstück vollständig oder in einem von der Fügezone entfernten Bereich aus einem duroplastischen Werkstoff hergestellt sein. Das abrasive Medium kann über das gesamte Volumen des ersten Werkstücks verteilt oder auch nur lokal im Fügebereich vorgesehen sein.
  • Beispielsweise umfasst der duroplastische Werkstoff ein Epoxidharz, wobei grundsätzlich auch andere geeigneten duroplastischen Werkstoffe in Frage kommen.
  • Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die ersten Fasern aus Glas und/oder Kohlenstoff hergestellt. Bei einer anderen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei den ersten Fasern um Naturfasern. Selbstverständlich können grundsätzlich auch alle anderen, geeigneten Sorten von Fasern verwendet werden.
  • Beispielsweise liegt das abrasive Medium in Gestalt von zweiten Fasern vor, bei denen es sich z. B. um Glasfasern handelt. Selbstverständlich kann das abrasive Medium auch in einer anderen, geeigneten geometrischen Gestalt, wie z. B. in Form von Körnern vorliegen. Ferner kann das abrasive Medium aus einem oder mehreren anderen Materialien oder aus einer Mischung aus Glas und einem oder mehreren anderen Materialien hergestellt sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das erste Werkstück aus einem Material hergestellt ist, das Polyamid umfasst.
  • Beispielsweise ist das erste Werkstück zylinderförmig und das zweite Werkstück platten- oder scheibenförmig ausgebildet.
  • Nachfolgend wird das Verfahren unter Bezugnahme auf die einzige 1 näher erläutert. 1 zeigt eine geschnittene, rein schematische Darstellung eines ersten Werkstücks 1 und eines zweiten Werkstücks 3, welche die beiden Fügepartner beim Reibschweißverfahren darstellen. Das erste Werkstück 1 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt, der ein (nicht dargestelltes) abrasives Medium enthält. Das zweite Werkstück 3 ist aus Epoxidharz hergestellt, der mit (nicht dargestellten) ersten Fasern verstärkt ist. Für das Reibschweißen wird das zweite Werkstück 3 in einer Vorrichtung fixiert und justiert und das am zweiten Werkstück 3 zu befestigendes zylindrische erste Werkstück 1 wird durch eine (nicht dargestellte Vorrichtung) derart gegenüber dem zweiten Werkstück 3 in Stellung und in Rotation (deren Drehrichtung durch den Pfeil D angedeutet ist) um die Längssachse X gebracht, dass die einander benachbarten Flächen beider Werkstücke mit einer Kraft F aufeinander gedrückt werden und sich durch die während der Rotation des ersten Werkstücks 1 entstehende Reibungswärme aufheizen. Dabei schmilzt der thermoplastische Kunststoff, wodurch das abrasive Medium freigelegt wird. Infolge der Relativbewegung der beiden Werkstücke 1, 3 zueinander reibt das abrasive Medium an der Oberfläche des zweiten Werkstücks 3, wobei eine Schicht Epoxidharz im Oberflächenbereich des zweiten Werkstücks 3 abgetragen wird, so dass letztlich erste Fasern freigelegt werden. Die durch das abrasive Medium abgetragenen Epoxidharz-Partikel werden von der geschmolzenen thermoplastischen Masse 2 verdrängt und die aufgeschmolzene Masse 2 umgibt in einem fortgeschrittenen Stadium des Reibschweißvorgangs schließlich die freigelegten Abschnitte der ersten Fasern. Nach der Erstarrung der thermoplastischen Masse liegt ein solider Verbund zwischen ersten Fasern und dem letzterer umgebenden thermoplastischen Werkstoff vor.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10313611 A1 [0002, 0002]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks (1) mit einem zweiten Werkstück (3) durch Reibschweißen, wobei das erste Werkstück (1) zumindest im Bereich der Fügezone aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt ist, der ein abrasives Medium enthält und wobei das zweite Werkstück (3) zumindest im Bereich der Fügezone aus einem zumindest abschnittsweise mit ersten Fasern verstärkten, duroplastischen Werkstoff hergestellt ist, wobei bei dem Verfahren die Werkstücke (1, 3) aneinander gerieben werden und hierdurch der thermoplastische Werkstoff aufgeschmolzen und durch das abrasive Medium Werkstoff vom zweiten Werkstück (3) unter zumindest abschnittsweiser Freilegung von ersten Fasern abgetragen wird, wobei nach der Abtragung aufgeschmolzene thermoplastische Masse (2) in Kontakt mit den freigelegten ersten Fasern gelangt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Werkstoff ein Epoxidharz umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fasern aus Glas und/oder Kohlenstoff hergestellt sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den ersten Fasern um Naturfasern handelt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem abrasiven Medium um zweite Fasern, insbesondere um Glasfasern handelt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (1) aus einem Material hergestellt ist, das Polyamid umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (1) zylinderförmig ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück (3) platten- oder scheibenförmig ausgebildet ist.
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