DE102009021373A1 - Verfahren zum Fügen von Bauteilen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen 4, 4', 6, 6', die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist, wobei die Bauteile 4, 4', 6, 6' in einer Fügezone 8, 8', 8'', 8''' miteinander verschweißt werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile 4, 4', 6, 6' mittels durch Laserstrahlung 10 erzeugten Wärmeeintrags in die Fügezone 8, 8', 8'', 8''' verschweißt werden, wobei wenigstens eines der Bauteile 4, 4', 6, 6' wenigstens teilweise für die Laserstrahlung 10 transparent ist und wobei die Laserstrahlung 10 von wenigstens einem der Bauteile 4, 4', 6, 6' wenigstens teilweise absorbiert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Fügen von Bauteilen, die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist.
- Leichtbaukonstruktionen haben sich in vielen Bereichen etabliert und dienen beispielsweise innerhalb der Verkehrstechnik dazu, vor dem Hintergrund stetig steigender Energiekosten und kontinuierlich sinkender Energiereserven den Energiebedarf deutlich zu reduzieren. Dahingehend werden für Leichtbaukonstruktionen nicht nur Leichtmetalle eingesetzt, sondern auch Kunststoffe, die zu erheblichen Gewichts- bzw. Kostenreduzierungen beitragen.
- Neben der Gewichtsreduzierung ist es ebenso notwendig, die gewünschten Bauteilsicherheiten bzw. Bauteilfestigkeiten gewährleisten zu können. Daher haben sich Faserverbundwerkstoffe, wie es kohlenstoff-, aramid-, naturfaser- oder glasfaserverstärkte Kunststoffe sein können, als prädestiniert erwiesen, da sie neben einer geringen Dichte auch eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit aufweisen.
- Das Verbinden von faserverstärkten Kunststoffen erfolgt durch unterschiedliche form-, kraft- bzw. stoffschlüssige Fügeverfahren, wobei insbesondere Klebetechnologien zum Fügen entsprechender Bauteile weit verbreitet sind. Die Verwendung von Klebstoffen hat jedoch den entscheidenden Nachteil, daß die erforderliche Adhäsion nicht zerstörungsfrei prüfbar ist, so daß zusätzliche Schraub- bzw. Nietverbindungen verwendet werden, um die Verbindung von Bauteilen sicherstellen zu können. Ferner sind einige CFK-Arten nicht miteinander verklebbar.
- Verfahren zum Fügen von Bauteilen, die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist, sind beispielsweise bekannt durch
DE 10 2007 003 357 A1 ,DE 10 2007 020 389 A1 sowieJP 2001 355 313 A - Aus
DE 10 2007 003 357 A1 ist ein Verfahren der betreffenden Art zum Fügen von Bauteilen bekannt, bei dem die Bauteile in einer Fügezone miteinander verschweißt werden. Aus der Druckschrift ist die Verwendung von Reibschweiß-, Induktionsschweiß- sowie Heizelementschweißfahren zum Fügen der Bauteile bekannt. - Langfaserverstärkte Kunststoffe sind im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verstärkung verwendeten Fasern mindestens eine Länge von 1 bis mindestens 25 mm aufweisen. Erfindungsgemäß werden unter langfaserverstärkten Bauteilen auch endlosfaserverstärkte Bauteile verstanden. Dabei können die Langfasern auch z. B. mit Kurzfasern kombiniert werden, deren Länge in der Regel unter 1 mm liegt. Zur Verstärkung des Kunststoffs können die Langfasern direkt aus einem Pastifizierextruder in eine Presse eingegeben werden.
- Bei dem bekannten Verfahren hat sich als nachteilig erwiesen, daß das Fügen der Bauteile vergleichsweise aufwendig und zeitintensiv ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Fügen von Bauteilen anzugeben, das insbesondere die Prozeßgeschwindigkeit zum Fügen von Bauteilen erhöht und gleichfalls eine hohe Sicherheit der Schweißverbindung ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst, indem die Bauteile mittels durch Laserstrahlung erzeugten Wärmeeintrags in die Fügezone verschweißt werden, wobei wenigstens eines der Bauteile wenigstens teilweise für die Laserstrahlung transparent ist und wobei die Laserstrahlung von wenigstens einem der Bauteile wenigstens teilweise absorbiert wird.
- Daraus ergibt sich der Vorteil, daß ein Verschweißen von Bauteilen in sehr kurzen Zeiträumen möglich ist. Die Komponenten zur Durchführung des Verfahrens sind auf einfache Art und Weise transportierbar, so daß das Verfahren an unterschiedlichen Orten durchgeführt werden kann. Zudem kann das Verfahren auch an schwer zugänglichen Stellen durchgeführt werden, wie sie beispielsweise bei Reparaturarbeiten auftreten.
- Darüber hinaus bietet das Verfahren die Vorteile, daß ein Verschweißen von Bauteilen sehr gut steuerbar bzw. regelbar sowie automatisierbar ist, wodurch es sehr gut für die Serienfertigung einsetzbar ist.
- Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen von Bauteilen können auch Schweißverbindungen hergestellt werden, die gegenüber den bekannten Schweißverfahren höher belastbar sind. Darüber hinaus ist es möglich, auf einfache und schnelle Weise mehrere Bauteile miteinander zu verschweißen, indem beispielsweise der Fokus der Laserstrahlung entsprechend der gewünschten Fügezone angepaßt wird. Dadurch ist ein gezieltes Verschweißen von Bauteilen sichergestellt.
- Als Material für ein langfaserverstärktes Bauteil ist bespielsweise kohlenstofffaservertstärkter Kunststoff (CFK) verwendbar. Als Material für ein für Laser strahlung transparentes Bauteil sind z. B. kurzfaserverstärkte oder unverstärkte Materialien verwendbar, wie es glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) sein können.
- Ferner sind Aramidfasern und Naturfasern sowie Kombinationen der genannten wie auch weiterer Fasern zur Verstärkung der Bauteile verwendbar.
- Erfindungsgemäß wird unter der Eigenschaft ”wenigstens teilweise transparent” auch eine vollständige Transparenz verstanden.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Laserstrahlung wenigstens teilweise an Fasern und/oder einer Faserbeschichtung des langfaserverstärkten Bauteiles absorbiert wird. Dadurch ist es möglich, den Energieeintrag zum Verschweißen der Bauteile durch die Anordnung der Fasern und die relative Position des Laserstrahls zur Faser bzw. Faserorientierung zu lenken. Durch die Absorption der Laserstrahlung an den Fasern erfolgt eine Erwärmung des die Fasern umgebenden Materials, wodurch die Bauteile miteinander verbunden werden können.
- Darüber hinaus ist es möglich, daß das Material wenigstens eines der Bauteile Absorber enthält, durch die die Laserstrahlung absorbiert wird, wie es eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht. Aufgrund dessen können die Bereiche, die dem Verschweißen von Bauteilen dienen, gezielt ausgebildet werden. Ferner ist es dadurch ermöglicht, den Energieeintrag durch Plazierung der Absorber zu beeinflussen, wodurch die Fügezone gezielt ausgebildet werden kann. Zudem ist durch Verwendung der Absorber die Absorptionsfähigkeit des Materials beeinflußbar, so daß beispielsweise die Absorptionsfähigkeit des Materials durch Verwendung von Absorbern gesteigert werden kann.
- Als Absorber sind unterschiedliche Mittel einsetzbar, so daß eine vorteilhafte Weiterbildung dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens ein Bauteil verwendet wird, das als Absorber Partikel und/oder Additive und/oder Klebstoffe und/oder Farbstoffe und/oder dergleichen Zusatzstoffe enthält. Für das Fügen von Bauteilen ist es damit ausreichend, daß lediglich ein Bauteil Absorber enthält. Infolgedessen kann auf einfache Art und Weise die Absorptionsfähigkeit eines Bauteiles bezüglich der Laserstrahlung beeinflußt werden, indem beispielsweise Farbstoffe oder Farbpartikel in das Material des Bauteiles eingebracht werden. Darüber hinaus sind Additive für die Absorption der Laserstrahlung nutzbar, die z. B. dem Material des Bauteiles beigemischt sind.
- Bei Verwendung eines ohnehin in dem Material des Bauteiles vorhandenen Farbstoffes als Absorber ist Laserstrahlung ohne Veränderung insbesondere der mechanischen Bauteileigenschaften absorbierbar.
- Ferner ist es möglich, gezielt Füllstoffe zu verwenden, die im Bauteil angeordnet sind. Die Absorptionsfähigkeit kann auch dadurch beeinflußt werden, daß Zusatzstoffe, wie es beispielsweise auch Bauelemente sein können, in oder an dem Bauteil angeordnet sind. Die Anordnung des Absorbers kann unterschiedlich sein und beispielsweise in wie auch am Bauteil erfolgen.
- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Laserstrahlung an der Oberfläche und/oder in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche wenigstens eines der Bauteile absorbiert wird. Die Oberfläche dient damit zur Ausbildung einer Fügezone, so daß erfindungsgemäß unter unmittelbarer Nähe ein Bereich verstanden wird, dessen Abstand zu der der Fügezone zugewandten Oberfläche geringer ist als sein Abstand zu der der Fügezone abgewandten Oberfläche des Bauteiles. Damit verbunden ist der Vorteil, daß der Bereich der Fügezone unterschiedlich groß ausgebildet werden kann, wodurch die mechanische Belastbarkeit der Fügezone an die jeweils gestellten Anforderungen anpaßbar ist. Außerdem ergibt sich auf diese Weise eine höhere Effizienz.
- Zudem sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Laserstrahlung an wenigstens einer laserabsorbierenden Schicht, insbesondere Beschichtung, wenigstens eines der Bauteile absorbiert wird.
- Ein damit verbundener Vorteil bezieht sich auf ein gezieltes Einbringen der Wärmeentwicklung, so daß beispielsweise eine Beschichtung des Bauteiles dazu dienen kann, die Laserstrahlung an der Oberfläche des Bauteiles zu absorbieren. Ferner können die Schichten auch innerhalb des Bauteiles angeordnet sein, so daß die Laserstrahlung im Volumen des Bauteiles absorbiert wird.
- Darüber hinaus ist es möglich, die Schicht gezielt in dem Bauteil anzuordnen, indem beispielsweise Absorber verwendet werden, die eine entsprechende Schicht in dem Bauteil ausbilden. Daneben ist die Ausbildung einer entsprechenden laserabsorbierenden Schicht auch durch die Materialzusammensetzung bzw. den Materialaufbau des Bauteiles möglich.
- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß wenigstens zwei langfaserverstärkte Bauteile mittels wenigstens eines weiteren wenigstens abschnittsweise für die Laserstrahlung transparenten Bauteiles miteinander verschweißt werden, indem jeweils wenigstens eine Fügezone jeweils zwischen einem der langfaserverstärkten Bauteile und dem weite ren Bauteil gebildet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß zwei langfaserverstärkte Bauteile, die zunächst nicht miteinander direkt verschweißbar sind, über ein zusätzliches Bauteil miteinander verschweißt werden können.
- Erfindungsgemäß wird unter transparent auch die Eigenschaft einer teilweisen Transparenz verstanden.
- Es entsteht insbesondere der Vorteil, daß durch ein derartiges Verschweißen der langfaserverstärkten Bauteile die Eigenschaften des dadurch entstehenden Gesamtbauteiles gezielt beeinflußt werden können.
- Langfaserverstärkte Bauteile zeichnen sich beispielsweise durch eine geringe Verformbarkeit aus, die erfindungsgemäß dadurch kompensierbar ist, daß ein weiteres Bauteil für das Verschweißen der langfaserverstärkten Bauteile verwendet wird, das eine höhere Verformbarkeit bzw. Elastizität aufweist. Infolgedessen können beispielsweise auch Bauteilspannungen abgebaut werden, so daß eine Verformung des weiteren Bauteils bzw. der weiteren Bauteile ein Versagen der langfaserverstärkten Bauteile verhindert. Somit kann die Betriebssicherheit der gefügten Bauteile erhöht werden.
- Als weiteres Bauteil ist erfindungsgemäß auch ein Fluid verwendbar, welches z. B. durch die Laserstrahlung aushärtbar bzw. verfestigbar ist. Das Fluid kann zudem nach dem Schweißvorgang dauerelastisch ausgebildet sein. Das Fluid kann auch flüchtig sein, so dass es lediglich für den Schweißvorgang ein- bzw. aufgebracht wird und insbesondere durch die enstehende Wärme bzw. Wirkung der Laserstrahlung während des Verschweißens wenigstens teilweise schwindet.
- Zur Sicherstellung einer guten Verschweißbarkeit ist eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bau teil verwendet wird, dessen Fasern wenigstens abschnittsweise in einer Matrix angeordnet sind, die wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht oder einen thermoplastischen Werkstoff enthält. Dabei kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, daß der thermoplastische Werkstoff ein thermoplastisches Elastomer ist oder ein thermoplastisches Elastomer enthält, wie es eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.
- Dadurch entsteht der Vorteil, daß das Fügen von Bauteilen auch unter geringem Energieeintrag in das Bauteil möglich ist.
- Darüber hinaus sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil verwendet wird, dessen Fasern wenigstens abschnittsweise in einer Matrix angeordnet sind, die wenigstens teilweise aus einem duroplastischen Werkstoff besteht oder einen duroplastischen Werkstoff enthält.
- Das Fügen von Bauteilen kann erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, daß wenigstens eines der Bauteile wenigstens eine Übergangszone aufweist, innerhalb derer sich die Transparenz des Bauteiles für die Laserstrahlung räumlich verändert, wobei die Fügezone entlang der Kontaktfläche zwischen den Bauteilen in einem Bereich höherer Transparenz gebildet wird. Für das Fügen von Bauteilen ist es damit ausreichend, daß ein Bauteil eine Übergangszone aufweist, die ein Verschweißen von Bauteilen ermöglicht, die mittels Laserstrahlung direkt nicht verschweißbar sind, wie es z. B. laserstrahlundurchlässige Bauteile sind.
- Ferner ist es möglich, daß sich die Transparenz des Bauteiles für die Laserstrahlung in der Übergangszone allmählich ändert, wie es eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht. Dadurch kann die Übergangszone z. B. durch Veränderung der Absorberverteilung bzw. -konzentration im Material gebildet werden. Erfindungsgemäß kann sich die Übergangszone auch über das ganze Bauteil erstrecken.
- Zudem besteht eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung darin, daß wenigstens eines der Bauteile durch Kohlefasern und/oder Aramidfasern und/oder Glasfasern und/oder Naturfasern verstärkt ist.
- Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil und ein unverstärktes oder kurzfaserverstärktes Bauteil miteinander verschweißt werden.
- Überdies ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung daduch gegeben, daß in die Fügezone wenigstens abschnittsweise ein Zusatzwerkstoff eingebracht wird. Dadurch entsteht der Vorteil, daß durch den Zusatzwerkstoff die mechanische Belastbarkeit der Fügestelle erhöht werden kann, beispielsweise indem der Zusatzwerkstoff die Bauteile zusätzlich klebstoffartig miteinander verbindet.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele für die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen von Bauteilen dargestellt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer beispielartigen Vorrichtung sowie verschiedener beispielartiger Fügestellen, die durch Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise mittels der beispielartigen Vorrichtung herstellbar sind, dargestellt. Dabei bilden alle beanspruchten, beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfas sung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
- Die Figuren der Zeichnung zeigen eine Auswahl von Beispielen für die Durchführung bzw. Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in jeweils einer zur besseren Übersicht auf die das Verständnis unterstützenden Elemente detailreduzierten Darstellung. Die Darstellungen sind daher weder maßstabs- noch detailgetreu. Gleiche oder ähnliche Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
- Es zeigt:
-
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Vorrichtungsbeispiels zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Schnittdarstellung, -
2 ein erstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in1 , -
3 ein zweites Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in1 , -
4 ein drittes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in1 , -
5 ein viertes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in1 , -
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in1 , -
7 ein sechstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der glei chen Darstellungsweise wie in1 , -
8 ein siebstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in1 , -
9 ein achtes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie1 , -
10 ein neuntes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie1 , -
11 ein zehntes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie1 . -
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung2 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird ein Bauteil4 verwendet, das aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der unverstärkt ist. Das Bauteil4 wird mit dem Bauteil6 verschweißt, wobei das Bauteil6 aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff besteht. Die beiden Bauteile4 ,6 werden in einer Fügezone8 miteinander verschweißt, wobei der dazu notwendige Wärmeeintrag erfindungsgemäß durch Laserstrahlung10 erzeugt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Laserstrahlung10 nicht fokussiert. Sofern erforderlich, kann erfindungsgemäß auch mit fokussierter oder defokussierter Laserstrahlung10 gearbeitet werden. Dabei ist das Bauteil4 für die Laserstrahlung10 transparent, und das Bauteil6 absorbiert die Laserstrahlung10 im Bereich der Fügezone8 an seiner Oberfläche12 . Durch die Absorption der Laserstrahlung10 erwärmt sich das Material des Bauteils6 wie auch das Material des Bauteils4 , so daß die beiden Bauteile4 ,6 in der Fügezone8 miteinander verschweißt werden. - Während des Schweißprozesses werden die beiden Bauteile
4 ,6 mit einer Fügekraft14 beaufschlagt, die über eine Halteeinrichtung16 der Vorrichtung2 erzeugt wird. In diesem Ausführungsbeispiel überlappt das Bauteil4 das Bauteil6 , so daß die Bauteile4 ,6 nach Art eines Überlappungsstoßes angeordnet sind und in dieser Anordnung miteinander verschweißt werden. -
2 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Bauteil4 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff besteht, der eine Übergangszone18 aufweist. Die Übergangszone bildet einen Übergang vom kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff zu einem glasfaserverstärkten oder unverstärkten Kunststoff, in der sich die Transparenz des Bauteiles4 für die Laserstrahlung10 räumlich verändert, wobei die Fügezone8 entlang der Kontaktfläche20 zwischen den Bauteilen4 ,6 in dem Bereich22 höherer Transparenz gebildet wird. -
3 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zwei langfaserverstärkte Bauteile6 ,6' mittels eines weiteren für die Laserstrahlung10 transparenten Bauteiles4 miteinander verschweißt werden, indem eine Fügezone8 ,8' jeweils zwischen einem der langfaserverstärkten Bauteile6 ,6' und dem weiteren Bauteil4 gebildet wird. Dazu überlappt in diesem Ausführungsbeispiel das weitere Bauteil4 sowohl das Bauteil6 als auch das Bauteil6' . Die Bauteile6 ,6' berühren sich an einer Stoßfläche24 , so daß die Bauteile6 ,6' nach Art eines Stumpfstoßes zueinander angeordnet sind und in dieser Anordnung über das Bauteil4 miteinander verbunden sind. -
4 zeigt ein drittes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem das Verschweißen der Bauteile6 ,6' gemäß dem in3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt, wobei in diesem Beispiel zwei weitere Bauteile4 ,4' verwendet werden, die einander parallel gegenüberliegend angeordnet sind, so daß die Bauteile6 ,6' zwischen den Bauteilen4 ,4' angeordnet sind. Die Bauteile6 ,6' werden wiederum nach Art eines Stumpfstoßes zueinander angeordnet und über die Bauteile4 ,4' miteinander verbunden, wobei das Bauteil4 in einer Fügezone8 mit dem Bauteil6 und in einer Fügezone8' mit dem Bauteile6' verschweißt wird. - In analoger Weise wird das Bauteil
4' mit dem Bauteil6 in einer Fügezone8'' und mit dem Bauteil6' in einer Fügezone8''' verschweißt. Die beiden Bauteile4 ,4' sind zum Verschweißen mit den Bauteilen6 ,6' für die Laserstrahlung10 transparent. Die Verschweißung der Bauteile kann gleichzeitig erfolgen. Die Fügezonen8 ,8' ,8'' ,8''' können allerdings auch nacheinander erzeugt werden, indem die Laserstrahlung10 zunächst auf die Fügezone8 fokussiert wird und nach Verschweißen des Bauteiles4 mit dem Bauteil6 das Bauteil4 mit dem Bauteil6' verschweißt wird. Daraufhin erfolgt in gleicher Art und Weise das Verschweißen des Bauteiles4' mit den Bauteilen6 ,6' . -
5 zeigt ein viertes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem ein Bauteil4 mit einem Bauteil6 verschweißt wird, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Enden26 ,26' der Bauteile4 ,6 so angefast sind, daß die Kontaktfläche20 zu Horizontalen geneigt ist. Die Kontaktfläche20 kann dabei auch treppenstufenartig ausgebildet sein. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, daß eines der Bauteile4 ,6 eine räumlich variierende Transparenz aufweist. -
6 zeigt ein fünftes Anwendungsbeispiel, bei dem das Bauteil6 und das Bauteil6' nach Art eines Stumpfstoßes zueinander angeordnet sind und in dieser Anordnung miteinander verbunden werden, wobei ein weiteres für die Laserstrahlung transparentes Bauteil4 für das Verschweißen der Bauteile6 ,6' verwendet wird. - Die Enden
26 ,26' der Bauteile6 ,6' sind jeweils angefast und nach Art eines Stumpfstoßes für eine V-Naht angeordnet und in dieser Anordnung miteinander über das Bauteil4 verbunden. Zum Verschweißen der Bauteile6 ,6' ist das Bauteil4 im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet und wird in einer Fügezone8 mit dem Bauteil6 und in einer Fügezone8' mit dem Bauteil6' verschweißt. Dadurch werden die beiden Bauteile6 ,6' miteinander verbunden, ohne daß diese direkt miteinander verschweißt werden. - In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Bauteil
4 aus einem unverstärkten Material oder einem glasfaserverstärkten Material, und die Bauteile6 ,6' bestehen aus einem langfaserverstärkten Material. Die Zuordnung der Werkstoffe kann jedoch beispielsweise auch umgekehrt werden. -
7 zeigt ein sechstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das analog zum fünften Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, jedoch mit dem Unterschied, daß die ”angefasten” Enden26 ,26' der Bauteile6 ,6' treppenstufenartig ausgebildet sind. -
8 zeigt ein siebtes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Dabei werden die Bauteile4 ,6 miteinander verschweißt, indem das Ende26 des Bauteiles4 nach Art einer Gabel ausgebildet ist, in die das Ende26' des Bauteiles6 formschlußartig eingreift. Die Bauteile4 ,6 werden durch zwei Fügezonen8 ,8' miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Bauteile4 ,6 durch weitere Fügezonen miteinander verbunden werden. -
9 zeigt ein achtes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem das Bauteil4 rechtwinklig zum Bauteil4' nach Art eines T-Stoßes angeordnet ist. Die Bauteile6 ,6' sind im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet und beidseitig zum Bauteil4 derart angeordnet, daß das Bauteil6 mit dem Bauteil4 in einer Fügezone8 und mit dem Bauteil4' in einer Fügezone8' verschweißt werden. Auf analoge Weise wird das Bauteil6' mit den Bauteilen4 ,4' jeweils in einer Fügezone8'' ,8''' verschweißt. Die Bauteile4 ,4' werden auf diese Weise durch die Bauteile6 ,6' miteinander verbunden. Die Bauteile4 ,4' sind langfaserverstärkt und die Bauteile6 ,6' bestehen aus einem unverstärkten bzw. glasfaserverstärkten Material. -
10 zeigt ein neuntes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem die Bauteile4 ,4' auf gleiche Weise wie im achten Ausführungsbeispiel zur Bildung eines T-Stoßes angeordnet sind. Im Unterschied zum achten Anwendungsbeispiel sind die Bauteile6 ,6' winkelartig geformt. Das Verschweißen der Bauteile6 ,6' mit den Bauteile4 ,4' erfolgt in den Fügezonen8 ,8' ,8'' ,8''' auf gleiche Weise wie im achten Anwendungsbeispiel. -
11 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem die Bauteile4 ,4' auf gleiche Weise wie im achten bzw. neunten Ausführungsbeispiel zur Bildung eines T-Stoßes angeordnet sind. Im Unterschied dazu sind die Bauteile6 ,6' jedoch geradlinig nach Art einer Lasche geformt, so daß sie über ihre Stoßflächen24 ,24' mit dem Bauteil4 und über ihre Oberflächen12 ,12' mit dem Bauteil4' verbunden sind. - Die Laserstrahlung kann zur Bildung der Fügezonen
8 ,8' ,8'' ,8''' in jeweils unterschiedlichen Winkelstellungen zum Bauteil4 bzw. Bauteil4' bzw. zum Bau teil6 bzw. Bauteil6' angeordnet sein. Die Fügezonen8 ,8' ,8'' ,8''' können auch ein Zusatzmittel, beispielsweise einen Klebstoff aufweisen. Ferner kann auch wenigstens eine der Fügezonen8 ,8' ,8'' ,8''' ausschließlich durch Verwendung eines Klebstoffs ausgebildet sein, so daß unterschiedlich hergestellte Fügezonen8 ,8' ,8'' ,8''' miteinander zum Verbinden der Bauteile4 ,4' verwendet werden. - Die dargestellten Anwendungsbeispiele stellen keine abschließende Auflistung der Anwendungsmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes Verfahren dar. So ist die genannte Zuweisung der Werkstoffarten zu den einzelnen Bauteilen variierbar. Ferner kann die Laserstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen eingebracht werden. Die Herstellung der Verschweißung kann in einem Arbeitsschritt, aber auch in verschiedenen Arbeitsschritten erfolgen. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Schweißverfahren kombinierbar, so daß die Fügezonen durch unterschiedliche Verfahren hergestellt sein können.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (15)
- Verfahren zum Fügen von Bauteilen, die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist, bei dem die Bauteile in einer Fügezone miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (
4 ,4' ,6 ,6' ) mittels durch Laserstrahlung (10 ) erzeugten Wärmeeintrags in die Fügezone (8 ,8' ,8'' ,8''' ) verschweißt werden, wobei wenigstens eines der Bauteile (4 ,4' ,6 ,6' ) wenigstens teilweise für die Laserstrahlung (10 ) transparent ist und wobei die Laserstrahlung (10 ) von wenigstens einem der Bauteile (4 ,4' ,6 ,6' ) wenigstens teilweise absorbiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung (
10 ) wenigstens teilweise an Fasern und/oder einer Faserbeschichtung des langfaserverstärkten Bauteiles absorbiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material wenigstens eines der Bauteile (
4 ,4' ,6 ,6' ) Absorber enthält, durch die die Laserstrahlung (10 ) absorbiert wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Bauteil (
4 ,4' ,6 ,6' ) verwendet wird, das als Absorber Partikel und/oder Additive und/oder Füllstoffe und/oder Farbstoffe und/oder dergleichen Zusatzstoffe enthält. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung (
10 ) an der Oberfläche (12 ,12' ) und/oder in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche (12 ,12' ) wenigstens eines der Bauteile (4 ,4' ,6 ,6' ) absorbiert wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung (
10 ) an wenigstens einer laserabsorbierenden Schicht, insbesondere Beschichtung, wenigstens eines der Bauteile (4 ,4' ,6 ,6' ) absorbiert wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei langfaserverstärkte Bauteile mittels wenigstens eines weiteren wenigstens abschnittsweise für die Laserstrahlung (
10 ) transparenten Bauteiles miteinander verschweißt werden, indem jeweils wenigstens eine Fügezone (8 ,8' ,8'' ,8''' ) jeweils zwischen einem der langfaserverstärkten Bauteile und dem weiteren Bauteil gebildet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein langfaser verstärktes Bauteil verwendet wird, dessen Fasern wenigstens abschnittsweise in einer Matrix angeordnet sind, die wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht oder einen thermoplastischen Werkstoff enthält.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Werkstoff ein thermoplastisches Elastomer ist oder ein thermoplastisches Elastomer enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil verwendet wird, dessen Fasern wenigstens abschnittsweise in einer Matrix angeordnet sind, die wenigstens teilweise aus einem duroplastischen Werkstoff besteht oder einen duroplastischen Werkstoff enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Bauteile wenigstens eine Übergangszone (
18 ) aufweist, innerhalb derer sich die Transparenz des Bauteiles (4 ,4' ,6 ,6' ) für die Laserstrahlung (10 ) räumlich verändert, wobei die Fügezone (8 ,8' ,8'' ,8''' ) entlang der Kontaktfläche (20 ) zwischen den Bauteilen (4 ,4' ,6 ,6' ) in einem Bereich höherer Transparenz gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Transparenz des Bauteiles (
4 ,4' ,6 ,6' ) für die Laserstrahlung (10 ) in der Übergangszone (18 ) allmählich ändert. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Bauteile (
4 ,4' ,6 ,6' ) durch Kohlefasern und/oder Aramidfasern und/oder Glasfasern und/oder Naturfasern verstärkt ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil und ein unverstärktes oder kurzfaserverstärktes Bauteil miteinander verschweißt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Fügezone (
8 ,8' ,8'' ,8''' ) wenigstens abschnittsweise ein Zusatzwerkstoff eingebracht wird.
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R003 | Refusal decision now final |