DE102009051392A1

DE102009051392A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil und mindesten einem Kunststoffbauteil und formschlüssig gefügter Verbundkörper

Info

Publication number: DE102009051392A1
Application number: DE200910051392
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. 10587 Eßer; Bert Dr. 10997 Rietman
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2009-10-31
Filing date: 2009-10-31
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-11-01
Also published as: DE102009051392B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers 1 aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil 2 und mindestens einem Kunststoffbauteil 4, bei dem an einer Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, die an dem Kunststoffbauteil 4 in Anlage zu bringen ist, mindestens ein vorstehendes Eingriffselement 6 ausgebildet wird und dann das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 flächig zusammengepresst werden, wobei das mindestens eine Eingriffselement mit dem Kunststoffbauteil 4 in Eingriff gebracht wird und dabei in letzterem einen Hinterschnitt 10 bildet, der das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 formschlüssig zu dem Verbundkörper 1 fügt. Um für eine Orientierung des Formschlusses des herzustellenden Verbundkörpers 1 an dessen Lastpfaden 11 zu sorgen wird erfindungsgemäß in der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, die an dem Kunststoffbauteil 4 in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsanordnung 5 mit einer Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente 6 mit jeweiliger Schneide 7 eingeprägt wird, worauf die einzelnen Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jeweils um eine Biegekante 8 aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 jeweils ein Eingriffselement 6 bildend heraus gebogen und nachfolgend beim Zusammenpressen des Metallbauteils 2 und des Kunststoffbauteils 4 in dieses eingeschnitten werden, wobei die einzelnen Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jeweils einen Hinterschnitt 10 in dem Kunststoffbauteil 4 bilden und das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 an einer entsprechenden Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper 1 derart verbunden werden, dass die einzelnen Verzahnungselemente 6 jeweils zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers 1 in Richtung der entsprechenden Lastpfade 11 im Verbundkörper 1 ausgerichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil, bei dem an einer Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, mindestens ein vorstehendes Eingriffselement ausgebildet wird und dann das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil flächig zusammengepresst werden, wobei das mindestens eine Eingriffselement mit dem Kunststoffbauteil in Eingriff gebracht wird und dabei in letzterem einen Hinterschnitt bildet, der das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil formschlüssig zu dem Verbundkörper verbindet.
Die Erfindung betrifft ebenso einen formschlüssigen Verbundkörper gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 8 und 9.
Bei der Verbindungstechnik für Kunststoff-Metall-Komponenten existieren grundsätzlich zwei Vorgehensweisen, und zwar einerseits die Herstellung kraftschlüssiger Verbindungen z. B. durch Anspritzen des Kunststoffs an die Metallkomponente im Spritzgussverfahren, bekannt als „in Mould Assembly” (IMA), oder andererseits durch ein formschlüssiges Fügen des Kunststoff- und der Metallkomponente, die dabei über einen Hinterschnitt verbunden werden, was als „Post Moulding Assembly” (PMA) bezeichnet wird (vgl. „Kunststoff und Metall im festen Verbund" von Ulrich Endemann, Stefan Glaser und Martin Völker, in KU Kunststoffe, Jahrgang. 92 (2002) 11, S. 110–113"). Entscheidend für einen festen Verbund bei dem bekannten Fügen von vorgefertigten Metall- und Kunststoffbauteilen ist das Vorhandensein eines Formschlusses.
So wird bei einem bekannten Verfahren gemäß der eingangs erwähnten Art, dem sogenannten „Kragenfugen” ( DE 10 2007 009 928 A1 ), in einem Metallblech zunächst eine Bohrung hergestellt und dann an dieser Stelle mit Hilfe eines Stempels ein Kragen in das Blech gezogen, der anschließend unmittelbar in die Wand des Kunststoffbauteils eingepresst wird. Um bei diesem Kragenfugen für den gewünschten Formschluss zu sorgen, wird durch geeignete Prozessführung an der Kragenstirnseite ein Hinterschnitt erzeugt, der dem in die Wand des Kunststoffbauteils eingepressten Kragen einen guten Halt im Kunststoff verleiht.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, den Formschluss des herzustellenden Verbundkörpers an dessen Lastpfaden zu orientieren, um für eine optimierte Lasteinleitung über die Dauer eines Einsatzes des Verbundkörpers zu sorgen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers gemäß der eingangs genannten Art derart zur Verfügung zu stellen, dass der oben genannten Zielstellung Genüge getan wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
in der Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsanordnung mit einer Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente mit jeweiliger Schneide eingeprägt wird,
die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung anschließend jeweils um eine Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils jeweils ein Eingriffselement bildend heraus gebogen und
nachfolgend beim Zusammenpressen des Metallbauteils und des Kunststoffbauteils in dieses eingeschnitten werden,
wobei die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jeweils einen Hinterschnitt in dem Kunststoffbauteil bilden und das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil an einer entsprechenden Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper derart verbunden werden, dass die einzelnen Verzahnungselemente jeweils zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers in Richtung der entsprechenden Lastpfade im Verbundkörper ausgerichtet werden.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass
in die Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsordnung mit einer Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente eingeprägt wird,
die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung anschließend jeweils um eine Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils jeweils ein Eingriffselement bildend heraus gebogen werden und
in der Oberfläche des Kunststoffbauteils, an der die Oberfläche des Metallbauteils in Anlage zu bringen ist, an Positionen, die jeweils kongruent zu den Positionen der aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus zu biegenden Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung im zu bildenden Verbundkörper sind, hinterschnittige Aussparungen jeweils einer solchen Tiefe und Breite spritzgussmäßig gebildet werden, dass die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung beim Zusammenpressen des Metallbauteils und des Kunststoffbauteils jeweils in die zugeordnete Aussparung einzuführen sind und an deren Hinterschnitt derart einrasten, dass das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil über eine entsprechende Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper verbunden werden und dabei die einzelnen Verzahnungselemente zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der jeweiligen entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers in Richtung der entsprechenden Lastpfade im Verbundkörper ausgerichtet werden.
Der Verbundkörper kann sandwichartig aus einem Metallbauteil-Paar in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil, das zwischen den beiden Metallbauteilen zu positionieren ist, gebildet werden, indem die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jedes Metallbauteils jeweils in die ihnen gegenüberliegende Oberfläche des Kunststoffbauteils eingeschnitten werden.
Ebenso kann der Verbundkörper sandwichartig aus einem Metallbauteil-Paar in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil, in dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen jeweils die hinterschnittigen Aussparungen vorzusehen sind und das zwischen den beiden Metallbauteilen zu positionieren ist, gebildet werden, indem die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jedes Metallbauteils jeweils in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen in den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kunststoffbauteils eingerastet werden.
Weiterhin kann der Verbundkörper sandwichartig aus zwei Kunststoffbauteilen und dem zwischen diesen zu positionierenden Metallbauteil gebildet werden, auf dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen in zueinander versetzter Position jeweils eine Verzahnungsanordnung aus der Vielzahl der Verzahnungselemente einzuprägen ist, die nach ihrem Herausbiegen aus der jeweils zugeordneten Oberfläche des Metallbauteils in das letzterer jeweils gegenüberliegende Kunststoffbauteil eingeschnitten werden bzw. in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen in der jeweiligen zugewandten Oberfläche des entsprechenden Kunststoffbauteils eingerastet werden.
Ebenso ist es möglich, den Verbundkörper aus dem Metallbauteil sowie zwei Kunststoffbauteilen, deren an dem Metallbauteil in Anlage zu bringende Oberflächen zueinander fluchtend zu positionieren sind, zu bilden, indem die Verzahnungsanordnung der Vielzahl der aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus zu biegenden Verzahnungselemente mit den zueinander fluchtend zu positionierenden Oberflächen der beiden Kunststoffbauteile diese überbrückend in Eingriff gebracht wird.
Vorzugsweise werden der Umriss der Einprägungen der einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung in der Oberfläche des Metallbauteils und/oder deren Anzahl und/oder Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung und/oder die Lage im Raum (x-, y-, z-Koordinaten) jedes aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenen Verzahnungselementes kraftflussorientiert entsprechend der vorauszuberechnenden statischen und/oder dynamischen Kräfte an jeder entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers mittels numerischer Simulation bestimmt.
Die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung können jede beliebige Form aufweisen sowie kombiniert werden. Die Gestaltung, Anzahl und Verteilung der Verzahnungselemente in der Ebene ist für jede Anwendung optimierbar. Die Form der aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenen Verzahnungselemente ist uneingeschränkt und kann – gesehen in der Frontansicht – z. B. quadratisch, kreisbogenförmig, dreieckförmig, trapezförmig oder rechteckförmig sein. Die kraftflussorientierte Gestaltung der Verzahnungselemente und damit die Ausbildung der entsprechenden formschlüssigen Verbindungen im gefügten Verbundkörper erfordern eine Ausrichtung der einzelnen Verzahnungselemente bzw. der jeweiligen formschlüssigen Verbindungen in der Richtung der größten Lasten an den Lastpfaden im gefügten Verbundkörper entlang.
Der formschlüssig gefügten Verbundkörper löst die oben genannte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 8 bzw. 9 beschriebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des formschlüssig geformten Verbundkörpers sind in den Patentsprüchen 10 bis 14 beschrieben.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert. In diesen sind:
1a und 1b schematische Ansichten eines Querschnitts des Metallbauteils mit in dessen Oberfläche eingeprägtem Verzahnungselement bzw. mit aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenem Verzahnungselement und
1c eine schematische Ansicht eines Querschnitts der ersten Ausführungsform des Verbundkörpers, der durch formschlüssiges Fügen des Metallbauteils nach 1b mit einem Kunststoffbauteil gebildet ist,
2 eine schematische Ansicht eines Querschnitts der ersten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers, wobei das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil zusätzlich durch eine zwischen diesen liegende Kleberschicht verbunden sind,
3a und 3b schematische Ansichten eines Querschnitts des Metallbauteils mit in dessen Oberfläche eingeprägtem Verzahnungselement bzw. mit aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenem Verzahnungselement und
3c eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer zweiten Ausführungsform des Verbundkörpers, der durch formschlüssiges Fügen des Metallbauteils nach 3b mit einem vorgefertigten Kunststoffbauteil hergestellt ist,
4 eine Draufsicht auf die Oberfläche des Metallbauteils, wobei eingeprägte Verzahnungselemente einer Verzahnungsanordnung gezeigt sind, die eine einheitliche Umrissform aufweisen,
5 eine Draufsicht auf die Oberfläche des Metallbauteils, wobei eingeprägte Verzahnungselemente einer Verzahnungsanordnung gezeigt sind, die eine andere einheitliche Umrissform aufweisen,
6 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer dritten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers,
7 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer fünften Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers und
8 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer siebten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers.
Wie aus den 1a bis 1c, 2 sowie 4 und 5 zu ersehen ist, wird zur Herstellung einer ersten Ausführungsform eines Verbundkörpers 1 zunächst ein Metallbauteils 2 in Stanz-Biegtechnik vorgefertigt, indem in eine Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, die an einem Kunststoffbauteil 4 in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsanordnung 5 mit einer Vielzahl Verzahnungselemente 6 mit jeweiliger Schneide 7 eingeprägt wird und die Verzahnungselemente 6 anschließend aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 jeweils ein vorstehendes Eingriffselement bildend um eine Biegekante 8 heraus gebogen werden.
Nachfolgend werden mittels eines oder mehrerer Fügewerkzeuge – symbolisiert durch die Pfeile 9 in 1c – das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 zusammen gepresst, wobei die aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, die an dem Kunststoffbauteil 4 zur Anlage kommt, heraus gebogenen Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 in das Kunststoffbauteil 4 eingeschnitten werden. Hierbei bilden die einzelnen Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jeweils einen Hinterschnitt 10 in dem Kunststoffbauteil 4, und das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 werden an einer entsprechenden Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper 1 derart verbunden, dass die einzelnen Verzahnungselemente 6 jeweils zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers 1 in Richtung der entsprechenden Lastpfade 11 (4) im Verbundkörper 1 ausgerichtet sind.
Wie aus 2 hervorgeht, kann zur Verstärkung des Formschlusses des Verbundkörpers 1 vor dem Zusammenpressen des Metallbauteils 2 und des Kunststoffbauteils 4 eine Kleberschicht 12 auf ersterem und/oder letzterem aufgetragen werden, durch die das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 im formschlüssig geformten Verbundkörper 1 zusätzlich miteinander verbunden werden.
Die Umrissgestaltung der in die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 einzuprägenden Verzahnungselemente 6 sowie ihre Vielzahl und ihre Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung 5 und/oder die Lage im Raum (x; y, z – Koordinaten) jedes aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogen Verzahnungselementes 6 können kraftflussorientiert entsprechend der vorauszuberechnenden statischen und/oder dynamischen Kräfte an jeder entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers 1 mittels numerischer Simulation bestimmt werden.
Die Form der aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 heraus gebogenen Verzahnungselemente 6 ist nicht eingeschränkt und kann – gesehen in der Vorderansicht – z. B. quadratisch, kreisbogenförmig, dreiecksförmig, trapezförmig oder rechteckförmig sein.
Die 5 und 6 zeigen z. B. in der Draufsicht auf das Metallbauteils 2 die in die Oberfläche 3 des letzteren eingeprägten Verzahnungselemente 6 einheitlich rechteckförmig bzw. parabelförmig geformt sowie jeweils im gleichen Abstand zueinander angeordnet und gleichmäßig verteilt in der Verzahnungsanordnung 5.
Aus den 3a bis 3c geht der Verfahrensablauf zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers 1 hervor. Hierbei wird wiederum das Metallbauteil 2 in Stanz-Biegetechnik vorgefertigt, indem in eine Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, die an dem Kunststoffbauteil 4 in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsanordnung 5 mit einer Vielzahl Verzahnungselemente 6 eingeprägt wird, die keine Schneide aufweisen (3a). Anschließend werden die Verzahnungselemente 6 aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 jeweils ein vorstehendes Eingriffselement bildend um eine Biegekante 8 heraus gebogen (3b). Zudem werden in der Oberfläche 13 des Kunststoffbauteils 4, an der die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 in Anlage zu bringen ist, an Positionen, die jeweils kongruent zu den Positionen der aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 heraus zu biegenden Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 im zu bildenden Verbundkörper 1 sind, hinterschnittige Aussparungen 14 spritzgussmäßig gebildet (3c). Die Aussparungen 14 werden jeweils in einer solchen Tiefe und Breite gestaltet, dass die Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung beim Zusammenpressen des Metallbauteils 2 und des Kunststoffbauteils 4 mittels eines oder mehrerer Fügewerkzeuge – die in 3c durch die Pfeile 9 symbolisiert sind – jeweils in die zugeordnete Aussparung 14 einzuführen sind und an deren Hinterschnitt einrasten. Hierbei werden das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 4 über eine entsprechende Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper 1 gefügt, und die einzelnen Verzahnungselemente 6 werden dabei zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der jeweiligen entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers 1 in Richtung der entsprechenden Lastpfade 11 (4) im Verbundkörper 1 ausgerichtet.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer dritten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers 1, die sandwichartig aus einem Paar identischer Metallbauteile 2, die spiegelbildlich zueinander anzuordnen sind, und dem Kunststoffbauteil 4, das zwischen den beiden Metallbauteilen 2 zu positionieren ist, gebildet wird, indem die Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jedes Metallbauteils 2 in die ihnen gegenüberliegende Oberfläche 3 des Kunststoffbauteils 4 beim Zusammenpressen der beiden Metallbauteile 2 und des zwischen diesen liegenden Kunststoffbauteils 4 eingeschnitten werden, wobei die einzelnen Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jedes Metallbauteils 2 jeweils einen Hinterschnitt in dem Kunststoffbauteil 4 bilden. Hierbei wird das Kunststoffbauteil 4 beidseitig mit je einem der beiden Metallbauteile 2 an einer entsprechenden Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem sandwichartigen Verbundkörper 1 verbunden.
Eine nicht dargestellte vierte Ausführungsform des formschlüssig geformten Verbundkörpers 1 ist derart herstellbar, dass der Verbundkörper 1 sandwichartig aus dem Metallbauteil-Paar in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil 4, in dessen einander gegenüberliegende Oberflächen 13 jeweils die hinterschnittigen Aussparungen 14 vorzusehen sind und das zwischen den beiden Metallbauteilen 2 zu positionieren ist, gebildet wird, indem die Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jedes Metallbauteils 2 jeweils in die hinterschnittige Aussparungen 14 in den einander gegenüberliegenden Oberflächen 13 des Kunststoffbauteils eingerastet werden.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer fünften Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers 1, die sandwichartig aus zwei Kunststoffbauteilen 4 und dem zwischen diesen zu positionierenden Metallbauteil 2 gebildet wird. In diesem Fall ist auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen 3 des Metallbauteils 2 in zueinander versetzter Anordnung jeweils eine Verzahnungsanordnung 5 aus der Vielzahl der Verzahnungselemente 6 einzuprägen. Die Verzahnungselemente 6 werden jeweils aus der zugeordneten Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 heraus gebogen und dann in das letzterer jeweils gegenüberliegende Kunststoffbauteil 4 eingeschnitten bzw. bei einer sechsten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers 1 in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen 14 in der jeweiligen zugewandten Oberfläche des entsprechenden Kunststoffbauteils 4 eingerastet.
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer siebten Ausführungsform des formschlüssig gefügten Verbundkörpers 1 aus dem Metallbauteil 2 sowie zwei Kunststoffbauteilen 4, 4, deren an dem Metallbauteil 2 flächig angepresste Oberflächen 13, 13 zueinander fluchtend positioniert sind, gebildet ist, indem die Verzahnungsanordnung 5 aus der Vielzahl der aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 heraus gebogenen Verzahnungselemente 6 mit den zueinander fluchtend positionierten Oberflächen 13, 13 der beiden Kunststoffbauteile 4, 4 diese überbrückend in Eingriff gebracht ist.
Bezugszeichenliste

1: Verbundkörper
2: Metallbauteil
3: Oberfläche des Metallbauteils
4: Kunststoffbauteil
5: Verzahnungsanordnung
6: Verzahnungselement
7: Schneide des Verzahnungselementes
8: Biegekante des Verzahnungselementes
9: Pfeile, die ein oder mehrere Fügewerkzeuge symbolisieren
10: Hinterschnitt
11: Lastpfade
12: Kleberschicht
13: Oberfläche des Kunststoffbauteils
14: Aussparungen

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 102007009928 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Kunststoff und Metall im festen Verbund” von Ulrich Endemann, Stefan Glaser und Martin Völker, in KU Kunststoffe, Jahrgang. 92 (2002) 11, S. 110–113” [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil, bei dem an einer Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, mindestens ein vorstehendes Eingriffselement ausgebildet wird und dann das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil flächig zusammengepresst werden, wobei das mindestens eine Eingriffselement mit dem Kunststoffbauteil in Eingriff gebracht wird und dabei in letzterem einen Hinterschnitt bildet, der das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil formschlüssig zu dem Verbundkörper verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsanordnung mit einer Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente mit jeweiliger Schneide eingeprägt wird, die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung anschließend jeweils um eine Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils jeweils ein Eingriffselement bildend heraus gebogen und nachfolgend beim Zusammenpressen des Metallbauteils und des Kunststoffbauteils in dieses eingeschnitten werden, wobei die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jeweils einen Hinterschnitt in dem Kunststoffbauteil bilden und das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil an einer entsprechenden Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper derart verbunden werden, dass die einzelnen Verzahnungselemente jeweils zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers in Richtung der entsprechenden Lastpfade im Verbundkörper ausgerichtet werden.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil, bei dem an der Oberfläche, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, mindestens ein vorstehendes Eingriffselement ausgebildet wird und dann das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil flächig zusammengepresst werden, wobei das mindestens eine Eingriffselement mit dem Kunststoffbauteil in Eingriff gebracht wird und dabei das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil über mindestens einen Hinterschnitt formschlüssig zu dem Verbundkörper verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage zu bringen ist, eine Verzahnungsordnung mit einer Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente eingeprägt wird, die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung anschließend jeweils um eine Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils jeweils ein Eingriffselement bildend heraus gebogen werden und in der Oberfläche des Kunststoffbauteils, an der die Oberfläche des Metallbauteils in Anlage zu bringen ist, an Positionen, die jeweils kongruent zu den Positionen der aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus zu biegenden Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung im zu bildenden Verbundkörper sind, hinterschnittige Aussparungen jeweils einer solchen Tiefe und Breite spritzgussmäßig gebildet werden, dass die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung beim Zusammenpressen des Metallbauteils und des Kunststoffbauteils jeweils in die zugeordnete Aussparung einzuführen sind und an deren Hinterschnitt derart einrasten, dass das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil über eine entsprechende Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper verbunden werden und dabei die einzelnen Verzahnungselemente zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der jeweiligen entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers in Richtung der entsprechenden Lastpfade im Verbundkörper ausgerichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper sandwichartig aus einem Metallbauteil-Paar in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil, das zwischen den beiden Metallbauteilen zu positionieren ist, gebildet wird, indem die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jedes Metallbauteils jeweils in die ihnen gegenüberliegende Oberfläche des Kunststoffbauteils eingeschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper sandwichartig aus einem Metallbauteil-Paar in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil, in dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen jeweils die hinterschnittigen Aussparungen vorzusehen sind und das zwischen den beiden Metallbauteilen zu positionieren ist, gebildet wird, indem die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jedes Metallbauteils jeweils in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen in den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kunststoffbauteils eingerastet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper sandwichartig aus zwei Kunststoffbauteilen und dem zwischen diesen zu positionierenden Metallbauteil gebildet wird, auf dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen in zueinander versetzter Position jeweils eine Verzahnungsanordnung aus der Vielzahl der Verzahnungselemente einzuprägen ist, die nach ihrem Herausbiegen aus der jeweils zugeordneten Oberfläche des Metallbauteils in das letzterer jeweils gegenüberliegende Kunststoffbauteil eingeschnitten werden bzw. in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen in der jeweiligen zugewandten Oberfläche des entsprechenden Kunststoffbauteils eingerastet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper aus dem Metallbauteil sowie zwei Kunststoffbauteilen, deren an dem Metallbauteil in Anlage zu bringende Oberflächen zueinander fluchtend zu positionieren sind, gebildet wird, indem die Verzahnungsanordnung der Vielzahl der aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus zu biegenden Verzahnungselemente mit den zueinander fluchtend zu positionierenden Oberflächen der beiden Kunststoffbauteile diese überbrückend in Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss der Einprägungen der einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung in der Oberfläche des Metallbauteils und/oder deren Anzahl und/oder Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung und/oder die Lage im Raum (x, y, z Koordinaten) jedes aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenen Verzahnungselementes kraftflussorientiert entsprechend der vorauszuberechnenden statischen und/oder dynamischen Kräfte an jeder entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers mittels numerischer Simulation bestimmt werden.
Formschlüssig gefügter Verbundkörper (1) aus mindestens einem vorgefertigten Metallbauteil (2) und mindestens einem Kunststoffbauteil (4), bei dem an einer Oberfläche (3) des Metallbauteils (2), die an dem Kunststoffbauteil (4) flächig angepresst ist, mindestens ein vorstehendes Eingriffselement ausgebildet ist und mit dem Kunststoffbauteil derart in Eingriff steht, dass das Eingriffselement im Kunststoffbauteil einen Hinterschnitt bildet, der das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil formschlüssig zu dem Verbundkörper verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Oberfläche (3) des Metallbauteils (2), die an dem Kunststoffbauteil (4) angepresst ist, eine Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente (6) mit jeweiliger Schneide (7) einer Verzahnungsanordnung (5) jeweils um eine Biegekante (8) ein Eingriffselement (6) bildend heraus gebogen und in das Kunststoffbauteil (4) eingeschnitten ist, wobei die einzelnen Verzahnungselemente (6) der Verzahnungsanordnung (5) jeweils einen Hinterschnitt (10) in dem Kunststoffbauteil (4) bilden und das Metallbauteil (2) und das Kunststoffbauteil (4) an einer entsprechenden Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper derart gefügt sind, dass die einzelnen Verzahnungselemente (6) jeweils zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers (1) in Richtung der entsprechenden Lastpfade (11) im Verbundkörper (1) ausgerichtet sind.
Formschlüssig gefügter Verbundkörper aus mindestens einem vorgefertigten Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil, bei dem an einer Oberfläche des Metallbauteils, an die das Kunststoffbauteil flächig angepresst ist, mindestens ein vorstehendes Eingriffselement ausgebildet und mit dem Kunststoffbauteil derart in Eingriff steht, dass das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil über mindestens einen Hinterschnitt formschlüssig zu dem Verbundkörper verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Oberfläche des Metallbauteils, die an dem Kunststoffbauteil in Anlage flächig angepresst ist, eine Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente (6) einer Verzahnungsanordnung (5) jeweils um eine Biegekante (8) ein Eingriffselement bildend heraus gebogen ist und jedes Verzahnungselement (6) in eine einer entsprechenden Vielzahl hinterschnittiger Aussparungen (14) eingerastet ist, die in der Oberfläche (13) des Kunststoffbauteils (4), an der die Oberfläche (3) des Metallbauteils (2) flächig angepresst ist, an Positionen, die jeweils kongruent zu den Positionen der aus der Oberfläche (3) des Metallbauteils (2) heraus zu gebogenen Verzahnungselemente (6) der Verzahnungsanordnung (5) im Verbundkörper (1) sind, jeweils mit einer solchen Tiefe und Breite spritzgussmäßig gebildet sind, dass die Verzahnungselemente (6) der Verzahnungsanordnung (5) im zusammenpressten Zustand des Metallbauteils (2) und des Kunststoffbauteils (4) jeweils in die zugeordnete Aussparung (14) eingeführt und an deren Hinterschnitt derart eingerastet sind, dass das Metallbauteil (2) und das Kunststoffbauteil (4) über eine entsprechende Vielzahl formschlüssiger Verbindungen zu dem Verbundkörper (1) sind und dabei die einzelnen Verzahnungselemente (6) zur Aufnahme der statischen und/oder dynamischen Kräfte an der jeweiligen entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers (1) in Richtung der entsprechenden Lastpfade (11) im Verbundkörper (1) ausgerichtet sind.
Verbundkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (1) sandwichartig aus einem Metallbauteil-Paar (2, 2) in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil (4), das zwischen den beiden Metallbauteilen (2, 2) positioniert ist, gebildet ist, indem die Verzahnungselemente (6) der Verzahnungsanordnung (5) jedes Metallbauteils (2) jeweils in die ihnen gegenüberliegende Oberfläche (13) des Kunststoffbauteils (4) eingeschnitten sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (1) sandwichartig aus einem Metallbauteil-Paar (2, 2) in spiegelbildlicher Anordnung und dem Kunststoffbauteil (4), in dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen (13, 13) jeweils die hinterschnittigen Aussparungen (14) vorgesehen sind und das zwischen den beiden Metallbauteilen (2, 2) positioniert ist, gebildet ist, indem die Verzahnungselemente (6) der Verzahnungsanordnung (5) jedes Metallbauteils (2) jeweils in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen (14) in den einander gegenüberliegenden Oberflächen (13, 13) des Kunststoffbauteils (4) eingerastet sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (1) sandwichartig aus zwei Kunststoffbauteilen (4, 4) und dem zwischen diesen zu positionierten Metallbauteil (2) gebildet ist, aus dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen (3, 3) in zueinander versetzter Position jeweils die Vielzahl der Verzahnungselemente (6) einer Verzahnungsanordnung (5) heraus gebogen und in das der jeweiligen Oberfläche (3) des Metallbauteils (2) jeweils gegenüberliegende Kunststoffbauteil (4) eingeschnitten bzw. in die zugeordneten hinterschnittigen Aussparungen (14) in der jeweiligen zugewandten Oberfläche (13) des entsprechenden Kunststoffbauteils (4) eingerastet ist.
Verbundkörper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (1) aus dem Metallbauteil (2) sowie zwei Kunststoffbauteilen (4, 4), deren an dem Metallbauteil (2) flächig angepresste Oberflächen (13, 13) zueinander fluchtend positioniert sind, gebildet ist, indem die Verzahnungsanordnung (5) aus der Vielzahl der aus der Oberfläche (3) des Metallbauteils (2) heraus gebogenen Verzahnungselemente (6) mit den zueinander fluchtend positionierten Oberflächen (13, 13) der beiden Kunststoffbauteile (4, 4) diese überbrückend in Eingriff gebracht ist.
Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der einzelnen aus der Oberfläche (3) des Metallbauteils (2) heraus gebogenen Verzahnungselemente (6) der Verzahnungsanordnung (5) und/oder deren Anzahl und/oder Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung (5) und/oder die Lage im Raum (x, y, z Koordinaten) jedes aus der Oberfläche (3) des Metallbauteils (2) heraus gebogenen Verzahnungselementes (6) kraftflussorientiert entsprechend der vorauszuberechnenden statischen und/oder dynamischen Kräfte an jeder entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers (1) mittels numerischer Simulation bestimmt sind.