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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundblechteils mit metallischem Randbereich, welches zwei äußere Deckbleche aus Metall und mindestens eine zwischen den Deckblechen angeordnete Schicht bestehend aus einem Kunststoff aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Verbundblechteile werden häufig in Form eines Sandwichbleches, welches zwei äußere Deckbleche aufweist und eine zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische, üblicherweise aus Kunststoff bestehende Schicht aufweist, verwendet. Ein Grund für die zunehmende Verwendung von Verbundblechteilen liegt darin, dass Verbundblechteile Eigenschaften aufweisen können, welche sich bei einem Blech aus Vollmaterial häufig gegenseitig ausschließen. Ein Verbundblechteil ermöglicht beispielsweise trotz seines geringen Gewichts lokal sehr gute Steifigkeiten und kann gleichzeitig sehr gute Schalldämpfungseigenschaften bereitstellen. Viele Anwendungen erfordern es aber, dass diese Verbundblechteile mit anderen Blechteilen oder Metallteilen gefügt werden müssen. Die häufig bei Blechen angewendeten Fügeverfahren, wie Schmelzschweißen und Löten, verursachen allerdings Probleme aufgrund ihres hohen Wärmeeintrags. Bei dem hohen Wärmeeintrag können Schäden am Verbundblechteil dadurch entstehen, dass die zwischen den Deckblechen angeordnete nichtmetallische Schicht bzw. Kunststoffschicht durch den Wärmeeintrag beschädigt wird und insofern eine ausreichend gute Verbindung zwischen einem Verbundblechteil und einem Metallteil nur schwer realisiert werden kann. Zur Lösung dieses Problems sind bisher unterschiedliche Ansätze versucht worden. Aus der japanischen Patentanmeldung
JP 06-087079 A ist bekannt, den für die Verbindung mit weiteren Teilen häufig benutzten Randbereich eines Verbundblechteils für eine Schweißverbindung dadurch bereitzustellen indem der Randbereich des Verbundblechteils zunächst erwärmt wird, die beiden äußeren Deckbleche im Randbereich aufgebogen und die zwischen den Deckblechen angeordnete Kunststoffschicht und Verwendung von abrasiven Mitteln entfernt wird. Anschließend werden die Deckbleche des Randbereichs miteinander verschweißt, so dass ein Verbundblechteil mit einem rein metallischen Randbereich, welcher für die üblichen Fügeverfahren verwendet werden kann, zur Verfügung steht. Diese Verfahren ist allerdings sehr aufwendig und lässt sich nur schwer automatisieren.
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Ausgehend vom diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundblechteils mit einem metallischen Randbereich zur Verfügung zu stellen, welches eine wirtschaftliche Herstellung eines entsprechenden Verbundblechteils und einen hohen Automatisierungsgrad ermöglicht. Daneben ist es Aufgabe der Erfindung, eine für die Durchführung des Verfahrens zu verwendende Vorrichtung vorzuschlagen.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass
- – ein ausgewählter Randbereich des Verbundblechteils derart erwärmt wird, dass die zwischen den äußeren Deckblechen angeordnete Kunststoffschicht erweicht,
- – durch eine Kraftbeaufschlagung auf mindestens ein äußeres Deckblech in dem Randbereich die Deckbleche punkt- oder bereichsweise gegeneinander gedrückt werden, so dass die Kunststoffschicht in dem mit einer Kraft beaufschlagten Randbereich austritt und
- – anschließend oder gleichzeitig mit der Kraftbeaufschlagung beide Deckbleche im gequetschten Randbereich zumindest bereichs- oder punktweise miteinander gefügt werden.
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Im Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden die Deckbleche nicht aufgebogen und die Kunststoffschicht über abrasive Mittel entfernt, sondern durch eine Kraftbeaufschlagung auf mindestens ein äußeres Deckblech die Kunststoffschicht aus dem Randbereich herausgedrückt. Als Randbereich eines Verbundblechteils wird ein Bereich des Verbundblechteils mit einem Abstand von 10 mm bis 100 mm von der Kante des Verbundblechteils verstanden. Durch das bereichsweise bzw. punktweise Fügen der beiden äußeren Deckbleche in diesen Randbereichen, in welchen der Kunststoff entfernt worden ist, wird ein Verbundblechteil auf einfache Weise erhalten, dass einen rein metallischen Randbereich aufweist, welcher insofern auch für die üblicherweise verwendeten Fügeverfahren, wie beispielsweise Schmelzschweißen oder Löten, geeignet ist. Dadurch, dass auf das Aufbiegen der äußeren Deckschichten und das Entfernen der Kunststoffschicht unter Verwendung abrasiver Mittel verzichtet werden kann, wird erreicht, dass die Herstellung eines Verbundblechteils mit einem rein metallischen Randbereich deutlich wirtschaftlicher erfolgen kann. Das Verfahren kann sehr gut automatisiert werden und stellt im Ergebnis sehr gut fügbare Verbundblechteile zur Verfügung.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der im Randbereich austretende Kunststoff mechanisch und/oder über eine Absaugvorrichtung zumindest teilweise entfernt. Ein mechanisches Entfernen des austretenden Kunststoffes kann beispielsweise durch Abschaben unter Verwendung einer Abschabevorrichtung durchgeführt werden. Denkbar ist auch die Kombination aus einer Absaugvorrichtung, welche den austretenden, weichen Kunststoff absaugt und einer Abschabevorrichtung, so dass eine Nachbearbeitung der äußeren Randbereiche des Verbundblechteils nach der Erzeugung des metallischen Randbereichs nicht mehr notwendig ist. Die Abschabevorrichtung kann auch gleichzeitig für weitere Zwecke, beispielsweise die Elektrodenreinigung verwendet werden, beispielsweise wenn die Rollenelektroden zur Erwärmung des Randbereichs bzw. zum Fügen der Randbereiche verwendet werden.
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Erfolgt die Erwärmung des Randbereichs des Verbundblechteils konvektiv, konduktiv, induktiv, durch Reibung und/oder unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung kann eine anwendungsangepasste Erwärmungsform des Randbereichs des Verbundblechteils gewährleistet werden. Bei der konvektiven Erwärmung findet der Wärmeübertrag beispielsweise durch heiße Gase über Konvektion statt. Es wird ausgenutzt, dass die Deckbleche die Wärme lokal sehr gut an die zwischen ihnen angeordnete Kunststoffschicht übertragen können. Über eine konduktive Erwärmung, kann die Erwärmungszone lokal auf eng begrenzte Bereiche, nämlich den Kontaktstellen, durch welche der Strom fließen soll, begrenzt werden. Darüber hinaus können die Mittel zur konduktiven Erwärmung auch zur Kraftbeaufschlagung verwendet werden. In den Fällen, in welchen eine berührungslose, lokal eng begrenzte Erwärmung gewünscht wird, kann diese auch über Induktion, d. h. durch Induzieren von Wirbelströmen erfolgen. Eine weitere Möglichkeit zur Erwärmung der Randbereiche des Verbundblechteils, aus welchem die Kunststoffschicht entfernt werden soll, wird durch Reibung erzielt, beispielsweise in dem eine Sonotrode Ultraschallschwingungen auf das Verbundblechteil überträgt. Auch diese Erwärmung der Deckbleche des Verbundblechteils ist sehr lokal und gewährleistet, dass die Kunststoffschicht in den übrigen Bereichen des Verbundblechteils nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Gleichzeitig kann beispielsweise eine Ultraschallsonotrode nicht nur zur Kraftbeaufschlagung, sondern auch zur Schweißung der äußeren Deckbleche im Randbereich verwendet werden. Schließlich ermöglicht auch die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von Laserstrahlen im nahen Infrarotbereich oder auch Nahinfrarot(NIR)-Strahler eine besonders zügige und effektive Erwärmung spezifischer Randbereiche des Verbundblechteils. Die Verwendung elektromagnetischer Strahlung ermöglicht es, den Erwärmungsbereich besonders gezielt aufzuweiten oder einzuschränken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kraftbeaufschlagung unter Verwendung mindestens einer oder mehrerer Rollen. Bei der Verwendung der Rollen wird erreicht, dass Randbereiche, welche zuvor oder gleichzeitig erwärmt worden sind, durch die Rollen abgefahren werden können und insofern beispielsweise Längskanten eines Verbundblechteils auf einfache Weise mit einem nichtmetallischen Randbereich ausgestattet werden können. Es ist dabei unerheblich, ob eine Rolle verwendet wird, welche eine Kraft gegen ein äußeres Deckblech ausübt, wobei das zweite äußere Deckblech gegen einen Gegenhalter gedrückt wird oder ob zwei Rollen jeweils gegenüberliegend angeordnet gegen die äußeren Deckbleche drücken. In beiden Fällen kann beispielsweise bei einer konduktiven Erwärmung die Rolle auch als Kontaktrolle dienen, welche zur Stromführung geeignet ist und damit eine punktuelle Erwärmung des Randbereichs ermöglicht.
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Vorzugsweise wird unter Verwendung einer oder mehrerer Rollen der Randbereich des Verbundblechteils nach oder während der Kraftbeaufschlagung punkt- oder bereichsweise verschweißt. Durch die Verwendung der Rollen wird eine besonders rationale Herstellung eines Verbundblechteils mit rein metallischem Randbereich gewährleistet. Beispielsweise kann eine in Längsrichtung des Randbereichs gesehene Anordnung von zwei Rollenpaaren dazu verwendet werden, den ausgewählten Randbereich zunächst über das erste Rollenpaar konduktiv zu erwärmen und mit einer Kraft zu beaufschlagen und anschließend unter Verwendung des zweiten Rollenpaares den gequetschten Randbereich des Verbundblechteils punkt- oder bereichsweise zu verschweißen.
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In den Randbereichen des Verbundblechteils wird durch den austretenden Kunststoff die Gesamtdicke des Verbundblechteils reduziert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher im gequetschten Randbereich des Verbundblechteils ein- oder zweiseitig zumindest bereichsweise Bleche zum Dickenausgleich vorgesehen, so dass das gesamte Verbundblechteil eine nahezu homogene Dicke aufweist.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Erwärmens und Verdrängens der Kunststoffschicht zwischen den äußeren Deckblechen des Verbundblechteils eine Kraft auf mindestens ein äußeres Deckblech ausgeübt, welche größer ist als während des Fügens der beiden Deckbleche. Hierdurch wird erreicht, dass die Erwärmungstemperaturen im bereitzustellenden Randbereich zumindest während des Herausdrückens des Kunststoffes gering gehalten werden können, so dass die Beeinträchtigung der Kunststoffschicht, welche sich an den metallischen Randbereich des Verbundblechteils anschließt, gering ist. Zudem wird hierdurch ein besonders umfassendes Herausdrücken des Kunststoffs zwischen den äußeren Deckblechen erreicht, so dass die anschließende Verschweißung der beiden äußeren Deckbleche besonders einfach gelingt. Die bei einer konduktiven Erwärmung und einem anschließenden konduktiven Fügen eingesetzten Ströme können sich beispielsweise genau umgekehrt verhalten. Beim Herausdrücken des Kunststoffes sind die Ströme geringer, um lediglich ein Erweichen der Kunststoffschicht zu erzielen. Beim zumindest bereichsweisen bzw. punktweisen Fügen der äußeren Deckbleche kann ein höherer Strom gewählt werden, um eine Fügeverbindung zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verbundblechteil gleichzeitig, d. h. während der Erzeugung des metallischen Randbereichs, mit einem weiteren Metallteil gefügt. Damit kann die Erzeugung des metallischen Randbereichs und das Fügen mit einem weiteren Metallteil in einem einzigen Verfahrensschritt bereitgestellt werden.
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Weist das Verbundblechteil lediglich ein äußeres Deckblech aus Metall und eine auf dem Deckblech angeordnete Kunststoffschicht auf, kann das zweite metallische Deckblech durch das Metallteil, mit welchem das Verbundblechteil gefügt werden soll, bereitgestellt werden, so dass das Verbundblechteil im Randbereich ohne weiteres mit dem Metallteil durch Schweißen verbunden werden kann. Hierdurch können auf einfache Weise Verbundblechteile mit einem äußeren Deckblech und einer darauf angeordneten Kunststoffschicht integrierter Bestandteil von Vorrichtungen, beispielsweise Geschirrspülern oder auch Bahnschienen werden und ihre schalldämmenden Eigenschaften zur Verfügung stellen.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst, welche
- – Mittel zur Positionierung eines Verbundblechteils,
- – Mittel zur punkt- oder bereichsweisen Erwärmung eines Randbereichs des Verbundblechteils,
- – Mittel zur Kraftbeaufschlagung mindestens eines Deckbleches des Verbundblechteils in dem erwärmten Randbereich, um dieses Deckblech gegen eine weitere Metallschicht zu drücken, so dass die auf dem Deckblech angeordnete, erwärmte und weiche Kunststoffschicht aus dem Randbereich herausgedrückt wird und
- – Mittel zum zumindest bereichs- oder punktweisen Fügen des Deckblechs mit einer weiteren Metallschichten im quetschten Randbereich des Verbundblechteils, aufweist.
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Als Metallschicht kann selbstverständlich auch das zweite äußere Deckblech eines Verbundblechteils mit zwei äußeren Deckblechen und einer dazwischen angeordneten Kunststoffschicht verwendet werden. Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass eine wirtschaftliche Herstellung von Verbundblechteilen mit zwei äußeren Deckblechen und einer dazwischen angeordneten Kunststoffschicht sowie aufweisend einen metallischen Randbereich gewährleistet wird. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung auch das Fügen eines Verbundblechteils mit einem einzigen äußeren Deckblech und einer darauf angeordnete Kunststoffschicht mit einem weiteren Metallteil auf wirtschaftliche Weise.
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Auf einfache Weise können longitudinal sich erstreckende Randbereiche eines Verbundblechteils mit einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem metallischen Randbereich hergestellt werden, wobei die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine oder mehrere Rollen zur Kraftbeaufschlagung und/oder zum Erwärmen und/oder zum Fügen des Randbereichs des Verbundblechteils sowie Mittel zur Durchführung einer relativ Bewegung zwischen Verbundblechteil und Rollen vorgesehen sind. Die Relativbewegung zwischen Verbundblechteil und Rollen ermöglicht, dass ein Randbereich abgefahren werden kann und gleichzeitig eine Kraftbeaufschlagung, eine Erwärmung und gleichzeitig eine punkt- oder bereichsweise Verschweißung der beiden äußeren Deckbleche eines Verbundblechteils bzw. des äußeren Deckblechs mit einem weiteren Metallteil ermöglicht wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, dass eine Nachbearbeitung der Randbereiche, beispielsweise zur Entfernung von überstehendem Kunststoff, nicht notwendig ist dadurch, dass eine Abschabevorrichtung und/oder eine Absaugvorrichtung zur Entfernung des herausgedrückten Kunststoffes vorgesehen ist. Einerseits wird wie bereits ausgeführt, eine weitere Nachbearbeitung des Verbundblechteils vermieden, andererseits kann über die Absaugvorrichtung, welche vorzugsweise im Bereich des Erwärmens und des Quetschens des Randbereichs angeordnet ist, gewährleisten, dass überschüssiger Kunststoff den Fügeprozess der beiden äußeren Deckbleche bzw. des äußeren Deckblechs mit einem weiteren Metallteil nicht stört.
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Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch weiter ausgestaltet werden, dass ein erstes und ein zweites Rollenpaar vorgesehen sind, wobei das erste und das zweite Rollenpaar in Längsrichtung des Randbereichs des Verbundblechteils gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei das erste Rollenpaar zum Erwärmen und Quetschen des Randbereichs des Verbundblechteils und das zweite Rollenpaar zum punkt- oder bereichsweisen Fügen des Randbereichs des Verbundblechteils verwendet werden. Die Bearbeitungsgeschwindigkeiten zur Herstellung von der Verbundblechteilen mit metallischem Randbereich kann durch die Aufteilung der Prozesse Erwärmen und Herausdrücken des Kunststoffes auf das erste Rollenpaar und das punkt- oder bereichsweise Fügen des Randbereichs auf das zweite Rollenpaar erhöht werden.
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Ist schließlich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Mehrachsenarmroboter und/oder ein Handlingsystem vorgesehen, kann die Automatisierung der Herstellung von Verbundblechteilen mit einem metallischen Randbereich deutlich erhöht werden. Werden beispielsweise die Mittel zur Positionierung, die Mittel zur punkt- oder bereichsweisen Erwärmung eines Randbereichs des Verbundblechteils, die Mittel zur Kraftbeaufschlagung des Randbereichs und die Mittel zum punkt- oder bereichsweisen Fügen des Verbundblechteils über einen Mehrachsenarmrobotor oder ein Handlingsystem gesteuert, kann eine hoch automatisierte Fertigung von Verbundblechteilen mit metallischem Rand bereitgestellt werden.
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Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
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1 und 2 in einer schematischen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Verbundblechteils mit metallischem Randbereich, welches eine Rolle verwendet,
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3 in einer schematischen Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zwei gegenüberliegende Rollen verwendet,
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4 und 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Schnittansicht, bei welchem eine Abschabe- und Absaugvorrichtung verwendet wird,
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6 in einer schematischen Schnittansicht die Durchführung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit hintereinander angeordneten Rollenpaaren,
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7 ein Kraft- und Stromzeitdiagramm eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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8 und 9 in schematischen Schnittansichten zwei weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens mit verschiedenen Verfahren zur Erwärmung des Randbereichs des Verbundblechteils,
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10 und 11 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit konduktiver Erwärmung des Randbereichs des Verbundblechteils,
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12 in einer schematischen, teilweise perspektivischen Darstellung die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem flachen Verbundblechteil,
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13 in einer schematischen Schnittansicht vier Ausführungsbeispiele eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundblechteils mit metallischem Randbereich,
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14a), b) und 15a)–15c) die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundblechteils an einem Geschirrspüler sowie
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16, 16a) und 17 die Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Verbundblechteils an einer Schiene in schematischen Schnittdarstellungen.
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Zunächst ist in 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei welchem ein Verbundblechteil 1, welches aus zwei äußeren Deckblechen 2, 3 und einer zwischen den Deckblechen 2, 3 angeordneten Kunststoffschicht 4 besteht, in seinem Randbereich 5 derart erwärmt wird, dass die Kunststoffschicht 4 in diesem Randbereich 5 erweicht. Die Erwärmung des Randbereichs 5 kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird über die Rolle 6 sowie die Stromführungsklammer 7 und über den Gegenhalter 8 ein Strom in das Verbundblechteil 1 eingeleitet, wobei insbesondere im Kontaktbereich der Rolle 6, nämlich im Randbereich 5 eine starke Erwärmung des oberen und optional des unteren Deckbleches 2, 3 stattfindet, so dass die im Randbereich 5 vorgesehene Kunststoffschicht 4 stark erweicht. Über die auf die Rolle 6 übertragene Kraft in Richtung des Verbundblechteils 1 wird das obere Deckblech 2 im Randbereich 5 auf das untere Deckblech gedrückt. Dabei tritt der Kunststoff 4 im Randbereich heraus, so dass der Randbereich 5 rein metallisch wird. Dies zeigt 2. Wie 2 weiter zu entnehmen ist, ist eine Vorrichtung 9 zur Entfernung des austretenden Kunststoffes 4 vorgesehen. Für den Fall, dass die beiden Deckbleche 2 und 3 sich berühren, fließt der Strom nun von der Rolle 6 über den Randbereich 5 des Verbundblechteils zum Gegenhalter 8 und kann insofern die Deckbleche derart erwärmen, dass diese miteinander beispielsweise verschweißt werden. Im gequetschten Randbereich werden beide Deckbleche damit zumindest bereichs- bzw. punktweise miteinander gefügt.
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Ein ähnliches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 und in 4 dargestellt. Hier werden zwei Rollen 6a, 6b verwendet, um Kraft auf den Randbereich 5 auszuüben, welche mit den Pfeilen F dargestellt ist. Der Randbereich 5 kann, wie bereits zuvor beschrieben, konduktiv durch Stromführung über die Rollen 6a und 6b und die Stromführungsklemme 7 erwärmt werden. Es ist aber auch möglich, den Randbereich 5 zuvor durch andere Maßnahmen und Verfahren zu erwärmen, so dass die Kunststoffschicht weich wird und dieser durch Aufbringen der Kraft F aus dem Randbereich 5 herausgedrückt werden kann. In 4 ist zu erkennen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zwei Rollenelektroden 11a und 11b verwendet werden, um den Stromfluss von dem einen äußeren Deckblech 2 zum äußeren Deckblech 3 zu führen. Die Rollenelektroden 11a und 11b sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Über die Rollenelektroden 11a und 11b sowie über die Rollenelektrooden 6a und 6b wird ermöglicht, dass der Randbereich eines Verbundblechteils in Längsrichtung abgefahren werden kann und dabei jeweils das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, so dass kontinuierlich ein Erwärmen erfolgen kann. Mit Hilfe der Kontakt- bzw. Dichtrollen 25 kann im Wesentlichen ein Unterdruck im Gehäuse der Absaugvorrichtung 9 bereitgestellt werden und der abgeschabte Kunststoff kann von den Rollenelektroden 6a, 6b vollständig entfernt werden. Darüber hinaus ist in 4 gezeigt, dass neben der Vorrichtung 9 zur Entfernung des austretenden Kunststoffes, welches in Form einer Absaugvorrichtung dargestellt ist, auch eine Abschabevorrichtung 10 vorgesehen ist, die an der Stirnfläche des Verbundbauteils schabend angeordnet ist. Ferner sind zwei Kontakt- oder Dichtrollen 25, die frei mitdrehend am Gehäuse der Absaugvorrichtung 9 gelagert sind, angeordnet, wodurch ein Unterdruck im Gehäuse erzeugt werden kann, der sich positiv auf das Entfernen des Kunststoffs auswirkt. In 5 ist nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei welchem die Rollenelektroden 6a, 6b von austretendem Kunststoff gereinigt werden, so dass diese einwandfrei für die bereichs- oder punktweise Verschweißung des Randbereichs 5 des Verbundblechteils 1 verwendet werden können. Die Abschabevorrichtung 10 kann darüber hinaus auch zur Entfernung des ausgetretenen Kunststoffes an der Kante des Verbundblechteils verwendet werden.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittansicht. Die beiden Rollenpaare 6a, 6b und 12a, 12b werden dazu verwendet, um einerseits das Verbundblechteil 1 im Randbereich zu erwärmen und zu quetschen, so dass der Kunststoff 4 aus dem Verbundblechteil 1 heraustritt und durch die Absaugvorrichtung 9 entfernt werden kann. Anschließend durchläuft das Verbundblechteil 1 das Rollenpaar 12a und 12b, welches zur punkt- oder bereichsweisen Verschweißung in Verarbeitungsrichtung bzw. in Längsrichtung des Verbundblechteils gesehen hinter dem ersten Rollenpaar 6a und 6b angeordnet ist. Hierdurch wird der Vorgang des Quetschens und Herausdrückens des Kunststoffes sowie des Verschweißens des oberen und unteren Deckbleches aufgeteilt, so dass beide Vorgänge präziser gesteuert werden können. Darüber hinaus kann durch diese Anordnung auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden. Beispielsweise kann so auf einfache Weise über die Rollenelektroden eine Rollennaht im Randbereich des Verbundblechteils mit relativ hoher Geschwindigkeit unabhängig vom Herausdrücken des Kunststoffes im Randbereich erzeugt werden kann.
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Das in 7 dargestellte Kraft-Zeit-Diagramm bzw. Strom-Zeit-Diagramm beschreibt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit konduktivem Erwärmen und Fügen des Randbereichs des Verbundblechteils. Der Herstellvorgang ist in zwei Abschnitte unterteilt, in dem ersten Abschnitt dem Erwärmen und Verdrängen der Kunststoffschicht von t0 bis t1 und in eine Schweißphase von t1 bis t2. In der Erwärmungs- und Verdrängungsphase des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein relativ kleiner Strom I und eine relativ hohe Kraft F über die Rollen auf den Randbereich des Kunststoffteils ausgeübt. Der relativ kleine Strom im Verhältnis zur Schweißphase ermöglicht eine angepasste Erwärmung der Kunststoffschicht zwischen den beiden äußeren Deckblechen 2, 3 so dass diese aufgrund der großen Kraft aus dem Zwischenraum zwischen den beiden äußeren Deckblechen im Randbereich 5 herausgetrieben werden kann, bis die beiden Deckbleche 2, 3 sich zum Zeitpunkt t1 gegeneinander berühren und nahezu keinen Kunststoff mehr zwischen ihnen vorhanden ist. Dann kann die Schweißphase von t1 bis t2 beginnen, in welcher die Kraft F abgesenkt werden kann, der Strom I jedoch weiter erhöht wird, so dass die metallischen Deckbleche miteinander verschweißen.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchen der Randbereich des Verbundblechteils durch Reibung, insbesondere unter Verwendung von Ultraschallsonotroden 13a und 13b erwärmt und gequetscht wird. Darüber hinaus ist in 8 wiederum die Absaugvorrichtung 9 dargestellt. Eine weitere Möglichkeit der Erwärmung des Randbereichs zeigt 9 schematisch. In 9 sind Mittel zur induktiven Erwärmung 14a, 14b vorgesehen, nachgelagert ist ein Rollenpaar 15a, 15b, mit dessen Hilfe der weiche Kunststoff ausgetrieben wird, um die beiden äußeren Deckbleche des Verbundblechteils 1 im Anschluss miteinander verschweißen zu können. Anstelle der Mittel zur induktiven Erwärmung 14a und 14b können darüber hinaus selbstverständlich Mittel zur Erwärmung des Randbereichs unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Laserstrahlung oder Nahinfrarotstrahler verwendet werden, welche auch zu einer effektiven, berührungsfreien Erwärmung des Randbereichs des Verbundblechteils führen.
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Bevorzugt wird allerdings das Widerstandsverschweißen des Randbereichs des Verbundblechteils. Hierzu ist in 10 dargestellt, welche Stromführungspfade notwendig sind. So ist einerseits eine Strombrücke 16 zwischen den Rollenelektroden 11a und 11b vorgesehen. Zusätzlich sind die Rollenelektroden über eine weitere Strombrücke 17 miteinander verbunden, wobei über Schleifkontakte, wie in 11 vergrößert dargestellt, der Strom über die Rollenelektroden 6a und 6b zur Strombrücke 17 geführt wird. Die Stromquelle 18 ist über die Rollenachsen der Rollenelektroden 6a und 6b angeschlossen. 12 zeigt nun schematisch die Herstellung des Verbundblechteils mit metallischem Randbereich auf einem Blick. Im Verfahrensschritt A wird zunächst von einem Verbundblechteil 1 ausgegangen, welches zwei äußere Deckbleche 2, 3 und eine zwischen den Deckblechen angeordnete Kunststoffschicht 4 umfasst. Das so hergestellte, flache Verbundblechteil bzw. Verbundblech wird einem Handlingsystem 19 im Verfahrensschritt B zugeführt. Das Handlingsystem 19a hat eine erfindungsgemäße Vorrichtung 19b zur Herstellung eines Verbundblechteils mit einem metallischen Randbereich. Alternativ kann die Vorrichtung 19b auch an einem Mehrachsenarmroboter 19 angeordnet ist. Der Mehrachsenarmroboter 19 oder das Handlingsystem 19a fährt nun die Randbereiche 5 des Verbundblechteils 1 ab und erzeugt dort einen rein metallischen Randbereich. Die Randbereiche haben etwa eine Breite von 10 bis 100 mm. Alternativ kann das Verbundblechteil 1 auch einem Umformprozess zuerst unterworfen werden und im umgeformten Zustand als Verfahrensschritt B' dem Handlingsystem 19a zugeführt werden, welches dann den Randbereich 5 des Verbundblechteils 1a umläuft und so einen rein metallischen Randbereich 5 erzeugt. Im Verfahrensschritt C kann das so erzeugte Verbundblechteil 1 flache oder eventuell vorgeformte mit einem metallischen Randbereich einen weiterem Umformschritt oder Verarbeitungsschritt zugeführt werden. Der Ausschnitt C' zeigt noch einmal den Randbereich 5 des Verbundblechteils 1 in Vergrößerung. Deutlich zu erkennen ist der rein metallische, keine Kunststoffschicht aufweisende Randbereich 5. Nach dem Umformen zum spezifischen Verbundblechteil im Verfahrensschritt D kann das Verbundblechteil mit weiteren Blechteilen wie im Verfahrensschritt E dargestellt ist, über eine Falz 20 oder durch Verschweißen mit einem weiteren Bauteil wie in E' dargestellt ist, verbunden werden. Das erfindungsgemäß hergestellte Verbundblechteil mit metallischem Rand lässt sich, wie in E und E' dargestellt, auf einfache Weise mit weiteren Bauteilen unter Anwendung der üblichen Verbindungstechniken fügen.
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13a), b), c) und d) zeigen in einer schematischen Schnittansicht die Randbereiche 5 von Verbundblechteilen 1, welche mit Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. In 13a) sind beide äußeren Deckbleche 2, 3 gegeneinander gedrückt worden, so dass sich das Verbundblechteil 1 im Randbereich 5 beidseitig verjüngt. In 13b) ist dagegen nur das obere Deckblech 2 verformt worden, so dass ein Dickenausgleich, wie in 13d) dargestellt, durch einseitiges Anordnen eines weiteren Blechs 2a erreicht wird. 13c) zeigt den Dickenausgleich bei einem beidseitig verjüngten Randbereich 5 eines Verbundblechteils 1. Hier sind beide Seiten mit Blechen 2a und 3a zu belegen. Allen vier dargestellten Ausführungsbeispielen ist gemein, dass sie eine Verschweißung 5a im Randbereich aufweisen, welche die im Randbereich 5 vorgesehenen Bleche 2a, 3a oder Deckbleche 2, 3 des Verbundblechteils miteinander verbinden.
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In den 14a) und 14b) sowie 15a), 15b) und 15c) sind weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In 14a) wird ein Verbundblechteil 1', welches ein äußeres Deckblech 2' und eine Kunststoffschicht 4' aufweist, mit einem Edelstahlblech 22 eines Geschirrspülautomaten verbunden. Dabei wird über eine Rollenelektrode 6a der Randbereich des Verbundblechteils 1'' erwärmt, die Kunststoffschicht 4' herausgedrückt und anschließend mit dem Edelstahlblech 22 verschweißt. 14b) zeigt das fertig hergestellte Verbundblechteil 1' montiert an einem Geschirrspülautomaten 23. Das Verfahren in seinen einzelnen Schritten ist noch einmal in 15a) und 15b) sowie 15c) dargestellt. Zunächst wird wie in 15a) dargestellt, eine Kontaktelektrode 6a im Randbereich des Verbundblechteils 1' positioniert und der Kunststoff im Randbereich 5 erhitzt und aus dem Zwischenraum zwischen den Blechen 2' und 22 entfernt. Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt unter Verwendung von einem Widerstandsschweißen das äußere Deckblech 2' mit dem Edelstahlblech 22 verschweißt. Dabei wird eine zusätzliche Rollenschweißelektrode verwendet, so dass die Schritte aus 15a) und 15b) hintereinander erfolgen können. Anschließend wird das fertig hergestellte Verbundblechteil 1' an einem Geschirrspülautomaten 23 befestigt. Die Verbundblechteile 1' führen zu einer deutlichen Schalldämmung und können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise beispielsweise an einem Geschirrspülautomaten befestigt werden.
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Schließlich zeigen 16, 16a) und 17 eine weitere Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Verbundblechteils 1 mit einem metallischen Randbereich 5. Das Verbundblechteil 1' umfasst wie in 14 und 15 lediglich eine äußere Deckschicht 2' und eine Kunststoffschicht 4'. Im ersten Verfahrensschritt wird über eine Rollenelektrode 6a die Kunststoffschicht 4' im Randbereich 5 des Verbundblechteils 1' erwärmt und aus dem Zwischenraum zwischen dem äußeren Deckblech 2' und der Bahnschiene 24, welche hier das Metallteil darstellt, ausgetrieben. Anschließend wird das äußere Deckblech mit der Bahnschiene 24 unter Verwendung einer Schweißelektrode 25, welche ebenfalls als Rollenelektrode ausgebildet sein kann, verschweißt. In 17 ist in einer Schnittansicht die schallgedämpfte Bahnschiene 24 dargestellt, welche jeweils beidseitig zwei Verbundblechteile 1' aufweist. Wie aus den zuvor erläuterten Anwendungen ersichtlich ist, kann ein Verbundblechteil 1' mit einem äußeren Deckblech 2' und einer darauf angeordneten Kunststoffschicht 4' dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise mit einem weiteren Metallteil verbunden werden, beispielsweise einer Rückwand eines Geschirrspülautomaten 22 oder einer Bahnschiene 24. Das erfindungsgemäße Verfahren vergrößert damit deutlich die Anwendungsmöglichkeiten von Verbundblechteilen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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