DE102011105340A1

DE102011105340A1 - Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes und Verbindungsanordnung hierfür

Info

Publication number: DE102011105340A1
Application number: DE102011105340A
Authority: DE
Inventors: Reimar Saltenberger; Ernst-Ludwig Hahn; Siegfried Lautner; Karin Wimmer; Thomas Brieden
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-12-27
Also published as: WO2012175358A2; EP2723548A2; KR20140026444A; CN103608165A; JP2014516846A; WO2012175358A3

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Gegenstandes (10), mit den Schritten: Bereitstellen eines ersten Bauelementes (20) und Bereitstellen eines zweiten Bauelementes (22), Übereinanderlegen des ersten und des zweiten Bauelementes (20, 22), so dass sich eine Verbindungsfläche (34) des ersten Bauelementes (20) und eine Verbindungsfläche (36) des zweiten Bauelementes (22) berühren, und Verbinden des ersten Bauelementes (20) und des zweiten Bauelementes (22). Dabei werden das erste und das zweite Bauelement (20, 22) an wenigstens zwei Verbindungsstellen (40, 42) miteinander verbunden, wobei eine Toleranzausgleichseinrichtung (50) vorgesehen ist, die für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen (34, 36) zu sorgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Gegenstandes, mit den Schritten, ein erstes Bauelement und ein zweites Bauelement bereitzustellen, das erste und das zweite Bauelement übereinanderzulegen, so dass sich eine Verbindungsfläche des ersten Bauelementes und eine Verbindungsfläche des zweiten Bauelementes berühren, und Verbinden des ersten Bauelementes und des zweiten Bauelementes.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindungsanordnung zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauelement.
Komplex geformte Gegenstände sind vorliegend als Gegenstände zu verstehen, die in zumindest zwei unter einem Winkel größer 0° zueinander liegenden Richtungen Hinterschneidungen oder Ausnehmungen aufweisen. Derartige Gegenstände aus Metall lassen sich bspw. bei spanenden Verfahren häufig nur durch Umspannen in einem Werkzeug herstellen. Bei der Herstellung solcher komplexen Gegenstände aus Kunststoff ist es hierbei regelmäßig erforderlich, Spritzgusswerkzeuge mit komplexen Schieberanordnungen vorzusehen, was die Herstellungskosten erhöht. Daher ist es bekannt, den komplex geformten Gegenstand herzustellen, indem wenigstens ein erstes und ein zweites Bauelement miteinander verbunden werden, wobei diese Bauelemente jeweils für sich genommen deutlich weniger komplex geformt sind und daher jeweils deutlich kostengünstiger hergestellt werden können.
Derartige Verbindungen können im Wesentlichen punktuell, linienförmig oder flächig ausgebildet sein. Die Materialien der Bauelemente können identisch oder unterschiedlich sein. Ferner ist es bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des auf diese Weise hergestellten Gegenstandes möglich, dass die Bauelemente unterschiedlichen Beanspruchungen ausgesetzt werden, insbesondere durch Beanspruchungen von außen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Gegenstands sowie eine Verbindungsanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Gegenstandes der eingangs genannten Art, wobei das erste und das zweite Bauelement an wenigstens zwei Verbindungsstellen miteinander verbunden werden und wobei eine Toleranzausgleichseinrichtung vorgesehen ist, die für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen sorgt.
Ferner wir die obige Aufgabe gelöst durch eine Verbindungsanordnung, die insbesondere gemäß einem solchen Verfahren hergestellt ist.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren geht davon aus, dass das erste und das zweite Bauelement an mehreren Verbindungsstellen miteinander verbunden werden. Durch das Bereitstellen einer Toleranzausgleichseinrichtung ist es dabei möglich, Spannungen aufzunehmen bzw. zu kompensieren, die bspw. bei einer unterschiedlichen Erwärmung der Bauteile entstehen. Eine derartige unterschiedliche Erwärmung kann bspw. dadurch entstehen, dass die Bauelemente aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Eine solche unterschiedliche Erwärmung kann jedoch auch von dem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Gegenstandes abhängen, wenn bspw. eine Seite einer Wärmequelle (wie bspw. der Sonne) ausgesetzt ist und die andere Seite nicht.
Durch die Aufnahme bzw. Kompensation derartiger Spannungen kann die Dauerfestigkeit der hergestellten Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement deutlich erhöht werden.
Der komplex geformte Gegenstand kann bspw. ein Fahrzeugkarosseriebauteil sein, wie bspw. ein Türelement oder dergleichen.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von besonderem Vorteil, wenn die Bauelemente aus Kunststoff hergestellt sind, wobei das Bereitstellen der Bauelemente beinhaltet, eine Mehrzahl von wärmeleitfähigen Verbindungshilfselementen in das erste Bauelement und/oder in das zweite Bauelement zu integrieren, und wobei das Verbinden des ersten und des zweiten Bauelementes beinhaltet, die Verbindungshilfselemente gleichzeitig oder nacheinander zu erwärmen, um an der Mehrzahl von hierdurch gebildeten Verbindungsstellen jeweils eine thermoplastische Schweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil herzustellen.
Bei dieser Ausführungsform können zwei Kunststoff-Bauelemente auf einfache Weise zur Herstellung eines komplex geformten Kunststoff-Gegenstandes miteinander verbunden werden. Das Integrieren von Verbindungshilfselementen kann bspw. während eines Spritzguss-Herstellungsvorganges des jeweiligen Bauelementes erfolgen. Ferner ist es hierbei möglich, die thermoplastischen Schweißverbindungen bei nur einer einseitigen Zugänglichkeit der Verbindungsstelle herzustellen, also bspw. einer Zugänglichkeit nur von der Seite eines der zwei Bauelemente aus. Hierdurch kann das Herstellungsverfahren deutlich vereinfacht werden.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Verbindungshilfselemente von einer Seite aus induktiv erwärmt werden.
Generell ist auch eine induktive Erwärmung von zwei Seiten aus möglich. Ferner ist auch eine Erwärmung auf andere Art und Weise, bspw. durch Anlegen von elektrischem Strom oder dergleichen möglich.
Die induktive Erwärmung hat jedoch den Vorteil, dass die vorzugsweise im Inneren des ersten und/oder des zweiten Bauteils integrierten Verbindungshilfselemente erwärmt werden können, ohne dass diese kontaktiert werden müssen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn in wenigstens einem der Bauelemente in einem Bereich zwischen zwei Verbindungsstellen eine Ausnehmung vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen zu sorgen.
Bei dieser Ausführungsform kann die Toleranzausgleichseinrichtung vergleichsweise einfach ausgebildet werden, nämlich durch das Bereitstellen von Ausnehmungen zwischen Verbindungsstellen. Über diese Ausnehmungen können unterschiedliche Ausdehnungen der Bauteile aufgenommen werden.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn in wenigstens einem der Bauelemente im Bereich wenigstens einer Verbindungsstelle zwei Ausnehmungen vorgesehen sind, die in einer die Verbindungsstellen verbindenden Verbindungslinie auf gegenüberliegenden Seiten der einen Verbindungsstelle angeordnet sind, um für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen und/oder parallel zu der Verbindungslinie zu sorgen.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Ausnehmung auf jeder Seite einer Verbindungsstelle vorgesehen, so dass auftretende Spannungen, insbesondere in Richtung parallel zu der Verbindungslinie, effizient aufgenommen werden können.
Ferner ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform von Vorzug, wenn das Verbinden des ersten und des zweiten Bauelementes beinhaltet, an dem ersten Bauteil wenigstens ein Verbindungselement festzulegen, das gegenüber der Verbindungsfläche des ersten Bauelementes vorsteht, wobei das zweite Bauelement eine Ausnehmung aufweist, durch die hindurch das Verbindungselement beim Aufeinanderlegen tritt, und mit dem Schritt, nach dem Aufeinanderlegen der Bauteile diese durch Anbringen eines Clipelementes an dem Verbindungselement miteinander zu verbinden.
Diese Ausführungsform wird unabhängig von der Bereitstellung einer Toleranzausgleichseinrichtung und unabhängig davon, ob das Bauelement an einer oder mehreren Verbindungsstellen miteinander verbunden wird, als eine eigene Erfindung angesehen.
Allerdings kann bei einer geeigneten Ausgestaltung des Verbindungselementes einerseits und der Ausnehmung andererseits auch diese Art von Verbindung für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen sorgen. Ferner kann bei dieser Ausgestaltung in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Bauelemente, des Verbindungselementes und des Clipelementes auch ein Toleranzausgleich in einer Richtung quer zu den Verbindungsflächen erfolgen.
Bei dieser Ausführungsform können die Bauelemente auf relativ einfache Weise miteinander verbunden werden, auch wenn sie aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das erste Bauelement und das Verbindungselement aus dem gleichen Material hergestellt sind. Im Falle von Metall können das erste Bauelement und das Verbindungselement dann bspw. miteinander verschweißt oder verklebt werden.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn das erste Bauelement und das Verbindungselement aus Kunststoff hergestellt sind.
In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn in das Verbindungselement und/oder in das erste Bauelement ein wärmeleitfähiges Verbindungshilfselement integriert ist, wobei das Verbinden des ersten Bauelementes und des Verbindungselementes beinhaltet, das Verbindungshilfselement zu erwärmen, um eine thermoplastische Schweißverbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem Verbindungselement herzustellen.
Wie oben beschrieben, kann das Herstellen der thermoplastischen Schweißverbindung bspw. dadurch erfolgen, dass das Verbindungshilfselement induktiv erwärmt wird, bspw. von einer Seite aus.
Generell ist es bei der Herstellung von thermoplastischen Schweißverbindungen der oben bezeichneten Art von Vorteil, wenn die jeweilige Schweißverbindung unmittelbar nach einem Prozess zur Herstellung des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils und/oder des Verbindungselementes hergestellt wird, derart, dass das jeweilige Bauteil bzw. Element noch eine Temperatur größer als eine Umgebungstemperatur aufweist.
Bei dieser Ausführungsform kann folglich eine Art Restwärme genutzt werden, so dass eine thermoplastische Schweißverbindung schneller bzw. effektiver durchgeführt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist es von besonderem Vorteil, wenn diese ein Verbindungselement aufweist, das einen Flanschabschnitt aufweist, in den ein wärmeleitfähiges Verbindungshilfselement integriert ist, und das einen sich von dem Flanschabschnitt erstreckenden hohlzylindrischen Schaftabschnitt aufweist, an dessen Außenumfang ein radial vorstehender Kopfabschnitt ausgebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform kann der Kopfabschnitt bspw. zum Festlegen eines Clipelementes dienen.
Durch die Maßnahme, den Schaftabschnitt hohlzylindrisch auszubilden, ist es möglich, das in den Flanschabschnitt integrierte Verbindungshilfselement zu erwärmen, indem eine Energiequelle in den hohlzylindrischen Schaftabschnitt eingeführt wird. Ferner kann der Hohlraum eine Funktion bei der Festlegung eines Clipelementes an dem Verbindungselement besitzen.
Folglich ist es von Vorteil, wenn die Verbindungsanordnung ein Clipelement beinhaltet, das einen Basisabschnitt und einen U-förmigen Schulterabschnitt aufweist, die über einen Randabschnitt verbunden sind, derart, dass zwischen dem Basisabschnitt und dem Schulterabschnitt eine Kopfaufnahme für einen Kopfabschnitt eines Verbindungselementes gebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform kann das Clipelement so ausgebildet werden, dass es in einer Richtung quer zu einer Fügeachse und/oder im Wesentlichen parallel zu den Verbindungsflächen auf das Verbindungselement aufgeschoben werden kann.
Die Herstellung der jeweiligen Verbindung kann dadurch mittels eines einfachen Montageschrittes erfolgen.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn an dem Basisabschnitt eine Rastzunge ausgebildet ist, die gegenüber dem Basisabschnitt in Richtung des Schulterabschnittes ragt.
Mittels einer derartigen Rastzunge kann das Clipelement auf einfache Weise rastend mit dem Verbindungselement verbunden werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Rastzunge hierbei in einen Hohlabschnitt des Schaftabschnittes des Verbindungselementes greift.
Bei dieser Ausführungsform kann der am Außenumfang des Schaftabschnittes vorgesehene Kopfabschnitt, der in der Kopfaufnahme aufgenommen ist, für eine Sicherung in eine Richtung parallel zu einer Fügeachse dienen. Die Rastzunge kann in diesem Fall als eine Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Abziehen des Clipelementes von dem Verbindungselement dienen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Schulterabschnitt auf seiner dem Basisabschnitt abgewandten Außenseite wenigstens eine Klemmerhebung zum klemmenden Festlegen eines Bauteils aufweist.
Durch das Bereitstellen einer solchen Klemmerhebung ist es möglich, das Bauteil und/oder das Clipelement und/oder das Verbindungselement mit deutlich größeren Toleranzen herzustellen. Dadurch, dass die Klemmerhebung das zwischen dem Clipelement und dem ersten Bauelement angeordnete zweite Bauelement klemmend festlegen kann, kann eine sichere Fixierung der Bauelemente aneinander erzielt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Clipelement wenigstens eine Federzunge auf, die entgegen einer Aufschieberichtung, in der das Clipelement auf ein Verbindungselement aufschiebbar ist, elastisch auslenkbar ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass die Federzunge in einer Endposition an dem Verbindungselement an einem Anschlag anliegt und damit für eine noch bessere Fixierung der einzelnen Elemente der Verbindungsanordnung sorgen kann.
Das oben beschriebene Verbindungshilfselement kann vorzugsweise als Lochblech ausgebildet sein, und ist vorzugsweise als kreisrundes Lochblech ausgebildet. Anstelle eines einzelnen erwärmbaren Elementes wie einem solchen Lochblech, können in das jeweilige Bauteil auch Metallpartikel als Verbindungshilfselement eingebracht werden.
Die Herstellung der Verbindung zwischen den Bauteilen und/oder zwischen einem Bauteil und einem Verbindungselement kann auf automatisierte Art und Weise hergestellt werden, bspw. mittels eines Roboters. Dabei kann die Zuführung der Verbindungselemente ebenfalls automatisch erfolgen.
Ferner ist es auch denkbar, die Montage von Clipelementen an Verbindungselementen automatisiert durchzuführen. Das thermoplastische Schweißen unter Verwendung von Verbindungshilfselementen kann bei einseitiger Zugänglichkeit erfolgen. Im Gegensatz zum sog. Fakir-Schweißen können hierbei Bauteilbeschädigungen während des Fügevorganges vermieden werden. Auch ist es nicht notwendig, dass ein Werkzeug zum Erwärmen eines Verbindungshilfselementes eine Kontur haben muss, die identisch ist zu einer Oberflächenkontur von Bauteil und/oder Verbindungselement. Das thermoplastische Schweißen kann auch mittels eines Werkzeuges erfolgen, das wenige Störkonturen aufweist, bspw. keinen Heizspiegel wie beim Spiegelschweißen.
Ferner sind keine hohen Drücke notwendig, wie es bspw. beim Vibrationsschweißen der Fall ist.
Da eine thermoplastische Verschweißung gemäß der Erfindung vorzugsweise durch ein gleichmäßig erwärmtes Verbindungshilfselement erfolgt, können geometrische Toleranzen der zu verbindenden Bauteile ausgeglichen werden. Das Verbindungshilfselement kann an das Magnetfeld eines induktiven Erwärmungswerkzeuges (Induktors) angepasst werden, damit die Erwärmung möglichst gleichmäßig erfolgt.
Die Masse der Verbindungshilfselemente kann relativ gering sein, so dass die einzubringende Energiemenge reduziert werden kann.
Durch den geringeren Energieeintrag können Verzugserscheinungen verringert werden, und damit insbesondere eine Beeinflussung der Gegenseite bei Sichtteilen.
Bei Thermoformteilen (Tiefziehen nach vorheriger Teileerwärmung) kann eine Schweißanlage direkt in ein Werkzeug eingesetzt werden und das Fügen kann zeitgleich mit der Umformung bzw. während eines Abkühlprozesses innerhalb des Werkzeuges ausgeführt werden.
Die Positionierung der Bauteile kann frei von Werkzeug gebundenen Maßen erfolgen. Es wird lediglich eine ausreichend ebene Fläche benötigt, um die Bauteile miteinander zu verbinden.
Von Vorteil kann es bei einer vollständigen Integration der Verbindungshilfselemente sein, wenn an wenigstens einem zu fügenden Bauteil und/oder an der Fügeanlage ein Positionierungsmerkmal angebracht wird, um Toleranzen zu minimieren.
Die Toleranzausgleichseinrichtung kann auch dadurch realisiert werden, dass die Gestaltung der Verbindungszonen entsprechend erfolgt. Der Toleranzausgleich kann dabei zwei- oder dreidimensional sein.
Die Verbindung zwischen den Bauteilen kann vorzugsweise ohne zusätzlichen Klebstoff und/oder Verbindungsrahmen erfolgen. Auch ist das Anbringen von Befestigungselementen auf druckempfindlichen Bauteilen wie Sandwichmaterialien (Dachhimmel, Wabensandwichstrukturen, Hohlkörper, Blasformteile) möglich.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung in Form einer perspektivischen Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten komplex geformten Gegenstandes;
2 eine Draufsicht auf eine Verbindungsanordnung des Gegenstandes der 2;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III;
4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Verbindungselementes für eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung;
5 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit dem Verbindungselement der 4;
6 eine perspektivische Ansicht eines Clipelementes der Verbindungsanordnung der 5 von unten;
7 eine perspektivische Ansicht des Clipelementes der 6 von oben;
8 eine Ansicht des Clipelementes der 6 und 7 von oben;
9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX von 8;
10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von 8; und
11 eine Längsschnittansicht durch einen erfindungsgemäß hergestellten, komplex geformten Gegenstand mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
In den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform eines komplex geformten Gegenstandes gezeigt und generell mit 10 bezeichnet.
Der Gegenstand 10 weist eine Hinterschneidung 12 in einer Hinterschneidungsrichtung 14 auf. Ferner weist der Gegenstand 10 eine Vertiefung in einer Vertiefungsrichtung 18 auf, die quer verläuft zu der Hinterschneidungsrichtung 14.
Zur Herstellung des Gegenstandes 10 sind ein erstes Bauelement 20 und ein zweites Bauelement 22 miteinander verbunden worden. Das erste Bauelement 20 weist bspw. die Hinterschneidung 12 auf. Das erste Bauelement 20 kann dadurch vergleichsweise einfach hergestellt werden. Das zweite Bauelement 22 weist entweder für sich genommen die Vertiefung 16 auf. Im vorliegenden Fall ist die Vertiefung 16 durch das erste Bauelement 20 und das zweite Bauelement 22 gebildet.
Das erste Bauelement 20 weist eine Grundplatte 24 sowie eine sich quer hierzu erstreckende Wandplatte 26 auf. Das zweite Bauelement 22 weist ein Grundpaneel 22 und ein sich quer hierzu erstreckendes Wandpaneel 30 auf. Von dem Wandpaneel 30 erstreckt sich ferner ein Dachpaneel 32, wobei die Hinterschneidung 12 zwischen dem Dachpaneel 32 und dem Grundpaneel 28 ausgebildet ist.
Das erste Bauelement 20 weist eine erste Verbindungsfläche 34 auf, die an der Grundplatte 24 ausgebildet ist. Das zweite Bauelement 22 weist eine zweite Verbindungsfläche 36 auf, die an der dem Dachpaneel 32 abgewandten Seite des Grundpaneels 28 ausgebildet ist.
Zur Verbindung der Bauelemente 20, 22 sind die zwei Verbindungsflächen 34, 36 aufeinandergelegt worden. Ferner sind das erste und das zweite Bauelement 20, 22 an einer Mehrzahl von Verbindungsstellen miteinander verbunden worden. In 1 sind hierbei beispielhaft eine erste Verbindungsstelle 40 und eine zweite Verbindungsstelle 42 dargestellt.
Die Verbindungsstellen 40, 42 sind entlang einer virtuellen Verbindungslinie 44 angeordnet, die eine Verbindungslinienrichtung 46 aufweist. Die Verbindungslinienrichtung 46 kann bspw. quer sowohl zu der Hinterschneidungsrichtung 14 als auch zu der Vertiefungsrichtung 18 ausgerichtet sein.
Zum Herstellen der Verbindungsstellen 40, 42 sind das erste Bauelement 20 und das zweite Bauelement 22 in einer Fügerichtung miteinander verbunden worden, wobei die Fügerichtung bei 48 gezeigt ist und quer verläuft zu der Verbindungslinienrichtung 46 und vorzugsweise quer zu der Hinterschneidungsrichtung 14 und/oder der Vertiefungsrichtung 18. Die punktuelle Verbindung der Bauelemente 20, 22 entlang der Verbindungslinie 44 kann bei einer unterschiedlichen Erwärmung des ersten Bauelementes 20 und des zweiten Bauelementes 22 zu Spannungen führen. Um diese Spannungen zu vermeiden oder zumindest zu verringern, ist eine Toleranzausgleichseinrichtung 50 vorgesehen. Vorliegend ist die Toleranzausgleichseinrichtung 50 durch eine Mehrzahl von Ausnehmungen gebildet, die vorzugsweise auf der Verbindungslinie 44 liegen, und zwar jeweils vorzugsweise eine oder mehrere Ausnehmungen zwischen den jeweiligen Verbindungsstellen 40, 42. Vorliegend sind eine erste Ausnehmung 52 und eine zweite Ausnehmung 54 dargestellt. Die Ausnehmungen können bspw. in dem zweiten Bauelement 22 ausgebildet sein.
Eine dem zweiten Bauelement 22 abgewandte Seite des ersten Bauelements 20 (bspw. die der ersten Verbindungsfläche 34 gegenüberliegende Fläche der Grundplatte 24) kann als Sichtfläche ausgebildet sein. Daher ist es bevorzugt, wenn in dem ersten Bauelement 20 zumindest keine durchgängige Ausnehmung vorhanden ist.
Ferner sind die Verbindungsstellen 40, 42 so hergestellt, dass das Ansetzen eines Werkzeuges zur Herstellung der Verbindungsstellen 40, 42 nur von einer Seite aus erfolgt, und zwar von der Seite des zweiten Bauelementes 22 aus. Hierdurch kann vermieden werden, dass ein Werkzeug im Bereich der Sichtfläche angreifen muss.
Vorzugsweise erfolgt das Herstellen der Verbindungsstellen 40, 42 zudem so, dass von der Seite der Sichtfläche aus kein Gegenlager anzusetzen ist.
Die Verbindungsstellen 40, 42 können in Abhängigkeit von dem Material der Bauelemente 20, 22 hergestellt werden, bspw. durch Klebestellen oder dergleichen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Bauelemente 20, 22 jeweils aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sind und wenn die Verbindungsstellen 40, 42 unter Verwendung von Verbindungshilfselementen hergestellt werden. Die Verbindungshilfselemente 56 sind jeweils gebildet durch wärmeleitende Elemente. Dies können Metallpartikel sein, die in dem Werkstoff von einem der Bauelemente eingesetzt sind. Bevorzugt handelt es sich bei den Verbindungshilfselementen 56 um Metallplättchen bzw. -bleche. Diese sind vorzugsweise kreisrund ausgeformt und können als Ringelemente ausgebildet sein, wie es bspw. in 3 gezeigt ist. Diese Ringelemente können ferner mit Löchern versehen sein, um bspw. eine festere Verbindung mit dem Bauteil zu erzielen, in das das Verbindungshilfselement integriert wird.
Bei der Darstellung der 1 bis 3 sind die Bauelemente 20, 22 als thermoplastische Bauelemente ausgebildet, die bspw. in einem Spritzgussprozess hergestellt werden. Da es sich bei den Bauelementen 20, 22 jeweils um relativ einfach geformte Elemente handelt, kann die Herstellung dieser Bauelemente in vergleichsweise einfachen Spritzgusswerkzeugen (bspw. ohne Schieber) erfolgen.
Bei der Ausführungsform der 1 bis 3 sind Verbindungshilfselemente 56 jeweils an den Verbindungsstellen in das zweite Bauelement 22 integriert. In 3 sind die Verbindungshilfselemente 56 dabei jeweils so integriert, dass sie mit der zweiten Verbindungsfläche 36 bündig abschließen. In 3 ist jedoch auch ein Verbindungshilfselement 56' gezeigt, das vollständig in das zweite Bauelement 22 integriert ist, derart, dass es von außen nicht sichtbar ist.
In 3 ist ferner gezeigt, dass auf der der zweiten Verbindungsfläche 36 gegenüberliegenden Fläche des zweiten Bauelementes 22 an den Orten, an denen Verbindungshilfselemente 56 in das zweite Bauelement 22 integriert sind, Positionierungshilfen 57 vorgesehen sein können, die bspw. aus einem kreisrunden Aufdruck oder einer kreisrunden Einprägung oder Ähnlichem bestehen können.
Der Gegenstand 10 wird hergestellt, indem die Verbindungsflächen 34, 36 aufeinandergelegt werden. Anschließend wird ein Werkzeug zum Erwärmen eines Verbindungshilfselementes 56 an der der zweiten Verbindungsfläche 36 gegenüberliegenden Fläche des zweiten Bauelementes 22 angesetzt (bspw. am Ort der Positionierungshilfen 57). Dann wird das darunter liegende Verbindungshilfselement 56 erwärmt, bspw. durch Induktion. Hierdurch schmilzt das thermoplastische Material des zweiten Bauelementes 22 und das benachbarte thermoplastische Material des ersten Bauelementes 20 an, derart, dass sich die Schmelzen miteinander verbinden und auf diese Weise eine punktuelle thermoplastische Schweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement 20, 22 hergestellt wird. Diese Art von Herstellung einer Verbindungsstelle kann für die einzelnen Verbindungsstellen 40, 42, ... nacheinander erfolgen, oder bei Bereitstellung eines geeigneten Werkzeuges gleichzeitig. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Verbindung hergestellt wird, kurz nachdem bspw. das zweite Bauelement 22 hergestellt worden ist (in einem Spritzgussverfahren oder dergleichen). Bei dieser Variante kann eine Restwärme des zweiten Bauelementes 22 (und/oder des ersten Bauelementes 20) genutzt werden, um einen geringeren Energieeintrag zur Herstellung der Schweißverbindung zu ermöglichen.
Wenn das erste und das zweite Bauelement 20, 22 auf diese Art und Weise miteinander verbunden sind, wird durch die Mehrzahl von Verbindungsstellen eine Verbindungsanordnung 58 gebildet.
In den 4 bis 11 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 58' dargestellt.
Die in diesen Figuren gezeigte Verbindungsanordnung 58' (siehe bspw. 5 und 11) beinhaltet für jede Verbindungsstelle ein Verbindungselement 60, wie es in 4 dargestellt ist. Das Verbindungselement 60 weist einen Flanschabschnitt 62 auf, der bspw. als flacher zylindrischer Abschnitt ausgebildet sein kann. Von dem Flanschabschnitt 62 erstreckt sich ein Schaftabschnitt 66 mit einem kleineren Durchmesser als der Flanschabschnitt 62. An einem oberen Ende des Schaftabschnittes 66 ist ein Kopfabschnitt 64 mit wiederum einem größeren Durchmesser als der Schaftabschnitt und vorzugsweise einem größeren Durchmesser als der Flanschabschnitt 62 ausgebildet. Der Schaftabschnitt 66 und der Kopfabschnitt 64 sind als Hohlabschnitte ausgebildet, derart, dass ein etwa zylindrischer Hohlraum 70 in dem Verbindungselement 60 ausgebildet ist, wobei der Hohlraum 70 als Sack-Hohlraum ausgebildet ist, der durch den Flanschabschnitt 62 geschlossen ist und auf der gegenüberliegenden Seite des Verbindungselementes 60 offen ist, wie es in 5 dargestellt ist.
In den Flanschabschnitt 62 ist ein Verbindungshilfselement 56 integriert, das wie bei der vorherigen Ausführungsform durch metallische Partikel gebildet sein kann, vorzugsweise jedoch durch ein Blechelement wie bspw. ein kreisförmiges Ringblechelement gebildet sein kann, das aus einem induktiv erwärmbaren Material hergestellt ist.
Wie es in 5 dargestellt ist, wird das Verbindungselement 60 auf eine erste Verbindungsfläche 34 eines ersten Bauelementes 20 gefügt, und zwar vorzugsweise wieder mittels eines thermoplastischen Schweißverfahrens. Das erste Bauelement 20 und das Verbindungselement 60 sind dabei jeweils vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt.
In 5 ist dabei gezeigt, dass radial innerhalb des Verbindungshilfselementes 56 auf einer Verbindungsseite des Flanschabschnittes 62 eine axiale Ausnehmung 72 vorgesehen sein kann. Diese Ausnehmung 72 kann vorteilhaft sein, um eine Verbindung zwischen dem ersten Bauelement 20 und dem Verbindungselement 60 herzustellen, wie es bspw. in dem Dokument WO 2010/057599 A1 beschrieben ist. Der Flanschabschnitt 62 des Verbindungselementes 60 kann dabei ähnlich oder identisch ausgebildet sein wie der Flanschabschnitt eines in diesem Dokument gezeigten Verbindungselementes. Auf die Offenbarung dieses Dokumentes wird diesbezüglich Bezug genommen und dessen Offenbarungsinhalt soll insoweit auch Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sein.
Die in 5 gezeigte Verbindungsanordnung 58 beinhaltet ferner ein Clipelement 74. Das Clipelement 74 ist im Detail in den 6 bis 10 gezeigt und weist einen Basisabschnitt 76 sowie einen axial hiervon beabstandeten Schulterabschnitt 78 auf. Der Schulterabschnitt 78 ist U-förmig ausgebildet und bildet in seinem Inneren eine Schaftaufnahme 79 für den Schaftabschnitt 66. Der Basisabschnitt 76 und der U-förmige Schulterabschnitt 78 sind über einen in der Draufsicht U-förmigen Randabschnitt 80 miteinander verbunden. In dem U-förmigen Bereich zwischen dem Schulterabschnitt 78 und dem Basisabschnitt 76 ist eine Kopfaufnahme 81 zur Aufnahme des Kopfabschnittes 64 des Verbindungselementes 60 gebildet.
An dem Basisabschnitt 76 ist etwa mittig eine Rastzunge 82 ausgebildet.
Zur Verbindung des Clipelementes 74 mit dem Verbindungselement 60 wird das Clipelement 74 in einer Aufschieberichtung 86 auf den Kopfabschnitt 64 des Verbindungselementes 60 aufgeschoben, wobei die Aufschieberichtung 86 quer, insbesondere senkrecht verläuft zu der Fügerichtung 48 bzw. zu einer Längsachse der Verbindungsanordnung 58'.
In 5 ist gezeigt, dass nach dem Aufschieben der Kopfabschnitt 64 in der Kopfaufnahme 81 aufgenommen ist, wobei der Basisabschnitt 76 auf der Oberseite des Kopfabschnittes 64 aufliegt und wobei der Schulterabschnitt 78 den Kopfabschnitt 64 auf dessen Unterseite hintergreift. Ferner erstreckt sich die Rastzunge 82 in dem Bereich der Kopfaufnahme 81 hinein und ist mit einem Rampenabschnitt 84 versehen. Der Rampenabschnitt 84 ist so geformt, dass die Rastzunge 82 beim Aufschieben des Clipelementes 74 gegenüber der Ebene des Basisabschnittes 76 ausgelenkt wird, und zwar durch Einwirkung des Kopfabschnittes 64. Sobald das Clipelement 74 weit genug auf den Kopfabschnitt 64 aufgeschoben ist, bis der Kopfabschnitt 64 an ein in Aufschieberichtung 86 hinteres Ende des Randabschnittes 80 anstößt (links in 5), schnappt die Rastzunge 82 in ihre Ausgangslage zurück und hintergreift dabei eine Innenwand des Hohlraumes 70, wie es in 5 dargestellt ist. Auf diese Weise ist der Clipabschnitt sowohl in axialer Richtung (parallel zu 48) als auch in radialer Richtung (parallel zu Aufschieberichtung 86) an dem Verbindungselement 60 festgelegt.
Zwischen einer Unterseite des Clipelementes 74 und der ersten Verbindungsfläche 34 ist dabei ein Abstand 85 vorgesehen, der vorzugsweise größer ist als die Höhe des Flanschabschnittes 62. Innerhalb des durch diesen Abstand 85 definierten Raumes kann ein zweites Bauelement 22 aufgenommen werden, wobei das zweite Bauelement zu diesem Zweck vorzugsweise eine Ausnehmung zur Aufnahme des Flanschabschnittes 62 aufweist.
An dem Basisabschnitt 76 sind, wie es insbesondere in 7 und 8 gezeigt ist, zwei Federzungen 88 ausgebildet. Die Federzungen 88 sind dazu ausgelegt, in radialer Richtung ausgelenkt zu werden, bspw. durch Anlage an einem Wandpaneel 30 des zweiten Bauelementes 22, wie es in 1 dargestellt ist.
Die Federzungen 88 können bspw. dazu dienen, das Clipelement 74 in radialer Richtung derart abzustützen, dass die Rastzunge 82 immer in Anlage an einer Wandung des Hohlraumes 70 anliegt und folglich ein versehentliches Hochwiegen der Rastzunge 82 vermieden werden kann.
Ferner ist insbesondere in 6, 9 und 10 zu erkennen, dass das Clipelement 74 an seiner Unterseite, d. h. an der dem Basisabschnitt 76 abgewandten Seite des Schulterabschnittes 78, wenigstens eine Klemmerhebung 92 aufweist. Im vorliegenden Fall sind zwei Klemmerhebungen 92 vorgesehen, die im Wesentlichen stegartig ausgebildet sind und sich in einer Richtung parallel zu der Aufschieberichtung 86 erstrecken. Die Klemmerhebungen 92 sind dabei entgegen der Aufschieberichtung 86 zunächst konisch ansteigend ausgebildet. Beim Aufschieben wird durch die Klemmerhebungen 92 das innerhalb des Abstandes 85 aufgenommene zweite Bauelement 22 eingeklemmt und fixiert.
In 11 ist zudem gezeigt, dass das zweite Bauelement 22 eine Ausnehmung 94 aufweist, die einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Flanschabschnittes 62 aufweist.
Auf diese Weise kann ein Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen 34, 36 erzielt werden. Durch die Klemmerhebungen 92 kann ein Toleranzausgleich in einer Richtung im Wesentlichen quer hierzu erzielt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/057599 A1 [0091]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Gegenstandes (10), mit den Schritten: – Bereitstellen eines ersten Bauelementes (20) und Bereitstellen eines zweiten Bauelementes (22), – Übereinanderlegen des ersten und des zweiten Bauelementes (20, 22), so dass sich eine Verbindungsfläche (34) des ersten Bauelementes (20) und eine Verbindungsfläche (36) des zweiten Bauelementes (22) berühren, und – Verbinden des ersten Bauelementes (20) und des zweiten Bauelementes (22), dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauelement (20, 22) an wenigstens zwei Verbindungsstellen (40, 42) miteinander verbunden werden, wobei eine Toleranzausgleichseinrichtung (50) vorgesehen ist, die für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen (34, 36) zu sorgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (20, 22) aus Kunststoff hergestellt sind, wobei das Bereitstellen der Bauelemente (20, 22) beinhaltet, eine Mehrzahl von wärmeleitfähigen Verbindungselementen (56) in das erste Bauelement und/oder in das zweite Bauelement (22) zu integrieren, und wobei das Verbinden des ersten und des zweiten Bauelementes (20, 22) beinhaltet, die Verbindungselemente (56) gleichzeitig oder nacheinander zu erwärmen, um an der Mehrzahl von Verbindungsstellen (40, 42) jeweils eine thermoplastische Schweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement (20, 22) herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (56) von einer Seite aus induktiv erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Bauelemente (22) in einem Bereich zwischen zwei Verbindungsstellen (40, 42) eine Ausnehmung (52) vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen (34, 36) zu sorgen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei in wenigstens einem der Bauelemente (22) im Bereich wenigstens einer Verbindungsstelle (42) zwei Ausnehmungen (52, 54) vorgesehen sind, die in einer die Verbindungsstellen (40, 42) verbindenen Verbindungslinie (44) auf gegenüberliegenden Seiten der einen Verbindungsstelle (42) angeordnet sind, um für einen Toleranzausgleich in einer Richtung parallel zu den Verbindungsflächen (34, 36) und/oder parallel zu der Verbindungslinie (44) zu sorgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden des ersten und des zweiten Bauelementes (20, 22) beinhaltet, an dem ersten Bauteil (20) wenigstens ein Verbindungselement (60) festzulegen, das gegenüber der Verbindungsfläche (34) des ersten Bauelementes (20) vorsteht, wobei das zweite Bauelement (22) eine Ausnehmung (94) aufweist, durch die hindurch das Verbindungselement (60) beim Aufeinanderlegen tritt, und mit dem Schritt, nach dem Aufeinanderlegen der Bauteile (20, 22) diese durch Anbringen eines Clipelementes (74) an dem Verbindungselement (60) miteinander zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (20) und das Verbindungselement (60) aus Kunststoff hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungselement (60) und/oder in das erste Bauelement (20) ein wärmeleitfähiges Verbindungselement (56) integriert ist, wobei das Verbinden des ersten Bauelementes (20) und des Verbindungselementes (60) beinhaltet, das Verbindungselement (60) zu erwärmen, um eine thermoplastische Schweißverbindung zwischen dem ersten Bauelement (20) und dem Verbindungselement (60) herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung unmittelbar nach einem Prozess zur Herstellung des ersten und/oder des zweiten Bauteils (20, 22) und/oder des Verbindungselementes (60) hergestellt wird, so dass das erste und/oder das zweite Bauteil (20) und/oder das Verbindungselement (60) noch eine Temperatur größer als eine Umgebungstemperatur aufweist.
Verbindungsanordnung zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Bauelementes (20, 22), insbesondere hergestellt mittels eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 10, mit einem Verbindungselement (60), das einen Flanschabschnitt (62) aufweist, in den ein wärmeleitfähiges Verbindungshilfselement (56) integriert ist, und das einen sich von dem Flanschabschnitt (62) erstreckenden hohlzylindrischen Schaftabschnitt (66) aufweist, an dessen Außenumfang ein radial vorstehender Kopfabschnitt (64) ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, mit einem Clipelement (74), das einen Basisabschnitt (76) und einen U-förmigen Schulterabschnitt (78) aufweist, die über einen Randabschnitt (80) verbunden sind, derart, dass zwischen dem Basisabschnitt (76) und dem Schulterabschnitt (78) eine Kopfaufnahme (81) für einen Kopfabschnitt (64) eines Verbindungselementes (60) gebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 12, wobei an dem Basisabschnitt (76) eine Rastzunge (82) ausgebildet ist, die gegenüber dem Basisabschnitt (76) in Richtung des Schulterabschnittes (78) ragt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 11 und nach Anspruch 13, wobei die Rastzunge (82) in einen Hohlabschnitt (70) des Schaftabschnittes (66) des Verbindungselementes (60) greift.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 12–14, wobei der Schulterabschnitt (78) auf seiner dem Basisabschnitt (76) abgewandten Außenseite wenigstens eine Klemmerhebung (92) zum klemmenden Festlegen eines Bauelements (22) aufweist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 12–15, wobei das Clipelement (74) wenigstens eine Federzunge (88) aufweist, die entgegen einer Aufschieberichtung (86), in der das Clipelement (74) auf ein Verbindungselement (60) aufschiebbar ist, elastisch auslenkbar ist.