DE102012004499B4 - Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils aus Kunststoff wie aus thermoplasischem Polymer an einem Bauteil aus Metall beim Fügen der Bauteile - Google Patents

Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils aus Kunststoff wie aus thermoplasischem Polymer an einem Bauteil aus Metall beim Fügen der Bauteile Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils (1) aus Kunststoff wie aus thermoplastischem Polymer an einem Bauteil (2) aus Metall beim Fügen der beiden Bauteile, wobei das Bauteil (1) aus Kunststoff auf dem Metallbauteil (2) unmittelbar oder mittels einer aushärtbaren Klebstoffschicht (21) aufgebracht wird, deren Adhäsion im ausgehärteten Zustand ausreichend groß ist, um das Bauteil (1) aus Kunststoff an dem Metallbauteil (2) dauerhaft zu befestigen, und wobei das Bauteil (1) aus Kunststoff an dem Metallbauteil (2) unmittelbar oder zumindest während des Aushärtens der Klebstoffschicht (21) durch diese an dem Metallbauteil (2) fixiert und/oder angebunden wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: mindestens ein metallisches Fixierelement (3), bestehend aus einem Bassteil (4) und mindestens einem sich von diesem erstreckenden stiftförmigen Schenkel (5) wird mit diesem gegen die dem Metallbauteil (2) abgewandte Oberfläche des Bauteils (1) aus Kunststoff geführt und zugleich vor Berührung des Bauteils (1) aus Kunststoff direkt oder indirekt auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Bauteils (1) aus Kunststoff liegt, anschließend wird der mindestens eine stiftförmige Schenkel (5) des Fixierelementes (3) durch das Bauteil (1) aus Kunststoff oder durch dieses und die zwischen letzterem und dem Metallbauteil (2) positionierte aushärtbare Klebstoffschicht (21) getrieben, wobei das freie Ende (13) des mindestens einen stiftförmigen Schenkels (5) des Fixierelementes (3) an dem Metallbauteil (2) zur Anlage kommt, dann wird eine Spannung an das metallische Fixierelement (3) und das Metallbauteil (2) gelegt und das an dem Metallbauteil (2) anliegende Ende des mindestens einen stiftförmigen Schenkels (5) des Fixierelementes (3) mittels des erzeugten Schweißstroms auf der dem Bauteil (1) aus Kunststoff zugewandten Oberfläche des Metallbauteils (2) bolzenschweißartig angeschweißt und das Bauteil (1) aus Kunststoff somit an dem Metallbauteil (2) fixiert und/oder angebunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils aus Kunststoff wie aus thermoplastischen Polymer an einem Bauteil aus Metall beim Fügen der beiden Bauteile, wobei das Bauteil aus Kunststoff auf dem Metallbauteil unmittelbar oder mittels einer aushärtbaren Klebstoffschicht aufgebracht wird, deren Adhäsion im ausgehärteten Zustand ausreichend groß ist, um das Bauteil aus Kunststoff an dem Metallbauteil dauerhaft zu befestigen, und wobei das Bauteil aus Kunststoff an dem Metallbauteil unmittelbar oder zumindest während des Aushärtens der Klebstoffschicht durch diese an dem Metallbauteil fixiert und/oder angebunden wird.
  • Herkömmlicherweise werden beim Fügen von Thermoplasten und Metallen mechanische oder hybride Verfahren wie Kleben in Verbindung mit mechanischem Fixieren eingesetzt. Beim mechanischen Fügen kommen vor allem Stanzniete, seltener Blindniete oder selbstschneidende oder fließlochformende Schrauben zum Einsatz.
  • So ist aus der DE 101 49 633 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem Metallbauteil und einer Kunststoffstruktur bekannt, bei der das Metallbauteil, bei dem auf mindestens einer Fläche mindestens ein Stanzrand oder Stanzkragen vorgesehen wird, und die Kunststoffstruktur mit Hilfe eines oder mehrerer Fügewerkzeuge zusammenpresst werden, wobei der Stanzrand und/oder der Stanzkragen form- und kraftschlüssig in die Kunststoffstruktur eindringt oder diese durchdringt. Absehen von den Kosten für die Fügewerkzeuge ergeben sich durch die hier auftretenden verhältnismäßig starken Kerbwirkungen unerwünschte Schädigungen an der Kunststoffstruktur.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2009 051 392 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil bekannt, bei dem in einer Oberfläch 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 heraus gebogen werden und jeweils ein Eingriffselement bilden 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 verbinden.
  • Aus der DE 10 2008 035 465 A1 ist ferner ein Verfahren zum Fixieren eines Bauteils mit einer Kunststoffoberfläche an einem Metallbauteil bekannt, bei dem zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil eine Schicht einer aushärtbaren Zusammensetzung positioniert wird, deren Adhäsion im ausgehärteten Zustand ausreichend groß ist, um das Kunststoffbauteil an dem Metallbauteil dauerhaft zu befestigen. Hier wird die Oberfläche des Kunststoffbauteils, die mit dem Metallbauteil zu verbinden ist, einstückig mit einer Vielzahl auf das Metallbauteil auszurichtenden und im Abstand zueinander angeordneten Abstandshaltern versehen, die jeweils mit einer thermoplastischen Opfernase als einstückiges Element der Oberfläche des Kunststoffbauteils mit einer Höhe ausgebildet werden, die gleich der oder größer als die Dicke der zwischen der Kunststoffoberfläche und der Metalloberfläche vorzusehenden Schicht der aushärtbaren Zusammensetzung ist. Die thermoplastischen Opfernasen der einstückigen Elemente werden dann temporär und lokal aufgeschmolzen, auf die gegenüberliegende Oberfläche des Metallbauteils plastifiziert aufgepresst und während einer anschließenden Sekunden währenden Abkühlphase mit der Metalloberfläche zur einer festen, fixierenden Verbindung gefügt, durch die über die Aushärtezeit der Schicht der aushärtbaren Zusammensetzung hinaus die erforderliche Fixierung des an dem Metallbauteil zu befestigenden Kunststoffbauteils gegeben ist.
  • Zudem geht aus der DE 10 2006 013 529 A1 ein Verfahren zum Fügen mindestens zweier aneinander anliegender Werkstücke mittels eines Fügeelementes hervor, bei dem das Fügeelement durch eine rotatorische oder translatorische Bewegung durch das obere Werkstück hindurchbewegt und in das untere Werkstück rotierend eingedrückt wird, ohne das untere Werkstück zu durchdringen. Hierbei wird durch die beim Eindrücken entstehende Reibung eine überwiegend form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Fügeelement und dem oberen Werkstück hergestellt und die Werkstücke werdni in Anlage aneinander gehalten und miteinander verbunden.
  • Aus der US 3 582 603 A ist zudem ein Widerstandsschweißverfahren zum Befestigen eines Isolationsfutters an einem Metallrohr bekannt, bei dem ein Schweißbolzen Verwendung findet, der einen Kopf mit großer Querschnittsfläche und einem Schaft mit einer gedrehten, scharfgeschliffenen Spitze aufweist. Der Kopf des Schweißbolzens ist in einer Ausnehmung eines Spannfutters einer Elektrode eingepasst und somit mit dieser elektrisch verbunden. Die Spitze des Schweißbolzens wird durch das Isolationsfutter getrieben und mit dem Metallrohr in Kontakt gebracht, wobei der Schweißstrom von der Elektrode durch den Schaft zum Metallrohr fließt und die Spitze des Schweißbolzens kontinuierlich gegen das Metallrohr gepresst wird.
  • Außerdem geht aus der DE 10 2004 025 492 A1 ein Verfahren zum Fügen von mehreren Fügeteilen, insbesondere von Flachmaterialien hervor, bei dem mindestens ein Fügeelement, insbesondere ein Bolzen oder ein Niet verwendet und das mindestens eine Fügeelement unter mechanischer Belastung mit mindestens einem Fügeteil verschweißt wird. Das mindestens eine Fügeelement besteht aus einem geeigneten schweißfähigen Material und weist mindestens eine Schneide oder Spitze auf, die vor dem Verschweißen durch mindestens eines der Fügeteile hindurch getrieben wird.
  • Aus der US 4 031 350 A ist schließlich ein verbesserter Schweißbolzen bekannt, der vollständig aus Metall besteht und der bei automatischen Schweißmaschinen Verwendung findet, bei denen eine Vielzahl eines derartigen Schweißbolzens in beliebiger Ausrichtung in einer Beschickungseinrichtung aufgenommen wird. Der Schweißbolzen weist einen Schaft auf, der mit einem Ende mittels Widerstandsschweißen an einem Metallrohr angeschweißt wird. Am zum Metallrohr entgegengesetzten Ende des Schaftes ist einen Kopfteil des Schweißbolzens vorgesehen, von dem eine Isolation gegen das Metallrohr gepresst wird. Der Schweißbolzen weist zudem einen langgestreckten Zungenteil auf, der vom Kopfteil des Schweißbolzens aus mit Abstand parallel zum Schaft verläuft und so geformt und positioniert ist, dass ein Aufeinanderschichten der Schweißbolzen verhindert wird. Außerdem dient der Zungenteil auch als Schaltelement zur Verhinderung eines Überschmelzens des Schafts und/oder zur Vermeidung einer Beschädigung der Isolation.
  • Insbesondere bei der Kfz-Produktion oder im Bauwesen ist es jedoch erwünscht, Kunststoffbauteile mit metallischen Bauteilen oder Werkstücken zu fixieren und/oder zu verbinden, ohne dass Schädigungen an dem Kunststoffbauteilen durch Kerbwirkungen und/oder Materialtrennungen auftreten und ohne aufwendige Werkzeuge für die Fixierung einsetzen zu müssen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem unter Vermeidung vorstehender Bereiche an der Fügestelle bei Minimierung von Kerbwirkungen in dein Kunststoffbauteil durch das mindestens eine Fixierelement eine einfache, schnelle und effektive Fixierung und/oder Anbindung des Kunststoffbauteils an dem Metallbauteil bei der Herstellung des entsprechenden Verbundkörpers gewährleistet wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das eingangs erwähnte Verfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch folgende Verfahrensschritte:
    mindestens ein metallisches Fixierelement, bestehend aus einem Basisteil und mindestens einem sich von diesem erstreckenden stiftförmigen Schenkel wird mit diesem gegen die dem Metallbauteil abgewandte Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff geführt und
    zugleich vor Berührung des Bauteils aus Kunststoff direkt oder indirekt auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegt,
    anschließend wird der mindestens eine stiftförmige Schenkel des Fixierelementes durch das Bauteil aus Kunststoff oder durch dieses und die zwischen letzterem und dem Metallbauteil positionierte aushärtbare Klebstoffschicht getrieben, wobei das freie Ende des mindestens einen stiftförmigen Schenkels des Fixierelementes an dem Metallbauteil zur Anlage kommt,
    dann wird eine Spannung an das metallische Fixierelement und das Metallbauteil gelegt und das an dem Metallbauteil anliegende Ende des mindestens einen stiftförmigen Schenkels des Fixierelementes mittels des erzeugten Schweißstroms auf der dem Bauteil aus Kunststoff zugewandten Oberfläche des Metallbauteils bolzenschweißartig angeschweißt und das Bauteil aus Kunststoff somit an dem Metallbauteil fixiert und/oder angebunden.
  • Vorzugsweise wird als metallisches Fixierelement eine bügelartige Klammer aus Stahl, Aluminium oder einem thermisch schweißbaren Material verwendet, die ein Basisteil aufweist, an dessen beiden Enden ein sich rechtwinklig erstreckender stiftförmiger Schenkel ausgebildet ist, dessen Länge jeweils mindestens entsprechend der Dicke des Bauteils aus Kunststoff gewählt wird.
  • Als metallisches Fixierelement kann auch ein nagelförmiges Element verwendet werden, das einen Nagelkopf als Basisteil und einen sich von diesem erstreckenden spitz zulaufenden Schenkel aufweist, dessen Länge mindestens entsprechend der Dicke des Bauteils aus Kunststoff gewählt wird.
  • Das metallische Fixierelement wird mittels einer letzteres umfassenden Heizspule oder mittels einer Elektrodeneinrichtung, die in einer senkrecht zur Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff bewegbaren Halterungsvorrichtung für das metallische Fixierelement integriert und zwischen deren Elektroden ein Isolator angeordnet ist, auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, indem die Elektroden der Elektrodeneinrichtung mit dem metallischen Fixierelement unter Anlegen einer Kurzschlußspannung in Kontakt gebracht werden.
  • Vorzugsweise wird die metallische bügelartige Klammer mit ihrem Basisteil in einer Aufnahmerille der senkrecht zur Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff bewegbaren Halterungsvorrichtung aufgenommen, wobei die beiden stiftförmigen Schenkel der metallischen bügelartigen Klammer senkrecht in Bezug zu dem Bauteil aus Kunststoff ausgerichtet werden und die metallische bügelartige Klammer von der Halterungsvorrichtung gegen das Bauteil aus Kunststoff bewegt, gleichzeitig durch Anlegen der Kurzschlussspannung an die Elektroden der Elektrodeneinrichtung der Halterungsvorrichtung aufgeheizt und anschließend mittels der Halterungsvorrichtung durch das Bauteil aus Kunststoff getrieben wird, bis die freien Enden der beiden stiftförmigen Schenkel der metallischen bügelartigen Klammer auf das Metallbauteil auftreffen. Hierbei wird der Kontaktwiderstand zwischen der metallischen bügelartigen Klammer und dem Metallbauteil überwacht, und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes des Kontaktwiderstandes erfolgt eine Umpolung der Spannung derart, dass diese dann zwischen der Elektrodeneinrichtung der Halterungsvorrichtung und dem Metallbauteil anliegt und ein Schweißstrom fließt, durch den die freien Enden der beiden stiftförmigen Schenkel der metallischen bügelartigen Klammer bolzenschweißartig auf der Oberfläche des Metallbauteils gleichzeitig angeschweißt werden.
  • Die Halterungsvorrichtung kann mit der in der Aufnahmerille gehalterten metallischen bügelartigen Klammer zur Stabilisierung ihrer Bewegung senkrecht zum Bauteil aus Kunststoff durch eine senkrecht zur Oberfläche des letzteren positionierte Klammerführung geführt werden. Die Aufheizung der metallischen bügelartigen Klammer kann dann bei ihrer Bewegung innerhalb der Klammerführung indirekt durch ein die Klammerführung erwärmendes Heizelement, durch induktive Erwärmung oder mittels Peltier-Elementen erfolgen.
  • Bevorzugt wird das metallische bügelartige Fixierelement oder die metallische bügelartige Klammer mit einer solchen Höhe h1 und einem solchen Drahtdurchmesser d verwendet, dass die dem Bauteil aus Kunststoff zugewandte Fläche des Basisteils des metallischen Fixierelementes bzw. der metallischen bügelartigen Klammer im angeschweißten Zustand des stiftförmigen Schenkels des metallischen Fixierelementes bzw. der beiden stiftförmigen Schenkel der metallischen bügelartigen Klammer auf der zum Metallbauteil abgewandten Fläche des Bauteils aus Kunststoff, dessen Höhe h2 ist, plan zu liegen kommt, wobei h1 – h2 = d ist.
  • Das metallische Fixierelement oder die metallische bügelartige Klammer kann jedoch auch mit einer solchen Höhe h1 verwendet werden, dass die zum stiftförmigen Schenkel bzw. zu den beiden stiftförmigen Schenkeln abgewandte Oberfläche des Basisteils des metallischen Fixierelementes bzw. der metallischen bügelartigen Klammer im angeschweißten Zustand des stiftförmigen Schenkels des metallischen Fixierelementes bzw. der beiden stiftförmigen Schenkel der metallischen bügelartigen Klammer innerhalb des Bauteils aus Kunststoff, das die Höhe h2 aufweist, zumindest plan zu der Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff positioniert wird, die zum Metallbauteil abgewandt liegt, wobei h1 ≤ h2 ist.
  • Vorzugsweise wird eine Vielzahl metallischer bügelartiger Klammern nacheinander und/oder gleichzeitig im Abstand zueinander durch das Bauteil aus Kunststoff oder durch letzteres und die Klebstoffschicht getrieben und beim Auftreffen der freien Enden der jeweiligen stiftförmigen Schenkel in Form einer Tackerschweißung nacheinander und/oder gleichzeitig auf der Oberfläche des Metallbauteils bolzenschweißartig angeschweißt.
  • Als metallisches Fixierelement kann auch ein nagelförmiges Element verwendet werden, das aus einem Nagelkopf als Basisteil und einem sich von diesem erstreckenden, spitz zulaufenden Schenkel besteht und mit dem Nagelkopf in die senkrecht zur Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff bewegbare Halterungsvorrichtung eingebracht und mit dem spitz zulaufenden Schenkel zur Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff hin ausgerichtet wird. Hierbei wird der Nagelkopf des metallischen nagelförmigen Fixierelementes an den Elektroden der Elektrodeneinrichtung und den zwischen diesen positionierten Isolator angelegt, worauf das metallische nagelförmige Fixierelement durch eine an die Elektrodeneinrichtung gelegte Kurzschlussspannung mittels Widerstandsheizung auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, zugleich senkrecht in Richtung zur Oberfläche des Bauteils aus Kunststoff hin bewegt und durch das Bauteil aus Kunststoff oder durch dieses und die Klebstoffschicht getrieben wird, bis der spitz zulaufenden Schenkel des metallischen nagelförmigen Fixierelementes auf das Metallbauteil auftrifft, wobei der Kontaktwiderstand zwischen dem metallischen nagelförmigen Fixierelement und dem Metallbauteil überwacht wird. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes des Kontaktwiderstandes erfolgt eine Umpolung der Spannung derart, dass diese zwischen dem metallischen nagelförmigen Fixierelement und dem Metallbauteil anliegt und ein Schweißstrom fließt, durch den der spitz zulaufende Schenkel des metallischen nagelförmigen Fixierelementes auf der Oberfläche des Metallbauteils bolzenschweißartig angeschweißt wird. Die Aufheizung des nagelförmigen Fixierelementes kann auch durch induktive Erwärmung des letzteren oder mittels Peltier-Elementen erfolgen.
  • Bevorzugt wird das metallische Fixierelement auf eine Temperatur im Bereich von 180°C bis 200°C aufgeheizt, wobei die Dauer der Aufheizung des metallischen Fixierelementes 200 ms bis 300 ms beträgt und das Anschweißen des freien Endes des stiftförmigen Schenkels des metallischen Fixierelementes auf der Oberfläche des Metallbauteils 500 ms dauert.
  • Die oben benannte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß auch durch ein eingangs erwähntes Verfahren gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
    ein fortlaufender metallischer Draht wird um eine Umlenkrolle geführt, die am freien Ende einer senkrecht zu dem Bauteil aus Kunststoff bewegbaren nadelförmigen Elektrodenvorrichtung vorgesehen wird, das dem Bauteil aus Kunststoff gegenüber zu positionieren ist,
    dann wird das freie Ende der nadelförmigen Elektrodeneinrichtung direkt oder indirekt auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegt,
    darauf wird das erwärmte freie Ende der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung durch das Bauteil aus Kunststoff oder durch letzteres und die Klebstoffschicht getrieben und dabei der um die Umlenkrolle geführte Abschnitt des fortlaufenden metallischen Drahtes von dem freien Ende der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung durch das Bauteil aus Kunststoff oder durch letzteres und die Klebstoffschicht bis zum Anschlag an dem Metallbauteil gedrückt,
    beim Anschlag des um die Umlenkrolle geführten Abschnitts des fortlaufenden metallischen Drahtes an dem Metallbauteil wird eine Spannung an die nadelförmige Elektrodenvorrichtung und an das Metallbauteil gelegt und der an das Metallbauteil von der Umlenkrolle gedrückte Abschnitt des fortlaufenden metallischen Drahtes durch den gegebenen Schweißstrom an der Oberfläche des Metallbauteils bolzenschweißartig angeschweißt,
    darauf wird die nadelförmige Elektrodenvorrichtung senkrecht zur Oberfläche aus dem Bauteil aus Kunststoff in ihre Ausgangsposition oberhalb des letzteren zurückgeführt, wobei der vorlaufenden Teil des fortlaufenden metallischen Drahtes von der Umlenkrolle der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung durch das Bauteil aus Kunststoff zu dessen Oberfläche geführt wird, und
    anschließend parallel zur Oberfläche des Bauteil aus Kunststoff um eine Strecke versetzt wird, um die im Abstand zum ersten Schweißpunkt der von Umlenkrolle der Elektrodenvorrichtung geführte Teil des fortlaufenden metallischen Drahtes erneut bei sich wiederholender Verfahrensweise der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung auf der Oberfläche des Metallbauteils angeschweißt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet mit sämtlichen Variationen seiner Ausführungsformen eine effektive, schnelle und kostengünstige Fixierung von Thermoplasten auf Metallen, wobei bevorstehende Bereiche an der Fügestelle vermieden und Kerbwirkungen, die zu Materialschädigungen führen können, minimiert werden. Infolge der Verwendung eines Drahtes mit geringem Querschnitt für die metallische bügelartige Klammer im Bauteil aus Kunststoff beim Tackerschweißen wie auch des Einsatzes eines derartigen fortlaufenden Drahtes im Polymer beim Nähschweißen gemäß der Erfindung kann eine Materialtrennung im Metall vermieden werden.
  • Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
  • 1a bis 1d schematisch die Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2a bis 2d schematisch eine erste Variation der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 schematisch eine zweite Variation der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 schematisch eine dritte Variation der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 5 schematisch eine vierte Variation der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 6a und 6b schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 7 schematisch eine erste Variation der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 8 schematisch eine Darstellung, aus der die sich wiederholende Anwendung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgeht,
  • 9a und 9b schematisch die Verfahrensschritte einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 10 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 11a und 11b schematisch Verfahrensschritte der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zur Durchführung der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 13a bis 13e schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen der bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten metallischen bügelartigen Klammer.
  • Aus den 1a bis 1d gehen die Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Fixieren und/oder Anbinden eines Kunststoffbauteils 1 an einem Metallbauteil 2 beim Fügen dieser Bauteile hervor, wobei das Kunststoffbauteil 1 zunächst unmittelbar auf das Metallbauteil 1 aufgebracht wird. Das Kunststoffbauteil 1 kann jedoch auch mittels einer nicht dargestellten aushärtbaren Klebstoffschicht auf das Metallbauteil 2 aufgebracht werden, deren Adhäsion im ausgehärteten Zustand ausreichend groß ist, um das Kunststoffbauteil 1 an dem Metallbauteil 2 dauerhaft zu befestigen. Das zu fügende Kunststoffbauteil 1 kann aus thermoplastischem Polymer oder aus anderen gebräuchlichen Kunststoffen oder Kunststoffverbindungen bestehen. Das zu fügende Metallbauteil 2 kann aus herkömmlichem Stahl, Aluminium oder thermisch schweißbaren Materialien bestehen.
  • Wie 1a zeigt, wird dann ein metallisches Fixierelement 3 in Form einer metallischen bügelartigen Klammer, die ein Basisteil 4 und zwei stiftförmige Schenkel 5 aufweist, die sich jeweils von einem Ende des Basisteils 4 senkrecht weg erstrecken, in einer Halterungsvorrichtung 6 derart aufgenommen, dass die stiftförmigen Schenkel 5 zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 hin gerichtet sind. Die Halterungsvorrichtung 6 ist in eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens integriert und senkrecht zur Oberfläche 7 des auf dem Metallbauteil 2 aufgebrachten Polymerbauteils 1 bewegbar. Die Halterungsvorrichtung 6 weist in ihrer dem Polymerbauteil 1 zugewandten Fläche eine in 12 gezeigte Aufnahmerille 8 auf, in der das Basisteil 4 der metallischen bügelartigen Klammer aufgenommen wird. Die Halterungsvorrichtung 6 ist mit einer Elektrodeneinrichtung 9 kombiniert, zwischen deren Elektroden 10 ein Isolator 11 angeordnet ist.
  • Wie 1a zeigt, wird an die Elektroden 10 der Elektrodeneinrichtung 9 der Halterungsvorrichtung 6 eine Spannung angelegt und die in der Aufnahmerille 8 mit dem Basisteil 4 aufgenommene metallische bügelartige Klammer mittels Widerstanderwärmung durch einen von der negativen Elektrode 10 zur positiven Elektrode 10 fließenden konstanten Strom I auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegt, und zwar auf eine Temperatur im Bereich von 180°C bis 200°C bei einer Dauer der Aufheizung im Bereich von 200 ms bis 300 ms abhängig von der Eigenschaft des verwendeten Kunststoffs oder der Kunststoffverbindungen des Kunststoffbauteils 1.
  • Gleichzeitig wird die Halterungsvorrichtung 6 senkrecht in Richtung des Polymerbauteils 1 bewegt, wie durch den Pfeil 12 gezeigt ist, wobei die stiftförmigen Schenkel 5 der von der Halterungsvorrichtung 6 geführten aufgeheizten metallischen bügelartigen Klammer in das Polymerbauteil 1 eingedrückt werden, wie 1b zeigt.
  • Die aufgeheizte metallische bügelartige Klammer wird dann von der Halterungsvorrichtung 6 durch das Polymerbauteil 1 getrieben, bis die freien Enden 13 der beiden stiftförmigen Schenkel 5 der metallischen bügelartigen Klammer auf das Metallbauteil 2 auftreffen, wobei der Kontaktwiderstand zwischen der metallischen bügelartigen Klammer und dem Metallbauteil 2 überwacht und bei Nichteinhalten eines vorgegebenen Wertes des Kontaktwiderstandes eine Umpolung der Spannung erfolgt, so dass, wie 1c zeigt, eine Spannung zwischen der Elektrodeneinrichtung 9 der Halterungsvorrichtung 6 und dem Metallbauteil 2 angelegt wird und ein Schweißstrom fließt. Die an dem Metallbauteil 2 anliegenden freien Enden 13 der beiden stiftförmigen Schenkel 5 der aufgeheizten metallischen bügelartigen Klammer werden nun mittels des Schweißstroms unmittelbar auf der dem Polymerbauteil 1 zugewandten Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 bolzenschweißartig gleichzeitig angeschweißt und die metallische bügelartige Klammer somit gefügt.
  • Wie 1d verdeutlicht, wird in Abhängigkeit von der Höhe h2 des Polymerbauteils 1 die metallische bügelartige Klammer im gegebenen Fall mit einer solchen Höhe h1 und mit einem solchen Durchmesser d gewählt, dass die zu den beiden stiftförmigen Schenkeln 5 abgewandte Oberfläche 35 des Basisteils 4 der metallischen bügelartigen Klammer im angeschweißten Zustand der stiftförmigen Schenkel 5 der metallischen bügelartigen Klammer innerhalb des Polymerbauteils 1 plan zu der Oberfläche 7 des letzteren positioniert wird.
  • Bei dem Verfahrensablauf gemäß den 1a bis 1d liegt die Taktzeit für das Durchdringen der metallischen bügelartigen Klammer durch das Polymerbauteil 1, für die Spannungsumpolung und für den Schweißprozess jeweils unter 1 Sekunde.
  • Die 2a bis 2d zeigen schematisch eine erste Variante der aus den 1a bis 1d hervorgehenden ersten Ausführungsform des Verfahrens, wobei die Verfahrensschritte nach den 2a bis 2c mit denen der 1a bis 1c übereinstimmen. Wie aus 2d ersichtlich ist, wird bei dieser Verfahrensvariante jedoch in Abhängigkeit von der Höhe h2 des Polymerbauteils 1 eine metallische bügelartige Klammer mit einer solchen Höhe h1 und mit einem solchen Durchmesser d verwendet, dass die dem Polymerbauteil 1 zugewandte Fläche 15 des Basisteils 4 der metallischen bügelartigen Klammer im angeschweißten Zustand jedes freien Endes 13 der beiden stiftförmigen Schenkel 5 der metallischen bügelartigen Klammer an der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 plan auf der zu letzterem abgewandten Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 positioniert wird.
  • Aus 3 geht eine zweite Variante der ersten Ausführungsform des Verfahrens nach den 1a bis 1d hervor, bei der im Unterschied zum Verfahrensschritt nach 1a die Aufheizung der in der Aufnahmerille 8 der Halterungsvorrichtung 6 aufgenommenen metallischen bügelartigen Klammer auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur bei der Bewegung der Haltungsvorrichtung 6 in senkrechter Richtung zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 durch ein die metallische bügelartige Klammer umfassendes Heizelement 17 in Form einer Heizspule erfolgt.
  • 4 zeigt eine dritte Variation der ersten Ausführung des Verfahrens nach den 1a bis 1d, bei der die Halterungsvorrichtung 6, in deren Aufnahmerille 8 die metallische bügelartige Klammer aufzunehmen ist, senkrecht in Richtung zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 während der Aufheizphase der metallischen bügelartigen Klammer entsprechend 1a und 1b zur Stabilisierung zentrisch durch eine hohlzylindrische Klammerführung 16 bewegt wird, die sich senkrecht zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 erstreckt.
  • Bei einer in 5 gezeigten vierten Variation der ersten Ausführungsform des Verfahrens nach den 1a bis 1d wird die Halterungsvorrichtung 6 mit in deren Aufnahmerille 8 aufgenommenen metallischen bügelartigen Klammer wie bei der dritten Variation des Verfahrens nach 4 während der Aufheizphase innerhalb der hohlzylindrischen Klammerführung 16 bewegt, die Aufheizung der metallischen bügelartigen Klammer erfolgt jedoch unterschiedlich zur Variation nach 4 indirekt durch das die hohlzylindrische Klammerführung 16 erwärmende Heizelement 17 bei der Bewegung der Halterungsvorrichtung 6 innerhalb der Klammerführung 16 in Richtung zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1.
  • Aus den 6a und 6b geht eine zweite Ausführungsform des Verfahrens hervor, bei der zunächst an einer vorbestimmten Position auf dem Metallbauteil 2 ein Paar senkrecht verlaufender Löcher 18 durch das Metallbauteil 2 gebohrt wird, deren mittiger Abstand gleich der Länge des Basisteils 4 der verwendeten metallischen bügelartigen Klammer ist und deren Durchmesser d2 geringfügig größer als der Durchmessers d1 des Drahtes ist, aus dem die metallische bügelartige Klammer einstückig gebildet wird. Vorzugsweise weisen die stiftförmige Schenkel 5 der verwendeten metallischen bügelartigen Klammer jeweils eine Länge auf, die mindestens gleich der Summe aus der Dicke des Metallbauteils 2 und der Dicke des Polymerbauteils 1 ist. Die metallische bügelartige Klammer wird dann mit ihrem Basisteil 4 in der Aufnahmerille 8 der Halterungsvorrichtung 6 aufgenommen und durch Anlegen einer Kurzschlussspannung an die Elektroden 10 der Elektrodeneinrichtung 9 der Halterungsvorrichtung 6 auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt. Gleichzeitig wird die Halterungsvorrichtung 6 senkrecht zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 bewegt derart, dass die senkrecht zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 ausgerichteten stiftförmigen Schenkel 5 der metallischen bügelartigen Klammer axial mit den jeweiligen Löchern 18 des entsprechenden Lochpaares in dem Metallbauteil 2 fluchten. Die stiftförmigen Schenkel 5 der aufgeheizten metallischen bügelartigen Klammer werden dann das durch das Polymerbauteil 1 gedrückt, worauf die Kurzschlussspannung abgeschaltet und eine Spannung an die Elektroden 10 der Elektrodeneinrichtung 9 der Halterungsvorrichtung 6 und das Metallbauteil 2 gelegt wird. Die beiden stiftförmigen Schenkel 5 der metallischen bügelartigen Klammer werden dann jeweils in das zugeordnete Loch 18 des entsprechenden Lochpaares durch die weitere Abwärtsbewegung der Halterungsvorrichtung 6 eingeführt, bis ihr jeweiliges freies Ende 13 das zugeordnete Loch 18 durchsetzt hat. Dabei werden die stiftförmigen Schenkel 5 der metallischen bügelartigen Klammer mit ihrem in dem jeweiligen Loch 18 befindlichen Abschnitt mittels des gegebenen Schweißstroms mit der jeweiligen Lochwand 19 verschweißt.
  • Bei einer in 7 gezeigten Variation der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird eine metallische bügelartige Klammer verwendet, deren beide stiftförmigen Schenkel 5 eine Länge aufweisen, die erheblich größer als die Summe aus der Dicke des Polymerbauteils 1 und der Dicke des Metallbauteils 2 ist. Hierbei werden die beiden stiftförmigen Schenkel 5 der in der Aufnahmerille 8 der Halterungsvorrichtung 6 aufgenommenen metallischen bügelartigen Klammer ohne Aufheizung durch erhöhte Druckausübung mittels der Halterungsvorrichtung 6 durch das Polymerbauteil 1 getrieben und dann durch die fluchtend im Metallbauteil 2 vorgebohrten Löcher 18 des vorbestimmten Lochpaares geführt, bis das Basisteil 4 der metallischen bügelartigen Klammer auf der zum Metallbauteil 2 abgewandten Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 zu liegen kommt und die freien Enden 13 der beiden stiftförmigen Schenkel 5 aus den Löchern 18 des entsprechenden Lochpaares hinausragen und dann jeweils durch eine durch den Pfeil 20 gekennzeichnete drehmomentartige Druckbeaufschlagung nach außen plan an die Oberfläche 35 des Metallbauteils anliegend gedrückt werden, die zum Polymerbauteil 1 abgewandt ist. Auf diese Weise wird das Polymerbauteil 1 durch eine mechanische Klammerung an dem Metallbauteil 2 fixiert und/oder angebunden.
  • In 8 ist schematisch die sich wiederholende Anwendung der ersten Ausführungsform des Verfahrens dargestellt. Hierbei wird eine Vielzahl identischer metallischer bügelartiger Klammern jeweils nach Durchführung der Verfahrensschritte gemäß 1a und 1b nacheinander und/oder gleichzeitig im vorbestimmten Abstand zueinander durch das Polymerbauteil 1 und durch die zwischen letzterem und dem Metallbauteil 2 vorgesehene aushärtbare Klebstoffschicht 21 getrieben. Beim Auftreffen der freien Enden 13 der jeweiligen stiftförmigen Schenkel 5 auf das Metallbauteil 2 werden die identischen metallischen bügelartigen Klammern sozusagen mittels einer Tackerschweißung nacheinander und/oder gleichzeitig auf der der aushärtbaren Klebstoffschicht 21 zugewandten Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 bolzenschweißartig entsprechend 1d angeschweißt. Eine derartige Tackerschweißung kann zum Fixieren und/oder Anbinden des Polymerbauteils 1 an dem Metallbauteil 2 beim Fügen der beiden Bauteile effektiv von Hand oder automatisch gesteuert z. B. mittels eines Roboters erfolgen.
  • Die 9a und 9b zeigen schematisch die Verfahrensschritte einer dritten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem als metallisches Fixierelement ein nagelförmiges Element 22 verwendet wird, das aus einem Nagelkopf 23 als Basisteil und einem sich von diesem erstreckenden spitz zulaufenden Schenkel 24 besteht, dessen Länge mindestens entsprechend der Höhe h2 des Polymerbauteils 1 gewählt wird. Der Nagelkopf 23 des metallischen nagelförmigen Fixierelementes 22, der im Grundriß rund oder rechteckförmig gestaltet sein kann, wird in die senkrecht zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 bewegbare Halterungsvorrichtung 6 derart eingebracht, dass der spitz zulaufende Schenkel 24 des nagelförmigen Fixierelementes 23 zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 hin ausgerichtet ist. Hierbei liegen die Elektroden 10 der in die Halterungsvorrichtung 6 integrierten Elektrodeneinrichtung 9 und der zwischen den Elektroden 10 positionierte Isolator 11 an dem Nagelkopf 23 des nagelförmigen Fixierelementes 22 an und der Isolator 11 weist zentrisch eine Durchgangsöffnung 25 auf, durch die ein den Nagelkopf 23 beaufschlagender, senkrecht zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 axial bewegbarer Antriebskolben 26 führbar ist.
  • Das nagelförmige Fixierelement 22 wird durch eine an die Elektrodeneinrichtung 9 gelegte Kurzschlussspannung mittels Widerstandsheizung auf die über der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, zugleich in senkrechter Richtung (Pfeil 12) zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils hin bewegt und mittels des Antriebskolbens 26 durch das Polymerbauteil 1 und die aushärtbare Klebstoffschicht 21, die zwischen dem Polymerbauteil 1 und dem Metallbauteil 2 positioniert ist, getrieben, bis das freie Ende des spitz zulaufenden Schenkels 24 des nagelförmigen Fixierelementes 22 auf das Metallbauteil 2 trifft. In diesem Moment wird die an der Elektrodeneinrichtung 9 der Halterungsvorrichtung 6 liegende Kurzschlussspannung abgeschaltet und eine Spannung an den den Nagelkopf 23 des nagelförmigen Fixierelementes 22 beaufschlagenden Antriebskolben 26 und das Metallbauteil 2 gelegt und das freie Ende des spitz zulaufenden Schenkels 24 des nagelförmigen Fixierelementes 22 bolzenschweißartig an der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 angeschweißt, die an die Klebstoffschicht 21 grenzt.
  • 10 zeigt schematisch den wesentlichen Teil einer Vorrichtung zur Durchführung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens, des sogenannten Nähschweißens, die eine nadelartige Elektrodeneinrichtung 27 aufweist, die aus einem Kopf 28 und einem sich von diesem erstreckenden nadelförmigen Körper 29 besteht. Am freien Ende des nadelförmigen Körpers 29 ist eine Umlenkrolle 30 vorgesehen, um die ein fortlaufender metallischer Draht 31 oder ein fortlaufendes metallisches Band geführt ist. Die nadelartige Elektrodeneinrichtung 27 ist mit einer in 10 nicht gezeigten Antriebsmechanik der Vorrichtung zur Durchführung des Nähschweißens verbunden und von dieser senkrecht und parallel zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 bewegbar, die zum Metallbauteil 1 abgewandt ist. Die Antriebsmechanik der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 ist von Hand oder automatisch z. B. mittels eines Roboters zu betätigen, um die nadelartige Elektrodeneinrichtung 27 mit der Umlenkrolle 30 z. B. senkrecht auf der Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 aufzusetzen. Um für das Nähschweißen den nadelförmigen Körper 29 der von der Antriebsmechanik bewegten nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 zusammen mit dem um die Umlenkrolle 30 geführten fortlaufenden metallischen Draht 31 durch das Polymerbauteil 1 treiben zu können, ist der nadelförmige Körper 29 zuvor auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufzuheizen. Nach Durchdringen und Auftreffen des aufgeheizten nadelförmigen Körpers 29 zusammen mit dem um die Umlenkrolle 30 geführten fortlaufenden metallischen Draht 31 ist eine Spannung an den Kopf 28 der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 und das Metallbauteil 2 zu legen, um den an dieses von der Umlenkrolle 30 angepressten metallischen fortlaufenden Draht 31 durch den gegebenen Schweißstrom punktuell an der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 anzuschweißen. Nach erfolgtem Schweißvorgang wird der nadelförmige Körper 29 zusammen mit dem von der Umlenkrolle 30 aus vorlaufenden Teil des fortlaufenden metallischen Drahtes 31 durch die an der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 angreifende Antriebsmechanik senkrecht zur Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 aus dem Polymerbauteil 1 zurückgezogen. Die nadelartige Elektrodeneinrichtung 27 wird dann unmittelbar parallel zur Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 um eine Strecke versetzt, um die der vorlaufende, von der Umlenkrolle 30 der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 auf der Oberfläche 7 des Polymerbauteils 1 mitgeführte metallische fortlaufende Draht 31 erneut bei sich wiederholender Verfahrensweise der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 auf der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 punktuell in Form des Nähschweißens anzuschweißen ist.
  • Die 11a und 11b zeigen schematisch eine Variation des im Zusammenhang mit der Vorrichtung nach 10 beschriebenen Nähschweißens. Hierbei wird die nagelartige Elektrodeneinrichtung 27 nicht aufgeheizt, sondern es werden vor Beginn des Nähschweißens in das Polymerbauteil 1, das mit dem Metallbauteil 2 zu fügen ist, eine Vielzahl Durchgangslöcher 32 jeweils im vorbestimmten Abstand zueinander gebohrt. Dann wird der fortlaufende metallische Draht 31, der um die Umlenkrolle 30 der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 geführt ist, von dem nadelförmigen Körper 29 durch das erste der Durchgangslöcher 32 des Polymerbauteils 1 geführt und bei Kontakt mit dem Metallbauteil 2 in der zuvor im Zusammenhang mit 10 beschriebenen Verfahrensweise auf der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 punktmäßig angeschweißt. Dann wird der vom Schweißpunkt 33 vorlaufende Teil des fortlaufend geführten metallischen Drahtes 31 in der zuvor beschriebenen Verfahrensweise von der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 zu dem im vorbestimmten Abstand angeordneten zweiten Durchgangsloch 32 im Polymerbauteil 1 geführt und so weiter.
  • 11a zeigt schematisch eine Nähschweißung mit sechs Schweißpunkten 33 auf der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2, wobei sich die nadelartige Elektrodeneinrichtung 27 oberhalb des sechsten Durchgangsloches 32 des Polymerbauteils 1 in der Position vor dem Einführen des vom letzten Schweißpunkt 33 vorlaufenden Teils des fortlaufend geführten metallischen Drahtes 31 befindet. 11b zeigt die Position der nadelartigen Elektrodeneinrichtung 27 innerhalb des sechsten Durchgangslochs 32 während des entsprechenden Anschweißens des von der Umlenkrolle 30 an dem Metallbauteil 2 angepressten fortlaufenden metallischen Drahtes 31 auf der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2.
  • 12 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Halterungsvorrichtung, die bei der Durchführung der ersten Ausführungsform des Verfahrens Verwendung finden kann. In diesem Fall bildet die Halterungsvorrichtung zugleich die Elektrodeneinrichtung 9, zwischen deren Elektroden 10 der Isolator 11 angeordnet ist, an dessen oberer Fläche 34 die nicht gezeigte Antriebsmechanik angreift, die von Hand oder automatisch z. B. mittels eines Roboters zu betätigen ist. Auf der zur oberen Fläche 34 des Isolators 11 gegenüber liegenden Unterseite der Elektrodeneinrichtung 9 ist die Aufnahmerille 8 ausgebildet, in der die Basis 4 des metallischen Fixierelementes 3 oder der metallischen bügelartigen Klammer 3 aufgenommen wird. Die Aufnahmerille 8 erstreckt sich mittig über die Unterseite der Elektrodeneinrichtung 9 in einer Richtung, die zur senkrechten Bewegungsrichtung der Elektrodeneinrichtung 9 im rechten Winkel verläuft.
  • Die 13a bis 13e zeigen jeweils eine Ausführungsform der verwendbaren metallischen bügelartigen Klammer, wobei nach den 13a bis 13e die freien Enden 13 der beiden stiftförmigen Schenkel 5 der einzelnen Ausführungsformen unterschiedlich gestaltet sind, und zwar bei 13a keilförmig mit einwärts gerichteter Keilfläche; bei 13b keilförmig mit nach außen gerichteter Keilfläche; bei 13c spitzförmig; bei 13d mit planer Endfläche und bei 13e in abgerundeter Form. Zur Erhöhung der Verbundfestigkeit der in das Polymerbauteil 1 eingetriebenen metallischen bügelartigen Klammer im angeschweißten Zustand der Enden 13 der beiden stiftförmigen Schenkel 5 auf der Oberfläche 14 des Metallbauteils 2 kann die senkrecht verlaufende Oberfläche der beiden stiftförmigen Schenkel 5 aufgerauht oder mit Rillen oder Sägezähnen versehen sein. Weiterhin kann das Basisteil 4 der metallischen bügelartigen Klammer eine Breite aufweisen, die größer als der Durchmesser der stiftförmigen Schenkel 5 ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kunststoffbauteil, thermoplastisches Polymerbauteil
    2
    Metallbauteil
    3
    metallisches Fixierelement
    4
    Basisteil der metallischen bügelartigen Klammer
    5
    stiftförmiger Schenkel
    6
    Halterungsvorrichtung
    7
    Oberfläche des Polymerbauteils
    8
    Aufnahmerille
    9
    Elektrodeneinrichtung
    10
    Elektroden
    11
    Isolator
    12
    Pfeil
    13
    freie Ende des stiftförmigen Schenkels
    14
    Oberfläche des Metallbauteils
    15
    Fläche des Basisteils, die dem Polymerbauteil 1 zugewandt ist
    16
    hohlzylindrische Klammerführung
    17
    Heizelement
    18
    Löcher
    19
    Lochwand
    20
    Pfeil
    21
    Klebstoffschicht
    22
    nagelförmiges Fixierelement
    23
    Nagelkopf
    24
    spitz zulaufender Schenkel des nagelförmigen Fixierelementes
    25
    Durchgangsöffnung
    26
    Antriebskolben
    27
    nadelförmige Elektrodenvorrichtung
    28
    Kopf der nadelförmige Elektrodenvorrichtung
    29
    nadelförmiger Körper
    30
    Umlenkrolle
    31
    fortlaufender metallischer Draht
    32
    Durchgangslöcher
    33
    Schweißpunkt
    34
    obere Fläche des Isolators
    35
    zum Polymerbauteil abgewandte Oberfläche des Metallbauteils
    h1
    Höhe der metallischen bügelartigen Klammer
    h2
    Höhe des Polymerbauteils
    d
    Durchmesser des metallischen Drahtes

Claims (14)

  1. Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils (1) aus Kunststoff wie aus thermoplastischem Polymer an einem Bauteil (2) aus Metall beim Fügen der beiden Bauteile, wobei das Bauteil (1) aus Kunststoff auf dem Metallbauteil (2) unmittelbar oder mittels einer aushärtbaren Klebstoffschicht (21) aufgebracht wird, deren Adhäsion im ausgehärteten Zustand ausreichend groß ist, um das Bauteil (1) aus Kunststoff an dem Metallbauteil (2) dauerhaft zu befestigen, und wobei das Bauteil (1) aus Kunststoff an dem Metallbauteil (2) unmittelbar oder zumindest während des Aushärtens der Klebstoffschicht (21) durch diese an dem Metallbauteil (2) fixiert und/oder angebunden wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: mindestens ein metallisches Fixierelement (3), bestehend aus einem Bassteil (4) und mindestens einem sich von diesem erstreckenden stiftförmigen Schenkel (5) wird mit diesem gegen die dem Metallbauteil (2) abgewandte Oberfläche des Bauteils (1) aus Kunststoff geführt und zugleich vor Berührung des Bauteils (1) aus Kunststoff direkt oder indirekt auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Bauteils (1) aus Kunststoff liegt, anschließend wird der mindestens eine stiftförmige Schenkel (5) des Fixierelementes (3) durch das Bauteil (1) aus Kunststoff oder durch dieses und die zwischen letzterem und dem Metallbauteil (2) positionierte aushärtbare Klebstoffschicht (21) getrieben, wobei das freie Ende (13) des mindestens einen stiftförmigen Schenkels (5) des Fixierelementes (3) an dem Metallbauteil (2) zur Anlage kommt, dann wird eine Spannung an das metallische Fixierelement (3) und das Metallbauteil (2) gelegt und das an dem Metallbauteil (2) anliegende Ende des mindestens einen stiftförmigen Schenkels (5) des Fixierelementes (3) mittels des erzeugten Schweißstroms auf der dem Bauteil (1) aus Kunststoff zugewandten Oberfläche des Metallbauteils (2) bolzenschweißartig angeschweißt und das Bauteil (1) aus Kunststoff somit an dem Metallbauteil (2) fixiert und/oder angebunden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Fixierelement (3) eine metallische bügelartige Klammer aus Stahl, Aluminium oder einem thermisch schweißbaren Material verwendet wird, die ein Basisteil (4) aufweist, an dessen beiden Enden jeweils ein sich rechtwinklig erstreckender stiftförmige Schenkel (5) ausgebildet ist, dessen Länge jeweils mindestens entsprechend der Dicke des Bauteils (1) aus Kunststoff gewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Fixierelement ein nagelförmiges Element (22) verwendet wird, das einen Nagelkopf (23) als Basisteil und einen sich von diesem erstreckenden spitz zulaufenden Schenkel (24) aufweist, dessen Länge mindestens entsprechend der Dicke des Bauteils (1) aus Kunststoff gewählt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Fixierelement (3) mittels einer letzteres umfassenden Heizspule (17) auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Fixierelement (3) mittels einer Elektrodeneinrichtung (9), die in einer senkrecht zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff bewegbaren Halterungsvorrichtung (6) für das metallische Fixierelement (3) integriert und zwischen deren Elektroden (10) ein Isolator (11) angeordnet ist, auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt wird, indem die Elektroden (10) der Elektrodeneinrichtung (9) mit dem metallischen Fixierelement (3) unter Anlegen einer Kurzschlussspannung in Kontakt gebracht werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Fixierelement (3) eine metallische bügelartige Klammer verwendet wird, die mit einem Basisteil (4) in einer Aufnahmerille (8) einer senkrecht zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff bewegbaren Halterungsvorrichtung (6) aufgenommen wird und die beiden stiftförmigen Schenkel (5) der metallischen bügelartigen Klammer (3) dabei senkrecht in Bezug zu dem Bauteil (1) aus Kunststoff ausgerichtet werden, die metallische bügelartige Klammer (3) von der Halterungsvorrichtung (6) gegen das Bauteil (1) aus Kunststoff bewegt, gleichzeitig durch Anlegen der Kurzschlussspannung an die Elektroden (10) der Elektrodeneinrichtung (9) der Halterungsvorrichtung (6) aufgeheizt und anschließend mittels der Halterungsvorrichtung (6) durch das Bauteil (1) aus Kunststoff getrieben wird, bis die freien Enden (13) der beiden stiftförmigen Schenkel (5) der metallischen bügelartigen Klammer (3) auf das Metallbauteil (2) auftreffen, wobei der Kontaktwiderstand zwischen der metallischen bügelartigen Klammer (3) und dem Metallbauteil (2) überwacht wird und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes des Kontaktwiderstandes eine Umpolung der Spannung derart erfolgt, dass diese zwischen der Elektrodeneinrichtung (9) der Halterungsvorrichtung (6) und dem Metallbauteil (2) anliegt und ein Schweißstrom fließt, durch den die freien Enden (13) der beiden stiftförmigen Schenkel (5) der metallischen bügelartigen Klammer (3) bolzenschweißartig auf der Oberfläche (14) des Metallbauteils (2) gleichzeitig angeschweißt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterungsvorrichtung (6) mit einer in einer Aufnahmerille (8) gehalterten metallischen bügelartigen Klammer als metallisches Fixierelement (3) durch eine senkrecht zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff positionierte Klammerführung (16) geführt wird, wobei die senkrechte Bewegung der metallischen bügelartigen Klammer (3) stabilisiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung der metallischen bügelartigen Klammer (3) bei ihrer Bewegung innerhalb der Klammerführung (16) indirekt durch ein die Klammerführung (16) erwärmendes Heizelement (17) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Fixierelement (3) mit einer solchen Höhe h1 und einem solchen Drahtdurchmesser d verwendet wird, dass die dem Bauteil (1) aus Kunststoff zugewandte Fläche des Basisteils des metallischen Fixierelementes im angeschweißten Zustand des stiftförmigen Schenkels (5) des metallischen Fixierelementes (3) auf der zum Metallbauteil (2) abgewandten Fläche des Bauteils (1) aus Kunststoff, dessen Höhe h2 ist, plan zu liegen kommt, wobei h1 – h2 = d ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Fixierelement (3) mit einer solchen Höhe h1 verwendet wird, dass die zu dem mindestens einen stiftförmigen Schenkel (5) abgewandte Oberfläche des Basisteils (4) des metallischen Fixierelementes (3) im angeschweißten Zustand des mindestens einen stiftförmigen Schenkels (5) des metallischen Fixierelementes (3) innerhalb des Bauteils (1) aus Kunststoff, das die Höhe h2 aufweist, zumindest plan zu der Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff positioniert wird, die zum Metallbauteil (2) abgewandt liegt, wobei h1 ≤ h2 ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl metallischer bügelartiger Klammern (3) nacheinander und/oder gleichzeitig im Abstand zueinander durch das Bauteil (1) aus Kunststoff oder durch letzteres und die Klebstoffschicht (21) getrieben und beim Auftreffen der freien Enden (13) der jeweiligen stiftförmigen Schenkel (5) in Form einer Tackerschweißung nacheinander und/oder gleichzeitig auf der Oberfläche (14) des Metallbauteils (2) bolzenschweißartig angeschweißt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als metallisches Fixierelement ein nagelförmiges Element (22), das aus einem Nagelkopf (23) als Basisteil und einem sich von diesem erstreckenden, spitz zulaufenden Schenkel (24) besteht, verwendet und mit dem Nagelkopf (23) in die senkrecht zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff bewegbare Halterungsvorrichtung (6) eingebracht und mit dem spitz zulaufenden Schenkel (24) zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff hin ausgerichtet wird, wobei der Nagelkopf (22) des metallischen nagelförmigen Fixierelementes (22) an den Elektroden (10) der Elektrodeneinrichtung (9) und den zwischen diesen positionierten Isolator (11) angelegt wird, dann das metallische nagelförmige Fixierelement (22) durch eine an die Elektrodeneinrichtung (9) gelegte Kurzschlussspannung mittels Widerstandsheizung auf die oberhalb der Glasübergangstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, zugleich senkrecht in Richtung zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff hin bewegt und durch das Bauteil (1) aus Kunststoff oder durch dieses und die Klebstoffschicht (21) getrieben wird, bis der spitz zulaufende Schenkel (24) des metallischen nagelförmigen Fixierelementes (22) auf das Metallbauteil (2) auftrifft, wobei der Kontaktwiderstand zwischen dem metallischen nagelförmigen Fixierelement (22) und dem Metallbauteil (2) überwacht und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes des Kontaktwiderstandes eine Umpolung der Spannung derart erfolgt, dass diese zwischen dem metallischen nagelförmigen Fixierelement (22) und dem Metallbauteil (2) anliegt und ein Schweißstrom fließt, durch den der spitz zulaufende Schenkel (24) des metallischen nagelförmigen Fixierelementes (22) auf der Oberfläche (14) des Metallbauteils (2) bolzenschweißartig angeschweißt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Fixierelement (3; 22) auf eine Temperatur im Bereich von 180°C bis 200°C aufgeheizt wird und die Dauer der Aufheizung des metallischen Fixierelementes (3; 22) 200 ms bis 300 ms sowie für das Anschweißen des freien Endes des stiftförmigen Schenkels (5; 24) des metallischen Fixierelementes (3; 22) auf der Oberfläche (14) des Metallbauteils 500 ms beträgt.
  14. Verfahren zum Fixieren und/oder Anbinden eines Bauteils (1) aus Kunststoff wie aus thermoplastischem Polymer an einem Bauteil (2) aus Metall beim Fügen der beiden Bauteile, wobei das Bauteil (1) aus Kunststoff auf dem Metallbauteil (2) unmittelbar oder mittels einer aushärtbaren Klebstoffschicht (21) aufgebracht wird, deren Adhäsion im ausgehärteten Zustand ausreichend groß ist, um das Bauteil (1) aus Kunststoff an dem Metallbauteil (2) dauerhaft zu befestigen, und wobei das Bauteil (1) aus Kunststoff an dem Metallbauteil (2) unmittelbar oder zumindest während des Aushärtens der Klebstoffschicht (21) durch diese an dem Metallbauteil (2) fixiert und/oder angebunden wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: ein fortlaufender metallischer Draht (31) wird um eine Umlenkrolle (30) geführt, die am freien Ende einer senkrecht zu dem Bauteil (1) aus Kunststoff bewegbaren nadelförmigen Elektrodenvorrichtung (27) vorgesehen wird, das dem Bauteil (1) aus Kunststoff gegenüber zu positionieren ist, dann wird das freie Ende der nadelförmigen Elektrodeneinrichtung direkt oder indirekt auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Bauteils aus Kunststoff liegt, darauf wird das erwärmte freie Ende der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung (27) durch das Bauteil (1) aus Kunststoff oder durch letzteres und die Klebstoffschicht (21) getrieben und dabei der um die Umlenkrolle (30) geführte Abschnitt des fortlaufenden metallischen Drahtes (31) von dem freien Ende der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung (27) durch das Bauteil (1) aus Kunststoff oder durch letzteres und die Klebstoffschicht (21) bis zum Anschlag an dem Metallbauteil (2) gedrückt, beim Anschlag des um die Umlenkrolle (30) geführten Abschnitts des fortlaufenden metallischen Drahtes (31) an dem Metallbauteil (2) wird eine Spannung an die nadelförmige Elektrodenvorrichtung (27) und an das Metallbauteil (2) gelegt und der an das Metallbauteil (2) von der Umlenkrolle (30) gedrückte Abschnitt des fortlaufenden metallischen Drahtes (31) durch den gegebenen Schweißstrom an der Oberfläche (14) des Metallbauteils (2) bolzenschweißartig angeschweißt, darauf wird die nadelförmige Elektrodenvorrichtung (27) senkrecht zur Oberfläche (7) aus dem Bauteil (1) aus Kunststoff in ihre Ausgangsposition oberhalb des letzteren zurückgeführt, wobei der vorlaufende Teil des fortlaufenden metallischen Drahtes (31) von der Umlenkrolle (30) der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung (27) durch das Bauteil (1) aus Kunststoff zu dessen Oberfläche (7) geführt wird, und anschließend parallel zur Oberfläche (7) des Bauteils (1) aus Kunststoff um eine Strecke versetzt wird, um die im Abstand zum ersten Schweißpunkt (33) der von Umlenkrolle (30) der Elektrodenvorrichtung (27) geführte Teil des fortlaufenden metallischen Drahtes (31) erneut bei sich wiederholender Verfahrensweise der nadelförmigen Elektrodenvorrichtung (27) auf der Oberfläche (14) des Metallbauteils (2) angeschweißt wird.
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