DE102014205682A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff umfasst eine Fügeeinrichtung (12) zur Durchführung eines Fügeprozesses und eine Absaugeinrichtung (20) zum Absaugen von Partikeln, die während des Fügeprozesses entstehen. Ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff umfasst folgende Schritte: Durchführen eines Fügeprozesses unter Beteiligung wenigstens eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff; und Absaugen von Partikeln, die während des Fügeprozesses entstehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff.
  • Derzeit werden Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen meistens mittels Stanz- oder Blindnieten gefügt. Während das Stanznieten eine beidseitige Zugänglichkeit der zu verbindenden Bauteile erfordert, sind Blindnietverbindungen sehr kostenintensiv und benötigen zudem vorgefertigte Löcher in den zu verbindenden Bauteilen.
  • Eine Alternative ist das Fließformschrauben, das sich bereits beim Fügen von Dünnblechen, insbesondere im Falle unterschiedlicher Materialien, bewährt und zu Kosteneinsparungen und Qualitätsvorteilen geführt hat. Beim Fließformschrauben werden spezielle Schrauben mit hohem Druck und hoher Drehzahl auf die zu fügenden Bauteile aufgesetzt, wodurch sich das Material erwärmt und zu fließen beginnt. Die Schraube formt so einen Trichter und dringt weiter in das Material ein. Nach dem Durchtritt der Schraubenspitze durch die Bauteile wird anschließend mit reduziertem Anpressdruck ein mehrgängiges Gewinde gefurcht. Die Schraube kann nun angezogen werden, zunächst bis zur Kopfauflage und anschließend mit zuvor festgelegten Parametern (Drehmoment, Drehwinkel). Zusätzliche Sicherungselemente wie Muttern oder Bolzen sind nicht erforderlich, da sich bei der Montage Durchzug und Gewinde der Schraube optimal anpassen. Ebenso entfällt ein vorbereitendes Bohren oder Stanzen der Bauteile.
  • Beim Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff mittels Fließformschrauben oder ähnlicher Verfahren können von den zu fügenden Bauteilen stammende Partikel freigesetzt werden, die als feiner Staub oder auch in gröberer Form in Erscheinung treten. Die Entstehung solcher Partikel ist grundsätzlich negativ zu bewerten, da sie die Funktionsfähigkeit bzw. Standzeit der Fügeeinrichtung selbst und etwaiger anderer in der Nähe befindlicher Anlagen beeinträchtigen können. Insbesondere elektrische Bauteile und Komponenten sind hierbei gefährdet. Außerdem ist der Verbleib der Partikel in bzw. an den zu fügenden Bauteilen unerwünscht. Im Fahrzeugkarosseriebau können die Partikel unter anderem zu Verschleppungen bei der Beschichtung im kathodischen Tauchlackierungsbad (KTL) und generell zu korrosiven Nachteilen führen. Nicht zuletzt sind auch gesundheitliche Risiken des an den Anlagen beschäftigten Personals zu bedenken. Es ist dabei unerheblich, ob beim Fügen auch Bauteile aus anderen Materialien beteiligt sind, die möglicherweise weniger oder gar keine Partikel freisetzen. Solange wenigstens eines der zu fügenden Bauteile aus einem faserverstärktem Kunststoff besteht, ist die Gefahr der oben beschriebenen Partikelbildung jedenfalls nicht grundsätzlich auszuschließen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den schädlichen Einfluss von Partikeln, die beim Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff entstehen, zu minimieren.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff umfasst eine Fügeeinrichtung zur Durchführung eines Fügeprozesses und eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von Partikeln, die während des Fügeprozesses entstehen.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die unerwünschten Partikel keinen Schaden anrichten können, wenn sie rechtzeitig entfernt werden. Hierfür ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine eigene Absaugeinrichtung vorgesehen, um die Partikel direkt an ihrem Entstehungsort abzusaugen, bevor sie sich im Raum verteilen können.
  • Wie bereits erwähnt ist das Formfließschrauben ein vielversprechendes Verfahren zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff. Dementsprechend ist eine Kombination der erfindungsgemäß vorgesehenen Absaugeinrichtung mit einer Einrichtung zum Formfließschrauben sinnvoll.
  • Die Absaugeinrichtung kann aber ebenso bei einer Einrichtung zum Rotationsverbinden, Blindnieten, Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten oder Bolzensetzen eingesetzt werden, wenn damit Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff gefügt werden.
  • Die Absaugeinrichtung kann entweder in die Fügeeinrichtung integriert oder als separate Einrichtung ausgebildet sein.
  • Ein effektives Absaugen der Partikel kann durch eine Anordnung der Absaugeinrichtung seitlich von einer Fügestelle oder über einer Fügestelle erreicht werden.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff mit folgenden Schritten:
    • – Durchführen eines Fügeprozesses unter Beteiligung wenigstens eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff; und
    • – Absaugen von Partikeln, die während des Fügeprozesses entstehen.
  • Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die entsprechenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine erläuternde Illustration des Fügens von Bauteilen durch Fließformschrauben in einzelnen Schritten; und
  • 2 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fügen von faserverstärkten Kunststoffteilen.
  • In 1 ist das Fügeverfahren des Formfließschraubens allgemein in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten dargestellt. Im ersten Schritt wird eine Schraube auf das obere der übereinander angeordneten Bauteile, die gefügt werden sollen, aufgesetzt. Das obere Bauteil kann an der gewünschten Fügestelle eine Bohrung oder eine Markierung haben, um die korrekte Positionierung der Schraube zu unterstützen. Die Schraube wird mit hohem Druck und hoher Drehzahl aufgesetzt, sodass sich das Material der Bauteile stark erwärmt und zu fließen beginnt (zweiter Schritt). Im dritten Schritt durchdringt die Schraube das Material, und im vierten Schritt wird ein Gewinde in das Material gefurcht. Die Schraube kann daraufhin durchgeschraubt werden (fünfter Schritt) und mit einem vorbestimmten Drehmoment angezogen werden (sechster Schritt).
  • 2 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung 10 zum Fügen von faserverstärkten Kunststoffteilen mit einer Fügeeinrichtung 12 zum Fließformschrauben. Die Fügeeinrichtung 12 weist eine Schraubenspindel 14 zum Drehen einer Schraube 16 und einen Niederhalter 18 auf, der für den erforderlichen Anpressdruck sorgt.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Absaugeinrichtung 20, die hier durch ein Absaugrohr symbolisiert ist. Die Absaugeinrichtung 20 sorgt dafür, dass die beim Fügeprozess, hier also beim Formfließschrauben, entstehenden Partikel sofort abgesaugt werden.
  • Die Absaugeinrichtung 20 kann seitlich oder über der Fügeeinrichtung 12 platziert sein. Wesentlich ist, dass sie so nahe an die Fügestelle heranreicht, dass sie die während des Fügeprozesses aus dem bzw. den faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen austretenden Partikel erfassen kann. Die Absaugeinrichtung 20 kann hierzu in die Fügeeinrichtung 12 integriert oder als separate Einrichtung ausgebildet sein.
  • Die Erfindung wurde am Beispiel einer Fügeeinrichtung 12 zum Formfließschrauben beschrieben. Die Absaugeinrichtung 20 kann aber ebenso bei einer Einrichtung zum Rotationsverbinden, Blindnieten, Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten oder Bolzensetzen Anwendung finden, wenn damit Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff gefügt werden.

Claims (8)

  1. Vorrichtung (10) zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, mit einer Fügeeinrichtung (12) zur Durchführung eines Fügeprozesses, und einer Absaugeinrichtung (20) zum Absaugen von Partikeln, die während des Fügeprozesses entstehen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinrichtung (12) eine Einrichtung zum Formfließschrauben ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinrichtung (12) eine Einrichtung zum Rotationsverbinden, Blindnieten, Halbhohlstanznieten, Vollstanznieten oder Bolzensetzen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (20) in die Fügeeinrichtung (12) integriert ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (20) als separate Einrichtung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (20) seitlich von einer Fügestelle angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (20) über einer Fügestelle angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Fügen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, mit folgenden Schritten: – Durchführen eines Fügeprozesses unter Beteiligung wenigstens eines Bauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff; und – Absaugen von Partikeln, die während des Fügeprozesses entstehen.
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