DE102015220969A1 - Verfahren zur lokalen Erhöhung eines Oberflächenreibwerts eines Bauteils - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Erhöhung eines Oberflächenreibwerts eines Kunststoffbauteils, welches ein Kunststoffgrundmaterial und eine auf dem Kunststoffgrundmaterial angeordnete Haftvermittlerschicht aufweist, wobei die Haftvermittlerschicht eine äußere Oberfläche des Bauteils definiert und durch ein Strahlverfahren Strahlpartikel in die Oberfläche des Bauteils eingebracht werden, so dass die Strahlpartikel teilweise in die Haftvermittlerschicht eindringen und teilweise von der Oberfläche des Bauteils hervorstehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Erhöhung eines Oberflächenreibwerts eines Bauteils, insbesondere eines Kunststoffbauteils.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Erhöhung des Oberflächenreibwerts von Metall- oder Kunststoffbauteilen zur Übertragung von Kräften und Drehmomenten an vorbestimmten Stellen reibwerterhöhende Metallfolien einzusetzen. Derartige Folien weisen eine reibungserhöhende Beschichtung auf.
  • Nachteilig an den Folien sind der vergleichsweise hohe Montageaufwand und die nicht unerheblichen Kosten, insbesondere im Lichte einer Massenfertigung im Automobilbau.
  • Des Weiteren ist in der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2014 218 801.6 derselben Anmelderin ein Verfahren zur lokalen Erhöhung eines Oberflächenreibwerts eines Kunststoffbauteils beschrieben, bei dem mit einem Strahlverfahren Partikel in eine Oberfläche eines mit einem anderen Kunststoffbauteil zu verbindenden Kunststoffbauteils eingebracht werden, so dass die Partikel teilweise aus der Oberfläche des Kunststoffbauteils hervorstehen. Durch die kinetische Energie dringen beim Strahlen die Strahlpartikel zu einem bestimmten Maß in das Kunststoffbauteil ein und werden darin formschlüssig gehalten bzw. fixiert, so dass sie Kräfte übertragen können.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem eine Reibwerterhöhung von Bauteiloberflächen weiter verbessert, kostengünstig und massenfertigungstauglich erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die grundsätzliche Idee der Erfindung ist es, eine oberflächlich aufgebrachte Haftvermittlerschicht auf einem Bauteil mit Kunststoffgrundmaterial vorzusehen und in diese mittels eines Strahlverfahrens harte Strahlpartikel einzubringen, so dass die Partikel teilweise aus der durch die Haftvermittlerschicht definierte Oberfläche des Bauteils hervorstehen, um eine lokale Oberflächenrauhigkeit zu erhöhen.
  • Durch die kinetische Energie dringen beim Strahlen die Strahlpartikel zu einem bestimmten Maß in die Haftvermittlerschicht des Bauteils ein und werden darin formschlüssig gehalten bzw. fixiert, so dass sie Kräfte übertragen können. Die kinetische Strahlenergie der Partikel darf jedoch nicht zu hoch sein, um ein vollständiges Eindringen bzw. Einsinken der Partikel zu verhindern, da sonst keine reibungserhöhte Verbindung zu einer weiteren Bauteiloberfläche möglich wäre und keine größeren Kräfte übertragen werden können.
  • Die erfindungsgemäße Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 betrifft demzufolge ein Verfahren zur lokalen Erhöhung eines Oberflächenreibwerts eines Bauteils, welches ein Kunststoffgrundmaterial und eine auf dem Kunststoffgrundmaterial angeordnete Haftvermittlerschicht aufweist, wobei die Haftvermittlerschicht eine äußere Oberfläche des Bauteils definiert und durch ein Strahlverfahren Strahlpartikel in die Oberfläche des Bauteils eingebracht werden, so dass die Strahlpartikel teilweise in die Haftvermittlerschicht eindringen und teilweise von der Oberfläche des Bauteils hervorstehen.
  • Als Bauteil ist hierbei jedes Bauteil zu verstehen, welches einen entsprechenden Schichtaufbau mit dem Kunststoffgrundmaterial und der zumindest lokal hierauf aufgebrachten Haftvermittlerschicht aufweist. Dies bedeutet, dass das Kunststoffgrundmaterial entweder das eigentliche Bauteilmaterial darstellt oder ein zusätzliches Untermaterial vorgesehen ist, welches unter dem Kunststoffgrundmaterial vorgesehen und von diesem bedeckt ist, wie beispielsweise ein anderer Kunststoff oder ein Metall. In letzterem Fall ist demnach auch ein mit dem Kunststoffgrundmaterial überzogenes Metallteil als Bauteil im Sinne der Erfindung zu verstehen.
  • Vorzugsweise kann die Haftvermittlerschicht von einer thermoplastischen Kunststoffschicht gebildet sein. Das thermoplastische Material ermöglicht ein zumindest oberflächliches oder vollständiges Schmelzen der Haftvermittlerschicht bei thermischer Einwirkung, wie beispielsweise im Rahmen des Strahlverfahrens. In einem hierbei erzeugten weichen oder geschmolzenen Zustand der Haftvermittlerschicht lassen sich die Strahlpartikel besonders leicht in die Haftvermittlerschicht einbringen. Eine vorteilhafte Schichtdicke der Haftvermittlerschicht liegt zum Beispiel zwischen 1–100 μm, vorzugsweise zwischen 1–50 μm. Ein Auftragen kann besonders einfach und gleichmäßig mittels Aufsprühen erfolgen.
  • Beispielsweise kann die thermoplastische Kunststoffschicht einen leicht schmelzbaren Thermoplast, insbesondere einen Thermoplast mit einer Schmelztemperatur t1 zwischen 70° ≤ t1 ≤ 120°C, vorzugsweise zwischen 80° ≤ t1 ≤ 100°C, umfassen. Derartige Thermoplaste lassen sich mit den beschriebenen Schmelzverfahren in einen ausreichend weichen Zustand bringen, ohne eine Formstabilität, eine Haltbarkeit oder andere Materialeigenschaften der Haftvermittlerschicht negativ zu beeinflussen.
  • Dagegen kann das Kunststoffgrundmaterial ein Duroplast oder ein temperaturbeständiger Thermoplast ist, insbesondere ein temperaturbeständiger Thermoplast mit einer Schmelztemperatur t2 ≥ 150°C sein. Als Duroplast sind grundsätzlich alle Duroplaste, einschließlich Harze für faserverstärkte Kunststoffe, oder duroplastische Werkstoffe zur elektrophoretische Abscheidung, insbesondere zur kathodischen Tauchlackierung (kurz KTL) oder anodischen Tauchlackierung (kurz ATL), geeignet.
  • Entsprechend kann das Bauteil ein Kunststoffbauteil aus einem der genannten Duroplaste oder Thermoplaste sein. Beispielsweise ist es möglich, dass das Bauteil ein Faserverbundbauteil mit einer duroplastischen oder thermoplastischen Matrix ist. Alternativ kann das Bauteil ein mittels KTL oder ATL beschichtetes Metallbauteil sein.
  • Insbesondere kann die Bestrahlung lediglich lokal, beispielsweise auf nur einer Oberflächenseite oder beschränkt auf bestimmte Abschnitte des Kunststoffbauteils erfolgen, wo eine Anknüpfung oder Verbindung an weitere Bauteile erfolgen soll.
  • Als Strahlpartikel kommt erfindungsgemäß vorzugsweise scharfkantiges Material mit einer höheren Härte als derjenigen des Bauteils zum Einsatz. Günstig sind Metallpartikel, insbesondere Stahlpartikel, oder Korund-Partikel, insbesondere Edelkorund-Partikel, deren Oberfläche eine Vielzahl von Ecken und Kanten aufweist, welche eine Verzahnung bei Anlegen des Bauteils an ein weiteres Bauteil, das vorzugsweise ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde, gewährleisten. Auch sind als Strahlpartikel scharfkantiger Sand bzw. SiO2 verwendbar, beispielsweise wenn das Material gebrochen wurde oder als verschlissenes Strahlgut aus einer anderen Anwendung als Restmaterial vorliegt. Dieses wäre zudem äußerst kostengünstig.
  • In einer vorteilhaften Ausführung weisen die Strahlpartikel eine Größe von 1–100 μm, insbesondere 10–50 μm auf, wobei die Körnung bedarfsgerecht abgestimmt werden kann, um die gewünschte Verzahnung und Kraftübertragung zu erreichen. Auch wird die Strahlgeschwindigkeit beim Strahlvorgang an die Korngröße der Partikel angepasst, so dass ein partielles Eindringen und ein partielles Hervorstehen sichergestellt sind. Je weicher die Haftvermittlerschicht und/oder das Kunststoffgrundmaterial des zu bestrahlenden Bauteils ist, desto geringer ist die festzulegende Strahlgeschwindigkeit der Partikel.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können sich die Strahlpartikel durch die Haftvermittlerschicht hindurch erstrecken und außerdem teilweise in das Kunststoffgrundmaterial eingebracht werden. Dies bedeutet, dass sowohl ein Abschnitt in das Kunststoffgrundmaterial eindringt, ein weiterer Abschnitt sich durch die Haftvermittlerschicht hindurcherstreckt und in dieser gehalten wird, sowie ein weiterer Anteil von der Oberfläche hervorsteht.
  • Als Strahlverfahren können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, wobei das Druck-Strahlverfahren, das Injektor-Strahlverfahren, das Plasma-Atmosphärendruckstrahlverfahren, das Niederdruckplasmastrahlverfahren oder das Vakuumplasmastrahlverfahren vorteilhafterweise verwendet werden.
  • Die Erfindung umfasst auch die Verwendung der durch das Verfahren hergestellten Bauteile, insbesondere deren Verbindung mit weiteren Bauteilen. Eine solche Bauteilanordnung umfasst mindestens zwei Bauteile, wobei mindestens eines der beiden Bauteile als Bauteil mit gemäß dem Verfahren nach zumindest einem der vorigen Ansprüche erzieltem, erhöhtem Oberflächenreibwert ausgebildet ist. Dieses Bauteil liegt mit seiner Oberfläche mit erhöhtem Oberflächenreibwert flächig auf einer Oberfläche des anderen Bauteils an, sodass die beiden Bauteile zueinander einen Mikroformschluss eingehen, um Relativbewegungen zu verhindern. Ein besonderer Vorteil eines derart gebildeten Mikroformschlusses ist die Verhinderung von Knarzgeräuschen der gegeneinander wirkenden Bauteile bei Kräften von außen. Dies ist insbesondere auch bei im Innenraum von Automobilen vorgesehenen Kunststoffbauteilen günstig und fördert den Komfort.
  • Bei einer derart gebildeten Bauteilanordnung können die zwei (oder mehreren) Bauteile über zusätzliche Befestigungsmittel, wie Schrauben, aneinander befestigt sein.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014218801 [0004]

Claims (13)

  1. Verfahren zur lokalen Erhöhung eines Oberflächenreibwerts eines Bauteils, welches ein Kunststoffgrundmaterial und eine auf dem Kunststoffgrundmaterial angeordnete Haftvermittlerschicht aufweist, wobei die Haftvermittlerschicht eine äußere Oberfläche des Bauteils definiert und durch ein Strahlverfahren Strahlpartikel in die Oberfläche des Bauteils eingebracht werden, so dass die Strahlpartikel teilweise in die Haftvermittlerschicht eindringen und teilweise von der Oberfläche des Bauteils hervorstehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht von einer thermoplastischen Kunststoffschicht gebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Kunststoffschicht einen leicht schmelzbaren Thermoplast, insbesondere einen Thermoplast mit einer Schmelztemperatur t1 zwischen 70° ≤ t1 ≤ 120°C, vorzugsweise zwischen 80° ≤ t1 ≤ 100°C, umfasst.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgrundmaterial ein Duroplast oder ein temperaturbeständiger Thermoplast ist, insbesondere ein temperaturbeständiger Thermoplast mit einer Schmelztemperatur t2 ≥ 150°C.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlpartikel Metallpartikel, insbesondere Stahlpartikel verwendet werden.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlpartikel Korund-Partikel, insbesondere Edelkorund-Partikel verwendet werden.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlpartikel scharfkantiges Material mit einer höheren Härte als derjenigen der Haftvermittlerschicht und/oder des Kunststoffgrundmaterials verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpartikel eine Größe von 1–100 μm, insbesondere 10–50 μm aufweisen.
  9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpartikel nach dem Eindringen in die Haftvermittlerschicht von dieser formschlüssig gehalten werden.
  10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strahlpartikel durch die Haftvermittlerschicht hindurch erstrecken und außerdem teilweise in das Kunststoffgrundmaterial eingebracht werden.
  11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlverfahren das Druck-Strahlverfahren, das Injektor-Strahlverfahren, das Plasma-Atmosphärendruckstrahlverfahren, das Niederdruckplasmastrahlverfahren oder das Vakuumplasmastrahlverfahren verwendet wird.
  12. Bauteilanordnung umfassend mindestens zwei miteinander zu verbindende Bauteile, wobei mindestens eines der beiden Bauteile als Bauteil mit gemäß dem Verfahren nach zumindest einem der vorigen Ansprüche erzieltem, erhöhtem Oberflächenreibwert ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Bauteil mit seiner Oberfläche mit erhöhtem Oberflächenreibwert flächig auf einer Oberfläche des anderen Bauteils anliegt, und die beiden Bauteile zueinander einen Mikroformschluss eingehen, um Relativbewegungen zu verhindern.
  13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Bauteile über zusätzliche Befestigungsmittel aneinander befestigt sind.
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