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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verbindung hergestellt nach diesem Verfahren.
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Es ist bekannt, Aluminium-Profilbauteile thermisch durch Schweißen zu fügen. Für besondere Anwendungen sind fluid- und gasdichte Verbindungen erforderlich. Fluid- und gasdichte Verbindungen können bspw. durch Reibrührschweißen erzeugt werden. Es sind relativ geringe Investitionskosten bei der maschinellen Ausrüstung erforderlich, was dieses Verfahren insbesondere gegenüber Schmelzschweißverfahren wie z. B. dem MIG-Schweißen zur Verbindung von Aluminium-Profilen interessant macht. Der höhere Wärmeeintrag beim MIG-Schweißen kann dazu führen, dass sich die Bauteile verziehen. Auch ist das fluid- und gasdichte Verschweißen in der Serienproduktion nicht unproblematisch. Obwohl das Reibrührschweißen bereits zu guten Verfahrensergebnissen führt, sind dennoch relativ hohe Prozesskräfte und höhere Anforderungen an die Spannvorrichtungen erforderlich, um die miteinander zu verbindenden Bauteile gegenüber dem rotierenden Werkzeug abzustützen. Zudem müssen beim Reibrührschweißen immer flächige Fügestellen vorbereiten sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen zur stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere fluid- und gasdichten Verbindung zweiter Bauteile eines Gefäßes für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeuges, wobei wenigstens ein Verbindungsbereich eines Bauteils aus Metall besteht, wobei während der Herstellung geringere Prozesskräfte erforderlich sind und wobei nicht nur flächige Verbindungen zwischen den Bauteilen gefügt werden können.
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Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Verbindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 12.
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Die jeweiligen Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen zwei Verbindungsbereichen von Bauteilen. Wenigstens ein Verbindungsbereich besteht aus Metall. Für die stoffschlüssige Verbindung wird ein nichtmetallischer, bei Raumtemperatur fester Klebstoff verwendet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich mithin nicht um ein Lötverfahren, sondern um ein Klebeverfahren.
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Der Klebstoff, der bei Raumtemperatur fest ist, wird im festen Zustand in dem Verbindungsbereich angeordnet und erst in der so "vormontierten" Position aufgeschmolzen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass der Klebstoff nicht als pastöses Medium vorliegt, sondern bei Raumtemperatur als Feststoff. Es müssen daher im Bereich der Fügepartner keine pastösen Medien aufgebracht werden. Das bedeutet gleichzeitig, dass auf Klebstoffdosiermaschinen verzichtet werden kann. Das Handling der Fügepartner und des festen Klebstoffes ist deutlich einfacher als bei pastösen Klebstoffen, da ausschließlich Festkörper am Fügevorgang beteiligt sind. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Handling von Bauteil und Klebstoff in der Montage sowie eine getaktete Stufenabfolge bei Herstellung der Verbindung zweier Bauteile.
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Klebeverbindungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei flächigem Auftrag Fluid- und Gasdichtigkeit der Verbindung herstellen können und gleichzeitig sehr hohe Festigkeiten im Fügebereich ermöglichen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Klebstoff durch den wenigstens einen Verbindungsbereich aus Metall erwärmt. Der Verbindungsbereich kann materialeinheitlich einstückiger Bestandteil des zu verbindenden Bauteils sein. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Eigenschaft des Verbindungsbereiches wichtig, eine gute thermische Leitfähigkeit zu besitzen, damit möglichst keine zusätzliche Wärmequelle separat an den Klebstoff heran geführt werden muss, sondern bevorzugt der Wärmeeintrag in den Klebstoff vom erwärmten Verbindungsbereich selbst ausgeht. Der Klebstoff wird dadurch mittelbar über den Verbindungsbereich und nicht unmittelbar durch den Kontakt mit einer Wärmequelle erwärmt und aufgeweicht. Metallische Werkstoffe besitzen eine hinreichende thermische Leitfähigkeit. Vorzugsweise bestehen beide Verbindungsbereiche aus oder enthalten Metall.
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Der vom festen Zustand in den pastösen Zustand übergehende Klebstoff soll die beiden miteinander zu fügenden Verbindungsbereiche benetzen. Die Verbindungsbereiche begrenzen zwischen sich einen Fügespalt. Der Fügespalt wird in seiner Breite während des Fügens auf das zum Verkleben erforderliche Maß oder auf das gewünschte und zu Verkleben geeignete Maß dadurch eingestellt, dass die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile gegeneinander gedrückt werden. Dadurch wird die Breite des Fügespalts reduziert und der schmelzflüssig werdende Klebstoff wird von seiner Ausgangsposition am Festkörper teilweise verdrängt und im Fügespalt verteilt. Die benötigte Klebstoffmenge kann bei einer definierten Fügespaltbreite exakt bestimmt werden. Bei Bedarf kann eine Klebstoffraupe aus dem Fügespalt austreten. Dadurch ist eine optische Kontrolle möglich, dass der Fügespalt insgesamt mit Klebstoff gefüllt ist. Die Klebstoffmenge bzw. Breite des Fügespalts kann auch so eingestellt werden, dass der Klebstoff nicht aus dem Fügespalt heraustritt.
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Der Klebstoff wird durch die eingebrachte Wärme thermisch aktiviert. Das bedeutet, dass der Klebstoff als Auslöser für den Härtevorgang thermische Energie benötigt. Die Härtung setzt allerdings nicht so rasch ein, dass sich der erschmelzende Klebstoff nicht hinreichend in dem Fügespalt verteile könnte. Die Klebstoffmenge zum Verkleben zweier Bauteile ist aufgrund der geringen Breite des Fügespaltes in der Regel sehr gering, so dass die einzubringende Wärmemenge ebenfalls gering ist und ein rasches Erschmelzen des Klebstoffes ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass strangförmiger Klebstoff als Festkörper bereitgestellt werden kann, der in seiner Querschnittsfläche und damit in seinem Volumen pro Längeneinheit exakt auf die Anforderungen des Fügespaltes abgestimmt werden kann. Klebstoff als Strangmaterial mit kleinen Durchmessern lässt sich sehr wirtschaftlich mittels Extrusionsspritzmaschinen herstellen, insbesondere, wenn Mehrfachmatrizen gleichzeitig viele Klebstoffstränge ausbringen. Klebstoffstränge mit gleichbleibenden gewährleisten zudem eine gleichmäßige Klebstoffverteilung über die gesamte Länge und Breite des Fügespaltes. Als strangförmiger Festkörper kann der Klebstoff insbesondere ein Rundstab mit geringen Durchmessern von ca. 2 bis 5 mm sein. Je nach Geometrie der Fügepartner bzw. der Ausgestaltung des Verbindungsbereiches kann der strangförmige Festkörper im Querschnitt rund, eckig, U- oder V-förmig oder jede beliebige andere geeignete Querschnittskontur besitzen.
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Der Querschnitt des strangförmigen Festkörpers ist insbesondere so gestaltet, dass der Klebstoff vor dem Aufschmelzen sicher in dem Fügespalt lageorientiert werden kann, insbesondere klemmend an einem der Verbindungsbereiche fixiert ist. Die Verbindungsbereiche können für diesen Zweck, aber auch generell für den gegenseitigen formschlüssigen Eingriff profiliert sein. Das klemmende Fixieren des als strangförmigen Festkörper ausgebildeten Klebstoffes bedingt nicht zwangsläufig auch einen gegenseitigen formschlüssigen Eingriff der Verbindungsbereiche. Eine klemmende Fixierung kann bspw. durch Einbringen eines strangförmigen Festkörpers in einer Nut erfolgen, während der Klebstoff aus Nut teilweise hervor steht, und wobei der der Nut gegenüberliegende Verbindungsbereich nicht in diese Nut eingreift, sondern lediglich den aus der Nut vorstehenden Anteil des Klebstoffes aufschmelzt und verdrängt.
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Es ist aber auch möglich, dass der strangförmige Festkörper von Anfang an bereits an die Kontur des Verbindungsbereichs angepasst ist und als flächiger Körper in den Bereich des späteren Fügespalts eingebracht wird. Ein großflächigerer Festkörper hat den Vorteil, dass in kürzerer Zeit mehr Wärme in den Klebstoff eingebracht werden kann, so dass der Klebstoff schneller aufschmilzt, der Fügespalt schneller gefüllt werden kann, und die Verbindungsbereiche mit Klebstoff benetzt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Verbindung sind nicht auf eine bestimmte Materialpaarung beschränkt. Das Verfahren setzt lediglich voraus, dass Wärme in den Fügespalt eingebracht werden kann, wobei wenigstens ein Verbindungsbereich eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen muss und aus diesem Grund metallisch ist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher auch für Metall-Kunststoff-Verbindungen, bei welchen die Wärme über den metallischen Verbindungsbereich eingebracht wird. Ganz besonders eignet sich das Verfahren für die Verbindung vollständig metallischer Fügepartner.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch für Verbindungsbereiche, die im Strangpressverfahren hergestellt werden, wie z. B. für Aluminium-Strangpressprofile. Solche Verbindungsbereiche können im Strangpressverfahren relativ einfach stark profiliert werden. Durch die Profilierung vergrößert sich der Kontaktbereich der miteinander zu verbindenden Bauteile. Die vergrößerten Verbindungsbereiche führen zu einer vergrößerten Klebefläche und daher zu einer verbesserten Verbindung und höheren Belastbarkeit einer nach diesem Verfahren hergestellten Bauteilverbindung. Je größer der Verbindungsbereich zwischen benachbarten Bauteilen ist, desto großflächiger muss auch der Klebstoff verteilt werden. Der Verbindungsbereich kann dabei gewissermaßen labyrinthartig gestaltet sein, so dass sich auf sehr einfacher Art und Weise großflächige und luftdichte die Verklebungen ergeben, insbesondere wenn die Verbindungsbereiche nicht nur eine einzige, sondern mehrere Nut-Feder-Paarungen besitzen, die gegenseitig im Eingriff gelangen. Bei derartigen Nut-Feder-Paarungen ergibt sich gleichzeitig eine Kombination aus formschlüssiger und stoffschlüssiger Verbindung durch Kleben. Die formschlüssigen Verbindungen können so gestaltet sein, dass Kanten der Bauteile durch eine bestimmte Anordnung von mehreren Nut-Feder-Paarungen nur durch Einwinkeln bzw. Einschwenken um eine Längskante miteinander koppelbar sind. In der eingeschwenkten Position hintergreifen sich die Nut-Feder-Paarung derart, dass die Verbindungsbereiche nur durch gegensinniges zurückschwenken oder zurückwinkeln benachbarter Verbindungsbereiche wieder getrennt werden können. Die Nut-Feder-Paarungen blockieren das Fügen der Verbindungsbereiche durch rein lineare Fügebewegungen, so dass die Verbindungsbereiche in der Einbaulage gesichert sind, wobei davon ausgegangen wird, dass in der Einbaulage keine der schwenkenden Fügebewegungen entgegen gerichteten Kräfte wirken, sondern eher Zug- und Druckkräfte, die senkrecht zu dem Längskanten derart gefügte Bauteile stehen. Der Vorteil ist eine Vorfixierung der Beuteile zueinander vor und während der Aushärtung des Klebstoffs.
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Das Fügen der metallischen Bauteile zum Herstellen der Klebeverbindung erfolgt insbesondere in einer Heißpresse. In der Heißpresse werden die Bauteile positioniert und erhitzt wobei wenigstens eines der metallischen Bauteile zum Aufschmelzen des Klebstoffes erwärmt wird. Die Heißpresse drückt die zu fügenden Bauteile aneinander und bringt so viel Wärme über die Bauteile in den geschmolzenen Klebstoff ein, dass dieser thermisch aktiviert wird und aushärtet. Große Presskräfte sind nicht erforderlich, da vor allem Wärme z. B. über einen heißen Block in den Verbindungsbereich eingebracht werden soll. Alternativ kann bei Hohlkammerprofilen Wärme auch durch ein heißes Gas oder Fluid in wenigstens ein Bauteil eingebracht werden.
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Aus metallurgischer Sicht handelt es sich um ein kaltes Verfahren, da es bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, die weit entfernt von den Schmelzpunkten metallischer Bauteile sind. Es kann mit geringem operativem Aufwand und daher geringen Produktionskosten eine luftdichte stoffschlüssige Verbindung geschaffen werden, die insbesondere in Kombination mit einem formschlüssigen Eingriff gleichzeitig eine gegenseitige Fixierung der Bauteile in der Klebeposition ermöglicht. Da es nicht erforderlich ist, den Vorgang des Aushärtens in der Heißpresse abzuwarten, kann ein Verbindungsbereich, der durch insbesondere mehrere Nut-Feder-Paarungen formschlüssig fixiert ist und bei welchem der aufgeschmolzene Klebstoff bereits thermisch aktiviert wurde, aus dem Wirkungsbereich der Heißpresse entnommen werden und zum Aushärten und Abkühlen ausgelagert werden. Die Temperaturen im Falle von Aluminiumlegierungen sind bevorzugt niedriger als 200°C, insbesondere niedriger als 150°C, um eine Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften im Verbindungsbereich zu vermeiden.
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Als Klebstoff wird insbesondere ein 1-Komponenten-Klebstoff (1K-Klebstoff) insbesondere 1K-EP-Klebstoff verwendet. 1-K-Epoxidharz-Klebstoffe sind heißhärtend und können auch eingesetzt werden, wenn höhere Crash-Festigkeiten an Bauteilen von Kraftfahrzeugen gefordert sind. 1-Komponenten-Epoxidharzkleber besitzen eine hervorragende Langzeitbeständigkeit verbunden mit hoher Temperaturbeständigkeit. Als Klebstoff kann auch ein klebendes Dichtmittel wie Butylkautschuk verwendet werden. Der Klebstoff kann auch ein Acrylatkleber sein. Bei großflächigen Kontaktbereichen genügt auch eine klebende Dichtung mit geringerer Klebefestigkeit, insbesondere, wenn durch zusätzlichen Formschluss die Kraftbeanspruchung des Klebstoffes gering ist.
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Die erfindungsgemäße Verbindung, hergestellt nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren besitzt insbesondere dann sehr positive Eigenschaften, wenn wenigstens eine Nut-Feder-Paarung im Verbindungsbereich angeordnet ist, die gleichzeitig als Klippverbindung ausgebildet ist. Eine solche Nut-Feder-Paarung bewirkt das gegenseitige arretieren der Bauteile in einer vorgegebenen Position, so dass der Fügespalt eine definierte Breite besitzt auch bei der Entnahme des Werkstücks aus einer Presse. Der Klebstoff kann exakt positioniert bei hoher Maßhaltigkeit der Bauteile aushärten. Vorzugsweise benetzt der zerschmolzene Klebstoff auch den Bereich der Klippverbindungen. Hierzu können besonders geformte Klebstoffe als Festkörper in den Bereich der Klippverbindungen eingesetzt werden, so dass sich die Klippverbindung auch durch das Verkleben anschließend nicht mehr lösen kann.
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Die erfindungsgemäße Verbindung befindet sich insbesondere im Bereich von Kanten von Bauteilen insbesondere von längeren Profilelementen die in Längsrichtung einen konstanten Querschnitt besitzen. Derartige Profilelemente können zu größeren Flächenkörpern zusammengesetzt werden und auf diese Art und Weise eine fluid- und gasdichte Fläche bilden. Eine solche Fläche ist insbesondere bei Gefäßen zur Aufnahme eines Energiespeichers erforderlich.
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Derartige Energiespeicher kommen bei Elektro- oder Hybridantrieben zum Einsatz. Energiespeichergefäße werden bevorzugt aus Aluminiumstrangpressprofilen gefertigt die durch MIG- und/oder Rührreibschweißen gefügt werden. Bei derartigen Energiespeichergefäßen bestehen erhöhte Anforderung an die Festigkeit und Steifigkeit sowie an die Dichtigkeit und an die Temperierung des Energiespeichers. Die Verbindung von Bodenprofilen miteinander, der Bodenprofile mit einem Innenwandprofil oder mit einem Außenrahmenprofil muss luftdicht sein. Diese Anforderungen können die erfindungsgemäß stoffschlüssig gefügten Bauteile erfüllen, insbesondere dann, wenn diese zu dem noch formschlüssig gefügt sind. Die Verwendung eines oder mehrerer Festkörper als Klebstoff macht das Fertigungsverfahren einfacher, präziser, erfordert geringere Spannkräfte als beim Reibrührschweißen und führt nicht zu einem thermisch bedingten Verzug der Bauteile wie beim Schmelzschweißen. Es eignet sich daher auch für dünnwandigere, komplexere Bauteile mit einem profilierten Fügebereich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines Verbindungsbereiches zweier Bauteile vor dem Fügen;
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2 den Verbindungsbereich der 1 nach dem Fügen;
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3 eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsbereichs vor dem Fügen;
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4 den Verbindungsbereich der 3 nach dem Fügen;
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5 eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsbereiches vor dem Fügen;
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6 den Verbindungsbereich der 5 nach dem Fügen;
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7 den Verbindungsbereichsbereich in einer weiteren Ausführungsform im gefügten Zustand;
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8 der in 7 verwendete Klebstoff als strangförmiger Festkörper;
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9 einen weiteren Verbindungsbereich im Querschnitt;
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10 einen weiteren Verbindungsbereich mit strangförmigen Festkörper als Klebstoff;
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11 eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsbereichs zweier Bauteile;
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12 einen weiteren Verbindungsbereich zweier Bauteile nach dem Fügen;
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13 einen Querschnitt durch einen strangförmigen Festkörper zur Verwendung als Klebstoff;
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14 eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsbereichs nach dem Verkleben;
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15 einen Querschnitt durch einen strangförmigen Festkörper als Klebstoff für die Klebung der 14;
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16 eine weitere Ausführungsform eines Verbindungsbereiches nach dem Verkleben;
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17 einen Querschnitt durch einen strangförmigen Festkörper zum Herstellen der Klebeverbindung gemäß 16;
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18 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Klebeverbindung;
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19 einen Querschnitt durch einen strangförmigen Festkörper zur Herstellung der Klebeverbindung gemäß 18 und
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20 ein Gefäß zur Aufnahme eines Energiespeichers, teilweise im Schnitt.
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1 zeigt einen Querschnitt durch zwei Bauteile 1, 2. Von den Bauteilen ist nur der jeweilige Randbereich dargestellt. Diese Randbereiche sind zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung vorgesehen. Als Verbindungsbereich 3, 4 des ersten bzw. zweiten Bauteils 1, 2 werden diejenigen Abschnitte der jeweiligen Bauteile 1, 2 bezeichnet, die mit dem jeweils benachbarten Bauteil 1, 2 gekoppelt werden sollen. In diesem Fall soll eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. Hierzu wird ein Klebstoff 5 verwendet, der als Festkörper 6 in eine Nut 7 am ersten Bauteil 1 eingesetzt ist. Der Klebstoff 5 ist bei Raumtemperatur fest. Der Festkörper 6 wird bei erhöhten Temperaturen aufgeschmolzen und geht in den flüssigen Zustand über. Hierzu wird der Klebstoff 5 bzw. der Festköper 6 erwärmt in dem Wärme W in das erste Bauteil 1 und/oder das zweite Bauteil 2 eingebracht wird. Die Pfeile W verdeutlichen den jeweiligen Wärmeeintrag. Gleichzeitig oder mit Beginn des Erweichens werden die beiden Bauteile 1, 2 gegeneinander gedrückt, bis sich ein gewünschter Fügespalt 8 einstellt. In dieser Position sollen die beiden miteinander verbunden Bauteile 1, 2 gefügt werden. Hierzu sind sie in einer nicht näher dargestellten Halterung arretiert. Der Klebstoff 5 ist erkennbar nicht mehr als Festkörper 6 vorhanden. Der Klebstoff 5 füllt den kompletten Fügespalt 8 aus. Er ist durch die Wärme W geschmolzen, die über die Verbindungsbereiche 3, 4 an den Klebstoff 5 weitergeleitet wurde. Innerhalb der Fügespalts 8 ist der Klebstoff einerseits in der Bildebene nach oben zu einer Oberseite 9 der Bauteile 1, 2 verdrängt und anderseits zu einer Unterseite 10 hin. Der Fügespalt 8 verläuft hierbei nicht senkrecht von der Oberseite 9 zur Unterseite 10, sondern steht über den Großteil bei einer Längserstreckung in einem Winkel zur Oberseite 9 und Unterseite 10. Die Oberseite 9 und die Unterseite 10 verlaufen parallel zueinander. Durch den schräg gestellten Fügespalt 8 wird der jeweilige Verbindungsbereich 3, 4 vergrößert, so dass die Fläche, die der Klebstoff 5 benetzt vergrößert wird. Der Winkel zwischen dem Fügespalt 8 und der Oberseite beträgt 30° bis 60°, vorzugsweise etwa 45°.
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Der Wärmeeintrag W sorgt auch dafür, dass der erschmolzene Klebstoff 5 aushärtet. Der Klebstoff 5 wird thermisch aktiviert. Es handelt sich um einen Ein-Komponenten Epoxidklebstoff. Dieser Klebstofftyp liegt nicht als Paste oder Film vor, sondern bei Raumtemperatur als Feststoff, in diesem bei Ausführungsbeispiel als eckiger Stab mit einem geringen Querschnitt L × B von ca. 2 bis 5 mm. Bei dem dargestellten Bauteil ist der Klebstoff 5 als Festkörper 6 im jeweils mittleren Bereich des Verbindungsbereiches 3 angeordnet. Das heißt er befindet sich im Wesentlichen im selber Abstand von der Oberseite 9 und der Unterseite 10. Beim Aufschmelzen wird der Klebstoff 5 gleichmäßig nach oben zur Oberseite 9 und nach Unten zur Unterseite 10 hin verdrängt, so dass der Klebstoff 5 gleichmäßig zu beiden Seiten hin verteilt wird. Die so hergestellte Klebeverbindung ist luftdicht. Der Klebstoff 5 als Festkörper 6 erstreckt sich in seiner Länge über die gesamte Längserstreckung des Fügespaltes, wobei mit Längserstreckung in der Darstellung der 1 die Erstreckung in die Bildebene hinein meint. Die zentrale Anordnung des Festkörpers und das Füllen des Fügespaltes von der Bauteilmitte ausgehend bewirkt zudem, dass Luft vollständig aus dem Fügespalt gedrängt wird. Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich bei längeren Fügespalten Klebstoff in Form von mehreren nebeneinander angeordneten Festkörpern anzuordnen.
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2 zeigt, dass der komplette Fügespalt 8 bereits von nur einem Festkörper 6 gefüllt worden ist, das heißt sowohl über seine Länge von der Oberseite 9 zu Unterseite 10 hin als auch über seine quer zur Längserstreckung gemessenen Breite.
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Alle nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen Varianten von unterschiedlich gestalteten Bauteilen, Verbindungsbereichen und Klebstoffen mit unterschiedlichen Geometrien der Festkörper. Die zu den 1 und 2 eingeführten Bezugszeichen werden für funktional gleiche Komponenten identisch beigehalten.
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Die 3 und 4 zeigen in Abwandlung zu 1 zwei Bauteile 1, 2 bei denen der Verlauf der Verbindungsbereiche 3, 4 im mittleren Bereich abgewinkelt ist. Im Bereich der Abwicklung befindet sich die Nut 7 mit dem darin angeordneten Klebstoff 5 als strangförmiger Festkörper 6 mit rechteckigem Querschnitt. Die Nut 7 ist allerdings zur Oberseite 9 der Bauteile 1, 2 hin offen. Gleichzeitig findet sich an dem der Nut 7 gegenüberliegenden Verbindungsbereich 4 eine Feder 11 die zur Unterseite 10 der Bauteile 1, 2 weist und dazu ausgebildet ist, den Klebstoff 5 aus der Nut 7 teilweise zu verdrängen und dadurch in den Fügespalt 8 zu drücken (4). Durch den Eingriff der Feder 11 in die Nut 7 entsteht eine Nut-Federverbindung und gleichzeitig ein formschlüssiger Eingriff, der bei den Bauteile 1, 2 als zusätzliche Zugsicherung gegen Kräfte F1 wirkt, die parallel zur Oberseite 9 bzw. Unterseite 10 und damit senkrecht zur Nut 7 bzw. Feder 11 wirken. Bezüglich des Ablaufes der Fügevorganges wird auf die ausführlichere Erläuterung der 1 und 2 verwiesen. Genau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird auch bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 der Klebstoff 5 aufgeschmolzen, damit er den Fügespalt 8 möglichst füllt und dadurch eine stoffschlüssige und luftdichte Verbindung herstellt.
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Das Ausführungsbeispiel der 5 unterscheidet sich von demjenigen der 3 und 4 dadurch, dass der Klebstoff 5 als Festkörper 6 im Wesentlichen u-förmig profiliert ist. Ein größerer Teil des Klebstoffes 5 befindet sich außerhalb der Nut 7, die wie im Ausführungsbeispiel der 1 angeordnet ist und schräg zur Oberseite 9 orientiert. Sie weist zum Verbindungsbereich 4 des zweiten Bauteils 2. Gleichzeitig sind bei diesem Ausführungsbeispiel aber auch die Merkmale eines formschlüssigen Eingriffes realisiert, indem eine Feder 11 im Verbindungsbereich 4 des zweiten Bauteils gegenüberliegend der Nut 7 angeordnet ist, so dass wiederrum eine Nut-Federverbindung und damit eine formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen 1, 2 geschaffen wird.
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6 zeigt den gegenseitigen Eingriff bei gefülltem Fügespalt 8. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 3 kann diese formschlüssige Verbindung zusätzlich auch Kräfte F2 aufnehmen, die senkrecht zur Oberseite 9 bzw. an der Unterseite 10 der Bauteile 1, 2 angreifen. Das ist auf die Schrägstellung der Nut 7 bzw. der Feder 11 relativ zur Oberseite 9 bzw. Unterseite 10 zurückzuführen.
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Die formschlüssigen Verbindungen zwischen den Bauteilen können auch Klippverbindungen sein. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen solche Varianten. 7 zeigt zwei Bauteile 1, 2 im gefügten Zustand. Der Fügespalt 8 erstreckt sich um eine Feder 11 herum, die in eine Nut 7 am ersten Bauteil 1 fasst. Der aufgeschmolzene Klebstoff 5 innerhalb des Fügespalts 8 ist als dunkle Fläche dargestellt. Der Klebstoff 5 befindet sich vor dem Fügen in einem festen Zustand.
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8 zeigt einen Festkörper 6 als u-förmiges Profil, das entweder auf die Feder 11 gesteckt wird oder in die Nut 7 eingeführt wird und im Kontakt mit Nut 7 und Feder 11 aufgeschmolzen wird, so dass der ursprünglich u-förmige Festkörper 6 als pastöses Medium den gesamten Fügespalt 8 von der Oberseite 9 zur Unterseite 10 ausfüllt. Auch diese Verbindung ist luftdicht.
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9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Es ist lediglich das erste Bauteil 1 der beiden zu verbindenden Bauteile dargestellt, an welchem in der Bildebene nach rechts weisend der Verbindungsbereich 3 ausgebildet ist. Ein u-förmiger Festkörper 6 aus dem zu verwendenden Klebstoff ist in zwei nach oben weisende Nuten 7 eingesetzt. Der Festkörper 6 ist auf diese Weise in den parallel zueinander verlaufenden Nuten 7 geklammert. Die Nuten 7 können Bestandteil einer Nut-Federverbindung sein. Es ist aber auch möglich, lediglich den Klebstoff, der aus den Nuten 7 heraus ragt, zu verdrängen, um den Fügespalt zu füllen. Eine Besonderheit dieser Ausführungsform ist ein hakenartiger Vorsprung 12 am äußeren Ende des Verbindungsbereichs 3 benachbart zur Unterseite 10 des ersten Bauteils 1. Der Vorsprung 12 ist dafür vorgesehen, in eine gegengleiche Aussparung an den nicht näher dargestellten 2. Bauteil zu fassen, so dass sich die beiden Bauteile 1 und 2 während des Fügens mit einander verhaken. Der Vorsprung 12 ist an seinem zur Oberseite 9 hin weisenden Ende mit einer Verrieglungsleiste 13 versehen, die zum Verbindungsbereich 3 gerichtet ist. Der Vorsprung 12 ist dadurch hinterschnitten. Die beiden Bauteile 1, 2 können in der Fügeposition daher sowohl Kräfte F1 parallel zur Oberseite 9 und Unterseite 10 aufnehmen als auch senkrecht zur Oberseite 9 bzw. Unterseite 10 (Kraft F2).
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauteils 2, das als Hohlprofil ausgestaltet ist. Der randseitige Verbindungsbereich 4 ist stark profiliert und besitzt mehrere im Richtung des nicht näher dargestellten Verbindungsbereiches des ersten Bauteils 1 ragende Federn 11, 14. Eine obere Feder 11 weist in horizontale Richtung und ist dafür vorgesehen, hinter eine obere Verriegelungskante an einer geeigneten, im Wesentlichen horizontale Nut zu greifen. Die in der Bildebene untere Feder 14 zeigt zur Unterseite 10 und ist nach dem Einsetzten der oberen Feder 11 dafür vorgesehen, in eine gegengleiche Nut an dem ersten Bauteil zu fassen. Durch die Kombination dieser räumlich unterschiedlich orientierten Federn 11, 14 ist das Bauteil sowohl in Kraftrichtung F1 als auch in Kraftrichtung F2, die senkrecht zu F1 steht lageorientiert. Der Klebstoff 5 ist wiederum als Festkörper 6 vormontierbar. Er greift in Nuten 7, die parallel zueinander angeordnet sind und sich zwischen den beiden Federn 11, 14 befinden. Der Klebstoff 5 ist durch die u-förmige Gestalt an einem Steg 15, der zwischen den beiden Nuten 7 liegt klemmgehaltert. Er kann beim Handling des Bauteils 2 nicht verloren gehen.
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11 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Abwandlung des Bauteils 2 der 10. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Federn 11, 14 vorgesehen. Die untere Feder 14 besitzt eine Rastnase 16, die hinter eine Verrieglungsleiste 13 am ersten Bauteil 1 fasst. Dadurch sind die Bauteile form- und auch kraftschlüssig miteinander verbunden. Es handelt sich um eine Klippverbindung. Durch Abwinkeln des in der Bildebene rechten Bauteils 2 in Richtung des Pfeils P, das heißt durch Verschwenken um die obere Feder 11, können die Bauteile 1, 2 in Rasteingriff gebracht werden. Dabei wird der Klebstoff 5, der sich bei diesem Ausführungsbeispiel wiederum in paarweise angeordneten Nuten 7 an dem Verbindungsbereich 4 des zweiten Bauteils 2 befindet, über im Querschnitt deltafömige Federn 17 teilweise verdrängt und gleichzeitig auch unter Eintrag von Wärme aufgeschmolzen und zudem auch aktiviert, so dass bei fertiger Fügeverbindung der ganz überwiegende Teil des Fügespaltes 8 mit dem Klebstoff 5 gefüllt ist. Die Zeichnung der 11 ist dabei rein schematisch zu verstehen. Sie verdeutlicht die Kombinationsmöglichkeiten von stoffschlüssiger Verbindung durch Kleben in Kombination mit kraftschlüssiger Verbindung durch Klemmung im Bereich der Feder 14 und der Verriegelungsleiste 13, so dass Kräfte F1 sowohl parallel zur Oberseite 9 und Unterseite 10 wie auch senkrecht dazu (Kraft F2) übertragen werden können. Die dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Fügespalt 8 durch die mehreren Federn 11, 14 exakt definiert ist und eine optimale Vorfixierung bereits vor Aufschmelzen des Klebstoffs gegeben ist.
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Die 12 bis 19 zeigen vier unterschiedliche Ausführungsbeispiele von weiteren stoffschlüssigen Verbindungen zweier Bauteile 1, 2 in stark vereinfachter und schematisierter Form. Es handelt sich um Klippverbindungen. 12 zeigt den Schnittbereich durch zwei Bauteile 1, 2, wobei dasjenige Bauteil mit der Nut 7 in Analogie zu den vorherigen Ausführungsbeispielen als erstes Bauteil 1 bezeichnet wird und das zweite Bauteil 2 das eine Feder 11 besitzt, welche in die Nut 7 fasst, das jeweils zweite Bauteil 2 ist. In der Bildebene links zeigen die 12, 14 und 16 jeweils unterschiedlich gestaltete Federn 11. In 12 ist die Feder 11 ein im Querschnitt pilzförmig vorspringender Zapfen der in einem wesentlichen rechteckige Nut 7 fasst. Der aufgeschmolzene Klebstoff 5 befindet sich im Fügespalt 8 zwischen den Bauteilen 1, 2 und auch in der Nut 7. Vor dem Aufschmelzen hat der Klebstoff 5 die Gestalt eines Festkörpers 6 wie er in 13 dargestellt ist. Der Festkörper 6 ist im Wesentlichen c-förmig konfiguriert und wird in die Nut 7 eingesetzt und durch Einklippsen des zweiten Bauteils 2 in das erste Bauteil 1 aus der Nut 7 teilweise verdrängt, so dass der Fügespalt 8 mit Klebstoff 5 gefüllt wird.
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Das Ausführungsbeispiel der 14 zeigt eine zweigeteilte Feder 11 mit Rastnasen, die hinter eine sich im Querschnitt verjüngte Mündung der Nut 7 fassen. Analog zu dem Ausführungsbeispiel der 12 und 13 ist auch hier vorab ein Klebstoff 5 in Form eines u-förmig profilierten, strangförmigen Festkörpers 6 (15) in die Nut 7 eingesetzt worden. Durch Eintrag von Wärme ist der Festkörper 6 aufgeschmolzen und in pastösen Zustand überführt worden, so dass der Fügespalt 8 mit Klebstoff vollständig gefüllt werden konnte. Das Bauteil 2 mit der Feder 11 ist in diesem Fall kein Strangpressteil.
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Das Ausführungsbeispiel der 16 und 17 unterscheidet sich von dem vorhergehenden dadurch, dass die beiden Bauteile 1, 2 jeweils Federn 11, 14 und Nuten 7 besitzen so dass ein gegenseitiger Eingriff erfolgt. An dem in der Bildebene unteren Bauteil 1 befindet sich eine Feder 11, die randseitig von Nuten umgeben ist. Es befindet sich in dem Verbindungsbereich 3 beidseitig der Feder 11 eine Vertiefung, die demzufolge als Nut 7 benachbart der Feder 11 fungiert. Gegengleich ist am zweiten Bauteil 2 auch eine Nut 7 ausgebildet, die sich zwischen zwei Federn 18 des zweiten Bauteiles 2 befindet. Diese beiden gegenüberliegenden Federn 18 nehmen die Feder 11 des ersten Bauteils 1 zwischen sich auf und hintergreifen einen Kragen der im Querschnitt pilzkopfförmigen Feder 11. Zum Verbinden wird der Fügespalt 8 wiederum mit Klebstoff 5 gefüllt, der zuvor von einem Festkörper 6 aufgeschmolzen wird. 17 zeigt diesen Festkörper 6 aus Klebstoff 5. Er ist wiederum an die Gestalt der Nut 7 der beiden Fügepartner angepasst. Er hat im Querschnitt eine napfförmige Gestalt mit bodenseitiger Öffnung bzw. die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden Omegas mit seinen zwei nach außen weisenden Flanschen. Der Festkörper 6 ist einklickbar.
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Das letzte Ausführungsbeispiel gemäß 18 zeigt eine labyrinthartige Anordnung mehrerer Nuten 7 und Federn 11 und in 19 den zugehörigen Festkörper 6 aus Klebstoff der vor dem Fügen der beiden Bauteile in die Nut 7 eingesetzt worden ist. Es ist erkennbar, dass die jeweiligen Verbindungsbereiche durch die mehrfachen Nuten 7 und Federn 11 relativ lang sind. Gleichzeitig sind die stark profilierten Bauteile 1, 2, bei denen es sich bevorzugt um Strangpressprofile handelt, sowohl in der Bildebene in horizontaler Richtung als auch in der Vertikalrichtung der Bildebene miteinander verzahnt bzw. durch eine Rastnase 16 an der Feder 18 und ihr Gegenstück an dem oberen Bauteil 2 miteinander verhakt. Auch bei dieser Art der Verbindung können Kräfte F1 sowohl parallel zu Oberseite 9 und Unterseite 10 als auch in Richtung des Vektors der Kraft F2, das heißt senkrecht zur Oberseite 9 bzw. Unterseite 10 aufgenommen werden. Der Festkörper 6 gemäß 19 hat einen schlagenlininienförmigen Verlauf und besitzt dadurch die Möglichkeit, sich eng an die Nutgeometrie der Nut 7 der jeweiligen Nut-Federverbindung bzw. an die jeweiligen Federn der Nut-Federverbindungen anzuschmiegen und dort unter großer Oberfläche in kurzer Zeit viel Wärme für den Aufschmelzvorgang aufzunehmen, damit die formschlüssige Verbindung zugleich stoffschlüssig und luftdicht wird.
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20 zeigt ein Gefäß 19 zur Aufnahme eines Energiespeichers, insbesondere in Form von wiederaufladbaren Batterien zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges. Das Gefäß 19 ist aus mehreren Bauteilen 1, 2 in Form von Hohlprofilen zusammengesetzt. Die Bauteile 1, 2 sind fluid- und gasdicht miteinander verbunden, wobei beispielhaft ein oder mehrere Bauteile 1 Bestandteil des Bodens 20 des wannenförmigen Gefäßes 19 ist, wobei ein weiteres Bauteil 2 Bestandteil einer Wand 21 des Gefäßes 19 ist/sind. Die Verbindung ist zwischen zwei benachbarten Bauteilen 1 des Bodens oder zwischen einem Bauteil 1 und dem Bauteil 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und ist eine Kombination aus einer fluid- und gasdichten, klebenden, stoffschlüssigen Verbindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Bauteil
- 3
- Verbindungsbereich
- 4
- Verbindungsbereich
- 5
- Klebstoff
- 6
- Festkörper
- 7
- Nut
- 8
- Fügespalt
- 9
- Oberseite
- 10
- Unterseite
- 11
- Feder
- 12
- Vorsprung
- 13
- Verriegelungsleiste
- 14
- Feder
- 15
- Steg
- 16
- Rastnase
- 17
- Feder
- 18
- Feder
- 19
- Gefäß
- 20
- Boden
- 21
- Wand
- F1
- Kraft
- F2
- Kraft
- P
- Pfeil
- W
- Wärme
