DE102016201073A1

DE102016201073A1 - Verfahren zum Befestigen einer Trägereinrichtung an einer Fahrzeugverkleidung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016201073A1
Application number: DE102016201073.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Karl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-07-27
Also published as: GB201701211D0; GB2547543A; FR3046967A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer Trägereinrichtung (1; 1a; 1b), insbesondere eines Halters für einen Sensor, an einer Fahrzeugverkleidung (10) eines Fahrzeugs, bei dem ein aus Kunststoff bestehender Befestigungsbereich (11) der Fahrzeugverkleidung (10) zumindest bereichsweise durch Wärmeeintrag aufgeschmolzen wird und nach dem Erstarren eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Trägereinrichtung (1, 1a, 1b) ausbildet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Wärmeeintrag in den Befestigungsbereich (11) und/oder in den Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) bei noch nicht in Anlagekontakt mit dem Befestigungsbereich (11) befindlicher Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) durch eine Wärmequelle (16) erfolgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen einer Trägereinrichtung, insbesondere eines Halters für einen Sensor, an einer Fahrzeugverkleidung, wie einem Stoßfänger, einem Kotflügel, einer Tür usw. eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 197 58 075 C2 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren findet ein Stoßfänger Verwendung, der auf der einer Trägereinrichtung in Form eines im Wesentlichen hülsenförmigen Halters für einen Ultraschallsensor zugewandten Seite mehrere stiftförmige Vorsprünge aufweist. Diese Vorsprünge können entweder bereits bei der Fertigung des Stoßfängers, der aus Kunststoff besteht, berücksichtigt sein, oder nachträglich an dem Stoßfänger befestigt werden. Die Vorsprünge wirken mit an der Trägereinrichtung ausgebildeten Öffnungen zusammen, indem die Vorsprünge die Öffnungen durchgreifen. Durch Wärmeeintrag der Vorsprünge auf der dem Stoßfänger abgewandten Seite der Trägereinrichtung werden die Vorsprünge derart aufgeschmolzen bzw. verformt, dass eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Vorsprüngen und der Trägereinrichtung im Bereich der Öffnungen ausgebildet wird. Der Wärmeeintrag in die Vorsprünge erfolgt in einem Zustand, bei dem die Trägereinrichtung bereits in Anlagekontakt mit den Vorsprüngen bzw. mit dem Stoßfänger angeordnet ist. Typischerweise findet ein derartiger Wärmeeintrag beispielsweise durch Ultraschallschweißen, Warmverstemmen oder ein ähnliches Verfahren statt. Nachteilig dabei ist, dass bei einem derartigen Wärmeeintrag gleichzeitig relativ große, auf den Befestigungsbereich bzw. die Vorsprünge und somit den Stoßfänger wirkende Anpresskräfte erzeugt werden bzw. erforderlich sind.
Da die Tendenz im Kraftfahrzeugbau insbesondere zur Gewichtseinsparung und damit auch zu immer dünner werdenden Fahrzeugverkleidungen auch im Befestigungsbereich zu der Trägereinrichtung geht, ist das aus der genannten Schrift bekannte Verfahren insofern als kritisch zu bewerten, als dass durch die relativ großen Kräfte auf die Fahrzeugverkleidung bzw. den Stoßfänger sich Verformungen auf der dem Befestigungsbereich abgewandten Außenseite der Fahrzeugverkleidung, welche eine Sichtseite ausbildet, abzeichnen können. Darüber hinaus ist als nachteilhaft anzusehen, dass das Ausbilden derartiger Vorsprünge an der Innenseite der Fahrzeugverkleidung insofern einen erhöhten Fertigungsaufwand erfordert, als dass das Formwerkzeug zum Ausbilden der Fahrzeugverkleidung entsprechend angepasst bzw. modifiziert werden muss. Für den Fall, dass die Vorsprünge durch zusätzliche, separate Elemente ausgebildet sind, ist ein zusätzlicher Befestigungs- bzw. Montageaufwand der Vorsprünge an der Fahrzeugverkleidung erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befestigen einer Trägereinrichtung an einer Fahrzeugverkleidung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass damit ein für die Fahrzeugverkleidung im Befestigungsbereich mechanisch besonders schonendes Befestigen der Trägereinrichtung ermöglicht wird. Insbesondere sollen Fügekräfte wie Torsionskräfte und/oder Axialkräfte auf den Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung vermieden werden, die insbesondere bei relativ dünnen Fahrzeugverkleidungen im Befestigungsbereich eine unerwünschte Deformation der Fahrzeugverkleidung bzw. ein Abzeichnen der Trägereinrichtung auf der dem Befestigungsbereich abgewandten Seite der Fahrzeugverkleidung hervorrufen. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, gegenüber dem Stand der Technik auf die zusätzlichen an dem Fahrzeugverkleidung zumindest mittelbar befestigten Elemente in Form der Vorsprünge verzichten zu können. Dadurch sollen auch möglichst geringe Herstellkosten für den Fahrzeugverkleidung ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Befestigen einer Trägereinrichtung an einer Fahrzeugverkleidung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung und/oder die Trägereinrichtung in einem Zustand zu erwärmen, bei dem der Befestigungsbereich noch nicht in Anlagekontakt mit der Trägereinrichtung angeordnet ist und gleichzeitig den Wärmeeintrag in den Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung und/oder in die Trägereinrichtung durch eine Wärmequelle wie beispielsweise durch eine Strahlungsquelle vorzunehmen. Eine Strahlungsquelle hat insbesondere den Vorteil, dass zur Erwärmung des Befestigungsbereichs auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Befestigungsbereichs kein direkter Anlagekontakt zwischen der Wärme- bzw. Strahlungsquelle und dem Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung erforderlich ist. Dadurch lassen sich auch die angesprochenen Verformungen bzw. Deformationen der Fahrzeugverkleidung auf der dem Befestigungsbereich abgewandten Seite der Fahrzeugverkleidung vermeiden. Darüber hinaus ermöglicht es das Erwärmen des Befestigungsbereichs in einem Zustand, bei dem die Trägereinrichtung noch nicht in Wirkverbindung bzw. in Anlagekontakt mit dem Befestigungsbereich angeordnet ist, eine großflächige Erwärmung des Befestigungsbereichs und somit auch eine großflächige und besonders sichere Befestigung der Trägereinrichtung in einem Überdeckungsbereich des Befestigungsbereichs mit der Trägereinrichtung. Als Wärmequellen zur Erwärmung des Befestigungsbereichs kommen grundsätzlich unterschiedliche Wärmequellen bzw. Wärmequellen infrage. Gedacht ist hierbei beispielhaft, und nicht einschränkend, an Infrarotstrahlungsquellen, Heizdrähte, Heißluftgebläse oder Ähnliches. Bei geeigneten Materialeigenschaften kann eine Erwärmung auch durch Wärmeleitung erfolgen. Beispielsweise kann eine Trägereinrichtung, die eine relativ große Schmelztemperatur aufweist, auch mittels einer Heizplatte bzw. in einem Ofen erwärmt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen einer Trägereinrichtung an einer Fahrzeugverkleidung eines Fahrzeugs sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass vorwiegend nur eine an der Verbindung teilnehmenden Komponenten wie die Trägereinrichtung oder der Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung derart erwärmt wird, dass die darin gespeicherte Wärmeenergie durch das anschließende Inkontaktbringen zu der anderen Komponente transportiert wird um diese mittels der derart transportierten Wärmemenge aufzuschmelzen. So wird in bevorzugter Ausprägung vor dem Inkontaktbringen die Trägereinrichtung an ihrer dem Befestigungsbereich zugewandten Seite derart erwärmt, dass die in ihrer Fläche gespeicherte Wärmeenergie beim Inkontaktbringen so groß ist, dass sie vorzugsweise gerade so groß ist, dass sie zum Aufschmelzen des Kunststoffs der entsprechenden Flächen der Fahrzeugverkleidung im Befestigungsbereich ausreicht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Trägereinrichtung und der Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung etwa gleiche Schmelztemperaturen aufweisen, so dass spätestens nach dem Inkontaktbringen der beiden an der Verbindung beteiligten Komponenten diese zumindest an ihren einander zugewandten Flächen aufschmelzen und eine stoffschlüssige Verbindung ausbilden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Material der Trägereinrichtung eine höhere Schmelztemperatur aufweist als das Material der Fahrzeugverkleidung im Befestigungsbereich. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es insbesondere, die Trägereinrichtung mit Strukturelementen zu versehen, die in Wirkverbindung mit dem geschmolzenen Material der Fahrzeugverkleidung gelangen und eine besonders feste bzw. innige Verbindung ausbilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass sowohl der Befestigungsbereich als auch die Trägereinrichtung erwärmt werden, wobei die Erwärmung der Trägereinrichtung auf eine Temperatur unterhalb deren Schmelztemperatur erfolgt. Ein derartiges Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass beim Inkontaktbringen der Trägereinrichtung mit dem Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung, bei der die Wärmequelle nicht mehr auf den Befestigungsbereich einwirkt, eine relativ langsame Abkühlung bzw. ein relativ langsames Erstarren des Materials des Fahrzeugverkleidung stattfindet. Dies hat den Vorteil, dass das geschmolzene Material genügend Zeit hat, in Wirkverbindung mit der Trägereinrichtung zu gelangen, um dort vorhandene Strukturierungen, Hinterschnitte oder ähnliche geometrische Ausgestaltungen auszufüllen, um dadurch eine besonders innige Verbindung bzw. Verzahnung mit dem Trägerelement auszubilden.
Je nach den spezifischen Anforderungen an die Trägereinrichtung kann diese aus unterschiedlichsten Materialien bestehen. Insbesondere besteht die Trägereinrichtung jedoch aus Kunststoff, der eine höhere Schmelztemperatur aufweist als der Kunststoff der Fahrzeugverkleidung im Befestigungsbereich, aus Keramik oder aus Metall.
Um die thermische Belastung der Fahrzeugverkleidung insbesondere auf der dem Befestigungsbereich bzw. der Trägereinrichtung abgewandten Seite, die mit Blick auf die angesprochenen Verformungen bzw. das Abzeichnen der Trägereinrichtung als besonders kritisch anzusehen ist, thermisch zu entlasten, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Fahrzeugverkleidung auf der dem Befestigungsbereich abgewandten Seite gekühlt wird. Eine derartige Kühlung erfolgt vorzugsweise im Bereich einer Auflagefläche für die Fahrzeugverkleidung, indem im Bereich der Auflagefläche beispielsweise von einem Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle oder Ähnliches angeordnet sind. Die Auflagefläche bewirkt gleichzeitig eine flächige Anordnung der Fahrzeugverkleidung, wenn die Trägereinrichtung in Anlagekontakt mit dem Fahrzeugverkleidung im Befestigungsbereich gelangt, so dass Fügekräfte von der Trägereinrichtung auf die Fahrzeugverkleidung großflächig in den Fahrzeugverkleidung eingeleitet werden. Dadurch werden Kräfte auf die Andruckflächen und somit die Wahrscheinlichkeit von Abzeichnungen minimiert.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass entweder zusätzlich zur Kühlung der Fahrzeugverkleidung oder aber unabhängig davon auch die Trägereinrichtung gekühlt wird. Dies kann beispielsweise deshalb erforderlich oder sinnvoll sein, um den Erstarrungsprozess des verflüssigten Kunststoffes der Fahrzeugverkleidung zu beschleunigen oder aber über die gekühlte Trägereinrichtung eine thermische Entlastung des Befestigungsbereichs an der Fahrzeugverkleidung zu ermöglichen.
Um eine besonders feste Verbindung zwischen der Trägereinrichtung und dem aufgeschmolzenen Material der Fahrzeugverkleidung zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass beim Inkontaktbringen der Trägereinrichtung mit dem Befestigungsbereich aufgeschmolzenes Material des Befestigungsbereichs verdrängt wird. Dieses Material bildet dabei eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Trägereinrichtung aus. Hierzu ist es wesentlich bzw. von besonderem Vorteil, wenn die Trägereinrichtung auf der dem Befestigungsbereich zugewandten Seite wenigstens ein Strukturelement in Form einer strukturierten Oberfläche und/oder wenigstens eines Fortsatzes und/oder wenigstens einer Öffnung aufweist, wobei das aufgeschmolzene Material des Befestigungsbereichs in Wirkverbindung mit dem wenigstens einen Strukturelement gelangt. Unter einer strukturierten Oberfläche im Sinne der Erfindung wird dabei beispielsweise eine aufgeraute Oberfläche, vorzugsweise mit Hinterschneidungen, verstanden. Derartige aufgeraute Oberflächen bzw. Hinterschneidungen lassen sich beispielsweise durch Laserstrahleinrichtungen, chemische Verfahren, das Fertigungsverfahren (Spritzguss) der Trägereinrichtung selbst oder durch sonstige Mittel ausbilden. Es ist auch denkbar, die Trägereinrichtung auf der dem Befestigungsbereich zugewandten Seite mit einer Art Gitterstruktur zu versehen, die dann von dem aufgeschmolzenen Material des Befestigungsbereichs umgeben bzw. hintergriffen wird.
Die Festigkeit der Verbindung zwischen der Trägereinrichtung und dem Befestigungsbereich lässt sich erhöhen, wenn die Trägereinrichtung auf der dem Befestigungsbereich zugewandten Seite auf eine gleichmäßige Temperatur erwärmt wird. Dadurch findet insbesondere ein homogenes bzw. gleichmäßiges Erstarren des aufgeschmolzenen Kunststoffes des Befestigungsbereichs mit einer entsprechenden homogenen Struktur statt. Hierzu wird erläutert, dass die Trägereinrichtung beispielsweise auf der dem Befestigungsbereich zugewandten Seite unterschiedliche Querschnitte aufweist, die sich bei einer Erwärmung durch eine Wärmequelle üblicherweise aufgrund der Materialanhäufungen an bestimmten Stellen auch unterschiedlich stark bzw. schnell erwärmen. Zur Ausbildung einer homogenen Erwärmung der Trägereinrichtung auf der dem Befestigungsbereich zugewandten Seite kann daher die oben angesprochene Wärmequelle bzw. Heizeinrichtung an die Geometrie bzw. den Querschnitt der Trägereinrichtung auf der dem Befestigungsbereich zugewandten Seite angepasst sein, um eine homogene Erwärmung der Trägereinrichtung bzw. deren dem Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung zugewandten Fläche zu ermöglichen.
Ganz besonders bevorzugt ist es zur Vermeidung der angesprochenen Deformationen bzw. Einprägungen in der Fahrzeugverkleidung auf der der Trägereinrichtung abgewandten Seite, dass während des Inkontaktbringens der Trägereinrichtung mit dem Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung zumindest im Wesentlichen keine axialen Fügekräfte auf den Befestigungsbereich der Fahrzeugverkleidung eingeleitet werden, und dass die Fahrzeugverkleidung auf der dem Befestigungsbereich abgewandten Seite flächig auf einem Stützelement aufliegt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 eine Darstellung einer Anordnung zur Befestigung einer Halteeinrichtung an der Innenseite einer Fahrzeugverkleidung in Form eines Stoßfängers in einer Schnittdarstellung,
2 einen Ausschnitt aus einem gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsbeispiel nach dem Ausbilden der Verbindung und
3 eine gegenüber 2 nochmals abgewandelte Ausführungsform, bei der die Trägereinrichtung widerhakenartige Fortsätze aufweist, die mit dem Material des Befestigungsbereichs am Fahrzeugverkleidung eine formschlüssige Verbindung eingehen.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist ausschnittsweise ein Fahrzeugverkleidung 10 eines Kraftfahrzeugs in Form eines Stpßfängers dargestellt. Insbesondere ist die Fahrzeugverkleidung 10 im Bereich eines Befestigungsbereichs 11 mit einer Trägereinrichtung 1 dargestellt. Die zumindest im Befestigungsbereich 11 aus Kunststoff bestehende Fahrzeugverkleidung 10 weist beispielhaft im Befestigungsbereich 11 eine konstante Wanddicke d auf. Die Trägereinrichtung 1 dient der Befestigung eines in den Figuren nicht dargestellten Sensors, insbesondere eines Ultraschallsensors zur Abstandsmessung zu Objekten als Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierzu weist die Trägereinrichtung 1 einen vorzugsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 2 ausgebildeten Sockelabschnitt 3 auf, dessen Dicke im dargestellten Beispiel mit zunehmendem Abstand zur Längsachse 2 geringer wird. Weiterhin weist die Trägereinrichtung 1 auf der dem Befestigungsbereich 11 abgewandten Seite beispielsweise einen hülsenförmigen Aufnahmeabschnitt 4 für den erwähnten (nicht dargestellten) Sensor auf, der auf der dem Sockelabschnitt 3 abgewandten Seite zusätzlich radial nach innen ragende Haltenasen 5 aufweist, mittels derer der Sensor in Form einer Rastverbindung in dem Aufnahmebereich 4 gehalten ist.
Die Trägereinrichtung 1 hat zumindest die Aufgabe, den Sensor hinter der Fahrzeugverkleidung 10 in Position zu halten. In einer Ausgestaltung kann die Fahrzeugverkleidung 10 im Bereich der Trägereinrichtung 1 eine Öffnung aufweisen, durch die zumindest ein Teil des Sensors durch die Fahrzeugverkleidung 10 hindurchragt und beispielsweise bevorzugt mit der auf der der Trägereinrichtung 1 gegenüber liegenden Seite der Fahrzeugverkleidung 10, d.h., der Sichtseite, flächenbündig abschließt. Solche Durchbrüche in der Fahrzeugverkleidung 10 eignen sich beispielsweise bei optischen Umfeldsensoren, wie beispielsweise bei Lidar, und sind auch häufig bei der akustischen Umfeldsensorik Stand der Technik. In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist die Fahrzeugverkleidung 10 im Bereich des Sensors ununterbrochen und der Sensor wird durch die Fahrzeugverkleidung 10 zumindest durch eine sehr dünne Schicht überdeckt.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für diesen überdeckten Verbau akustischer Sensoren, weil erfindungsgemäß erkannt wurde, dass die Wirksamkeit des akustischen Sensors größer wird, wenn die Sensorüberdeckung durch die Fahrzeugverkleidung 10 im Bereich der Sensorwirkfläche nur eine geringe Dicke aufweist und/oder, wenn die Fahrzeugverkleidung 10 abseits der Sensorwirkfläche unter Zuhilfenahme konstruktiver Maßnahmen wie bevorzugt mittels Trägereinrichtung 1 eine deutlich höhere Steifigkeit aufweist, als im Bereich der Sensorwirkfläche.
In bevorzugter Ausprägung wird dazu der Sensor durch die Trägereinrichtung 1 an die Fahrzeugverkleidung 10 beispielsweise mittels Haltenasen 5 gedrückt so dass der Sensor unter allen Betriebsbedingungen, insbesondere bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen stets an der Fahrzeugverkleidung 10 anliegt. Der dabei entstehende Kraftfluss muss von der erfindungsgemäßen Verbindung dauerhaft aufgenommen und übertragen werden können.
Die Trägereinrichtung 1 besteht in einer bevorzugten Ausgestaltung aus Kunststoff, wobei bevorzugt die Schmelztemperatur des Kunststoffs der Trägereinrichtung 1 höher ist als die Schmelztemperatur des Materials der Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11. Alternativ besteht die Trägereinrichtung 1 aus Keramik oder/und aus Metall, wobei auch deren Schmelztemperaturen höher ist als die Schmelztemperatur des Materials der Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11.
Die Trägereinrichtung 1 ist zum Zwecke des Inkontaktbringens und/oder während des Wärmeeintrags bevorzugt in einem Haltewerkzeug 50 aufgenommen, das beispielsweise mit Unterdruck arbeitet, um die Trägereinrichtung 1 zu halten und zum Befestigungsbereich 11 zu positionieren bzw. in Richtung des Befestigungsbereichs 11 zu bewegen.
Auf der der Trägereinrichtung 1 abgewandten Seite der Fahrzeugverkleidung 10 liegt die Fahrzeugverkleidung 10 bevorzugt großflächig auf einem Stützelement 55 auf, das eine Auflagefläche für die Fahrzeugverkleidung 10 ausbildet. Das Stützelement 55 ist bevorzugt als gekühltes Stützelement 55 ausgebildet, wobei in dem Stützelement 55 beispielhaft Kühlkanäle 56 ausgebildet sind, die von eine Kühlmedium (Flüssigkeit oder Luft) oder durchströmt sind.
In der 1 ist der Zustand dargestellt, bei dem die Trägereinrichtung 1 noch nicht mit dem Befestigungsbereich 11 verbunden ist. In diesem Zustand ist die Trägereinrichtung 1 von dem Befestigungsbereich 11 beabstandet angeordnet, d.h., dass zwischen der Trägereinrichtung 1 auf der dem Befestigungsbereich 11 zugewandten Seite und dem Befestigungsbereich 11 ein Zwischenraum 12 ausgebildet ist. In diesen Zwischenraum 12 ragt eine Heizeinrichtung 15 in Form einer Wärmequelle, insbesondere in Form einer Strahlungsquelle 16 hinein, die zumindest in Wirkverbindung mit dem Befestigungsbereich 11, vorzugsweise gleichzeitig in Wirkverbindung mit der dem Befestigungsbereich 11 zugewandten Stirnfläche 6 der Trägereinrichtung 1 angeordnet ist. Die Heizeinrichtung 15 ist beispielhaft in Richtung des Pfeils 17 aus einer Position, in der diese in Überdeckung mit dem Befestigungsbereich 11 und der Trägereinrichtung 1 angeordnet ist, in eine Position beweglich, in der die Heizeinrichtung 15 außer Deckung bzw. außer Wirkverbindung mit dem Befestigungsbereich 11 und der Stirnfläche 6 der Trägereinrichtung 1 angeordnet ist.
Die Bewegung der Heizeinrichtung 15 kann mit kontinuierlicher Geschwindigkeit und so erfolgen, dass sie dabei mindestens über eine Raumdimension, wie z.B. über die gesamte senkrecht zur Bewegungsrichtung gelegenen Breite gleichzeitig erfolgt. Alternativ kann die Bewegung jedoch auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit erfolgen, um beispielsweise die unterschiedliche Wärmeableitfähigkeit der zu erwärmenden Komponenten, wie beispielsweise der Trägereinrichtung 1, berücksichtigt wird. Beispielsweise kann der Wärmemengeneintrag in die Trägereinrichtung 1 so erfolgen, dass auf ihrer dem Befestigungsbereich 11 zugewandten Seite die flächenbezogene Wärmemenge unter Berücksichtigung der den Prozess beeinflussenden Wärmetransporte so beschaffen ist, dass im Moment des Inkontaktbringens der Trägereinrichtung 1 mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 die in der Kontaktfläche gespeicherte Wärmemengenverteilung die Schmelzeigenschaften der Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11 berücksichtigt. Beispielsweise ist im Moment des Inkontaktbringens die flächenbezogen gespeicherte Wärmemenge gleichmäßig verteilt, um die Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11 gleichmäßig zu erwärmen.
In einer besonderen Ausgestaltung wird die Heizeinrichtung 15 während des Wärmeeintragens im Wesentlichen nicht bewegt und nach Beendigung des Wärmeeintrags zügig entfernt, bevor die Trägereinrichtung 1 mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 in Kontakt gebracht wird. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass die Heizeinrichtung 15 so gestaltet werden kann, dass der Energieeintrag die unterschiedlichen flächenbezogenen Wärmekapazitäten, Merkmale des Wärmeableitens und unterschiedlichen Schmelztemperaturen berücksichtigt sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stirnfläche 6 der Trägereinrichtung 1 eine Strukturierung 7 in Form von Vertiefungen oder Ähnlichem auf. Zum Verbinden der Trägereinrichtung 1 mit der Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11 wird die Trägereinrichtung 1 und/oder der Befestigungsbereich 11 mittels der Heizeinrichtung 15 auf eine Temperatur erwärmt, die größer ist als die Schmelztemperatur des Materials im Befestigungsbereich 11, so dass das Material im Befestigungsbereich 11 aufgeschmolzen wird. Um eine geeignete ganzflächige Erwärmung zu erreichen wird die Heizeinrichtung 15 in Richtung des Pfeils 17 bewegt, so dass anschließend die Trägereinrichtung 1 in Anlagekontakt mit dem verflüssigten Material des Befestigungsbereichs 11 gebracht werden kann. Dabei wird lediglich eine relativ geringe Füge- bzw. Anlagekraft A in Richtung der Längsachse 2 der Trägereinrichtung 1 auf den Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 ausgeübt, die jedoch so groß ist, dass das aufgeschmolzene bzw. verflüssigte Material des Befestigungsbereichs 11 zumindest teilweise verdrängt wird und dabei insbesondere in den Bereich der Strukturierung 7 der Trägereinrichtung 1 gelangen kann. Nach der Erstarrung des Materials des Befestigungsbereichs 11 ist die Trägereinrichtung 1 mit der Fahrzeugverkleidung 10 fest verbunden.
Ergänzend wird erwähnt, dass die Trägereinrichtung 1, insbesondere auf der der Stirnfläche 6 abgewandten Seite, ebenfalls gekühlt werden kann, beispielsweise durch Kühlluft, die auf das Haltewerkzeug 50 einwirkt was durch die Pfeile 9 angedeutet sein soll.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zuerst vorwiegend die Trägereinrichtung 1 durch die Heizeinrichtung 15 bzw. ein Heizelement erwärmt. Bevorzugt weist dabei die Trägereinrichtung 1 eine hinreichend große flächenbezogene Wärmekapazität auf, so dass die Trägereinrichtung 1 vor dem Inkontaktbringens mit einer definierten Wärmemenge erwärmt wird. Dabei wird die gespeicherte Wärmemenge bevorzugt nur so groß gewählt, dass sie gerade ausreicht, um beim Inkontaktbringens der Trägervorrichtung 1 mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 ein kurzzeitiges Aufschmelzen von zumindest einer der beiden Fügepartner im Befestigungsbereich 11 zu erreichen, so dass dort eine formschlüssige oder sogar eine stoffschlüssige Verbindung beider Fügepartner bewirkt wird. Alternativ oder ergänzend kann die Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11 erwärmt werden.
Grundgedanke ist in allen Fällen, die Erwärmung der Fügepartner ohne bzw. mit vernachlässigbaren Krafteinwirkungen, so dass selbst bei relativ dünnen Fahrzeugverkleidungen 10 eine Abzeichnung auf der Sichtseite der Fahrzeugverkleidung 10 vermieden wird. Hat einer der Fügepartner gegenüber dem anderen Fügepartner eine deutlich höhere flächenbezogene Wärmekapazität, so kann es zum Transport der Wärmemenge hin zum anderen Fügepartner besonders gut genutzt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung hat die Trägereinrichtung 1 einen höheren Schmelzpunkt als die Fahrzeugverkleidung 10 und eine verhältnismäßig hohe flächenbezogene Wärmekapazität. Mittels der Heizeinrichtung 15 wird die Trägereinrichtung 1 zumindest ca. 1 cm abseits des Befestigungsbereichs 11 der Fahrzeugverkleidung 10 mit Wärmeenergie „beladen“.
Zur Wärmeübertragung kann neben der Wärmestrahlung alternativ und/oder ergänzend eine Wärmeleitung bzw. ein konvektives Erwärmen durchgeführt werden. Beispielsweise wird die Trägereinrichtung 1 an der Fläche, die mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 in Kontakt gebracht werden soll, durch Auflegen auf eine Heizfläche während einer definierten Zeit bei definierter Oberflächentemperatur des Heizelements erwärmt, bevor die Trägereinrichtung 1 mittels Haltewerkzeug 50 ergriffen und in Anlagekontakt mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 gebracht wird. Der Vollständigkeit halber sei hier auch ein Erwärmen mittels anderweitiger elektromagnetischer Strahlung erwähnt, insbesondere mittels elektromagnetischer Wechselfelder, die insbesondere in metallischen Abschnitten der Trägereinrichtung 1 Wirbelströme und damit ein Erwärmen hervorrufen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung findet bereits während des Inkontaktbringen ein definiertes Kühlen der Trägereinrichtung 1 und/oder der Fahrzeugverkleidung 10 jeweils abseits des Befestigungsbereich 11 derart statt, dass die eingebrachte Wärme gerade für ein oberflächliches Aufschmelzen von zumindest einer der beiden Fügepartner im Befestigungsbereich 11 ausreicht und andererseits ein übermäßiges Erwärmen insbesondere der Fahrzeugverkleidung 10 auf der Sichtseite vermieden wird um dort Abzeichnungen zu verhindern.
Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Trägereinrichtung 1a in dem Bereich, der mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 in direktem Kontakt gebracht werden soll, beispielhaft eine Öffnung 21 in Form einer Durchgangsöffnung auf. Weiterhin ist die Form der Trägereinrichtung 1a im Anlagebereich mit dem Befestigungsbereich 11 gewölbt ausgebildet, derart, dass im Bereich der Längsachse 2 die Trägereinrichtung 1a einen größeren Abstand zum Befestigungsbereich 11 aufweist als in den radialen Randbereichen. In der 2 ist der Zustand dargestellt, bei der das verflüssigte Material des Befestigungsbereichs 11 bereits die Öffnung 21 durchdrungen hat und auf der dem Befestigungsbereich 11 abgewandten Seite erstarrt ist. Durch die gewölbte Form der Trägereinrichtung 1a wird beim Verdrängen des Materials des Befestigungsbereichs 11 eine gezielte Strömung des flüssigen Materials in Richtung der Öffnung 21 erzielt.
In bevorzugter Ausgestaltung sind mehrere Trägereinrichtungen 1a vorgesehen, die jeweils mit dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 in Kontakt gebracht werden. Dank der Vielzahl solcher vom Material der zuvor oberflächlich im Befestigungsbereich 11 erwärmten Fahrzeugverkleidung 10 durchströmten Öffnungen 21 wird nach Abkühlung eine über einen größeren Bereich erstreckende formschlüssige Verbindung zwischen den Fügepartnern erreicht. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das durch die Öffnungen 21 austretene Material mit einem geeignetem Werkzeug, wie beispielsweise mittels eines Stempels, noch vor dem Auskühlen des Materials abseits des Befestigungsbereichs 11 warmverformt wird, um die Intensität der formschlüssigen Verbindung zu erhöhen. Durch die Formgebung der Trägereinrichtungen 1a können diese sich beispielsweise beim Einwirken von externen Kräften, zum Beispiel infolge von Stößen und/oder bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gegeneinander mechanisch verschieben, so dass auch durch diese ggf. wiederkehrenden Effekte es keine Abzeichnungen auf der Sichtseite der Fahrzeugverkleidung 10 gibt.
Zuletzt ist in der 3 der Fall dargestellt, bei dem die Trägereinrichtung 1b auf der dem Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 zugewandten Seite eine Strukturierung 7 in Form von widerhakenartigen Vorsprüngen 22 aufweist. Die widerhakenartigen Vorsprünge 22 dringen beim Inkontaktbringen der Trägereinrichtung 1b mit dem aufgeschmolzenen Material des Befestigungsbereichs 11 in das Material des Befestigungsbereichs 11 ein und verzahnen sich dort mit dem Material des Befestigungsbereichs 11.
Neben den dargestellten geometrischen Verhältnissen umfasst die erfindungsmäßige Lösung auch andere Größenverhältnisse. So kann die Länge der widerhakentragenden Strukturierungen 7 im Verhältnis zur räumlichen Ausdehnung des Widerhakens größer sein. Desweiteren kann es zwischen den Vorsprüngen 22 auch Bereiche geben, in denen der Befestigungsbereich 11 nicht vollflächig mit der ihm zugewandten Fläche der Trägereinrichtung 1b in Kontakt steht.
In bevorzugter Ausgestaltung haben die Strukturierungen 7 einen Abstand von etwa 0,2mm bis 1mm zueinander und eine Höhe von etwa 0,5mm bis 1mm. Der Zwischenraum zwischen den Strukturierungen 7 ist bevorzugt deutlich größer als die jeweilige Strukturierung 7. Beim Inkontaktbringen der zuvor durch Wärmeeintrag erwärmten Strukturierungen 7 tauchen sie bevorzugt um ca. 50% bis 70% ihrer Höhe in das durch sie jeweils lokal erwärmte Material der Fahrzeugverkleidung 10 ein. Infolge des Memory-Effekts umschließt das lokal erwärmte Material jeweils die Vorsprünge 22, bevor es beim Auskühlen erstarrt. Dank geeigneter Wärmeableitung insbesondere auf der Sichtseite der Fahrzeugverkleidung 10 wird dort das Entstehen von Abzeichnungen verhindert. Durch die Zwischenräume zwischen den Strukturierungen 7 wird nur ein Bruchteil der der Trägereinrichtung 1 zugewandten Seite der Fahrzeugverkleidung 10 beim jeweils lokalen Aufschmelzen erwärmt, so dass die gesamte eingebrachte Wärmemenge so gering ist, dass ein Erwärmen der Sichtfläche der Fahrzeugverkleidung 10 nicht möglich ist.
Durch eine Vielzahl solcher gegeneinander vereinzelter Strukturierungen 7 ist die durchschnittlich auf die Fahrzeugverkleidung 10 im Befestigungsbereich 11 aufgebrachte Wärmemenge gering genug, um Abzeichnungen zu verhindern. Andererseits sollte das System so bemessen sein, dass die aufgebrachte Wärmemenge reicht, um insbesondere bei flächenbezogen hoher Wärmekapazität der Strukturierungen 7 jeweils die darin gespeicherte Wärmemenge zur oberflächlichen lokalen Erwärmung des jeweiligen Teils des Befestigungsbereichs 11 mit anschließender Verschmelzung mit den Vorsprüngen 22 zu nutzen. Bei dem anschließenden Auskühlen verhärtet die Vielzahl der jeweils erzeugten Verbindungen.
Ist der Bereich zwischen den Vorsprüngen 22 nicht vollständig mit Material gefüllt, können insbesondere bei Stoß- und/oder anderen mechanischen Belastungen, z.B. infolge unterschiedlicher Ausdehnungen bei Temperaturwechseln, die Strukturierungen 7 dabei auftretende Scherkräfte aufnehmen.
Das soweit beschriebene Verfahren zum Befestigen der Trägereinrichtung 1, 1a und 1b an den Befestigungsbereich 11 der Fahrzeugverkleidung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere kann die Trägereinrichtung 1, 1a und 1b auch eine von den gezeigten Strukturierungen 7 abweichende Strukturierung 6 aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19758075 C2 [0002]

Claims

Verfahren zum Befestigen einer Trägereinrichtung (1; 1a; 1b), insbesondere eines Halters für einen Sensor, an einer Fahrzeugverkleidung (10) eines Fahrzeugs, bei dem ein aus Kunststoff bestehender Befestigungsbereich (11) der Fahrzeugverkleidung (10) zumindest bereichsweise durch Wärmeeintrag aufgeschmolzen wird und nach dem Erstarren eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Trägereinrichtung (1, 1a, 1b) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeeintrag in den Befestigungsbereich (11) oder/und in die Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) bei noch nicht in Anlagekontakt mit dem Befestigungsbereich (11) befindlicher Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) durch eine Wärmequelle (16) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) auf der dem Befestigungsbereich (11) zugewandten Stirnfläche (6) der Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) eine höhere flächenbezogene Wärmekapazität oder Schmelztemperatur aufweist als das Material der Fahrzeugverkleidung (10) im Befestigungsbereich (11).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Befestigungsbereich (11) als auch die Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) erwärmt werden, wobei die Erwärmung der Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) auf eine Temperatur unterhalb deren Schmelztemperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) Kunststoff mit einer höheren Schmelztemperatur als der Kunststoff des Befestigungsbereichs (11), Keramik oder Metall verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugverkleidung (10) auf der dem Befestigungsbereich (11) abgewandten Seite gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim in Kontaktbringen der Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) mit dem Befestigungsbereich (11) Material des Befestigungsbereichs (11) verdrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) auf der dem Befestigungsbereich (11) zugewandten Seite wenigstens ein Strukturelement in Form einer strukturierten Oberfläche (7) und/oder wenigstens eines Fortsatzes (22) und/oder wenigstens einer Öffnung (21) aufweist, und dass geschmolzenes Material des Befestigungsbereichs (11) in Wirkverbindung mit dem wenigstens einen Strukturelement gelangt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) auf der dem Befestigungsbereich (11) zugewandten Seite auf eine gleichmäßige Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des in Kontaktbringens der Trägereinrichtung (1; 1a; 1b) mit dem Befestigungsbereich (11) zumindest im Wesentlichen keine axialen Fügekräfte (A) auf den Befestigungsbereich (11) eingeleitet werden, und dass die Fahrzeugverkleidung (10) auf der dem Befestigungsbereich (11) abgewandten Seite flächig auf einem Stützelement (55) aufliegt.