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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Kunststoffbauteile und ein Verbindungselement.
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Beim Verbinden von Kunststoffbauteilen, wie bspw. faserverstärkten Kunststoffen oder Plastiken, kommt es beim Einbringen von Verbindungselementen, wie bspw. Schrauben oder Bolzen, häufig zu Verformungen und dadurch bedingten Beschädigungen der Kunststoffbauteile. Da faserverstärkte Kunststoffe vermehrt bspw. im Fahrzeugbau eingesetzt werden, besteht Bedarf für Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Kunststoffbauteilen, ohne diese zu beschädigen.
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In der deutschen Druckschrift
DE 10 2005 056 606 A1 wird ein Verfahren zum Verbinden eines metallischen Bolzens mit einem Kunststoff offenbart, bei dem der Bolzen unter Druck und einer vorgegebenen Drehzahl in den Kunststoff eingepresst wird, so dass der Kunststoff teilweise schmilzt und den Bolzen formschlüssig umgibt.
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Die europäische Druckschrift
EP 0 476 831 B1 offenbart ein Gewindebefestigungselement, das zum Eingriff in einen Kunststoff konfiguriert ist und mehrere Zonen aufweist, um ein Fließverhalten von durch das Gewindebefestigungselement geschmolzenem Kunststoff zu beeinflussen.
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Eine selbstfurchende Schraube für Thermoplasten ist in der europäischen Druckschrift
EP 0 589 399 B1 offenbart.
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Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Verbinden mindestens zweier Kunststoffbauteile vorgestellt, bei dem die mindestens zwei Kunststoffbauteile übereinander geschichtet werden und mindestens ein Verbindungselement in einem ersten Schritt in eine erste Richtung rotiert und unter Beaufschlagung mit einer vorgegebenen Kraft direkt in ein erstes Kunststoffbauteil der mindestens zwei Kunststoffbauteile eingebracht wird, und bei dem das mindestens eine Verbindungselement in einem zweiten Schritt in einer vorgegebenen Eindringtiefe in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung rotiert wird, um Kunststoff aus mindestens einem der mindestens zwei Kunststoffbauteile heraus zu fördern, wobei die vorgegebene Kraft und eine verwendete Drehzahl, mit der das mindestens eine Verbindungselement während des Rotierens in der ersten Richtung beaufschlagt wird, derart gewählt werden, dass durch das mindestens eine Verbindungselement verdrängter Kunststoff zumindest teilweise plastifiziert wird.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum formschlüssigen Verbinden mindestens zweier Kunststoffbauteile, wie bspw. faserverstärkten Verbundwerkstoffen oder Thermoplasten. Dazu ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Kunststoffbauteile zunächst aufeinander geschichtet, d. h. bspw. gestapelt oder in jeder weiteren technisch geeigneten Weise in eine vorgegebene zueinander relative Position gebracht werden. Sobald die Kunststoffbauteile in der vorgegebenen Position relativ zueinander ausgerichtet sind, ist vorgesehen, dass mindestens ein Verbindungselement, wie bspw. ein metallischer Bolzen, direkt, d. h. ohne ein Vorbohren bzw. ohne eine im voraus bereitzustellende Ausnehmung, in ein jeweiliges oberes bzw. äußeres Kunststoffbauteil eingebracht wird. Dabei wird das mindestens eine Verbindungselement zunächst in einem ersten Schritt in eine erste Richtung rotiert und unter Beaufschlagung mit einer vorgegebenen Kraft bzw. einem vorgegebenen Druck direkt in das obere bzw. äußere Kunststoffbauteil eingebracht. Entsprechend dringt das mindestens eine Verbindungselement in das obere bzw. äußere, d. h. in das erste, Kunststoffbauteil ein.
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Während des Eindringens des mindestens einen Verbindungselements in das erste Kunststoffbauteil in dem ersten Schritt wird das mindestens eine Verbindungselement mit einer vorgegebenen Drehzahl unter einer vorgegebenen Kraft in einer ersten Richtung rotiert, so dass durch das mindestens eine Verbindungselement während des Eindringens in das erste Kunststoffbauteil verdrängtes Kunststoffmaterial zumindest teilweise plastifiziert, d. h. geschmolzen und/oder zersetzt wird. Dazu kann das mindestens eine Verbindungselement eine Spitze mit einer ersten Profilierung, die bspw. als Gewinde oder als Schneidkante ausgestaltet ist, aufweisen, wobei die Profilierung in eine erste Richtung dreht, d. h. bei einer Rotation in die erste Richtung schneidet bzw. Material abreibt, und bspw. eine große Kontaktfläche zwischen dem mindestens einen Verbindungselement und einer jeweiligen durch das mindestens eine Verbindungselement gebildeten Ausnehmung ermöglicht, so dass durch die Spitze eine hohe Reibung erzeugt und ein entsprechend hoher Wärmeeintrag in das erste Kunststoffbauteil ermöglicht wird. Selbstverständlich ist auch eine Profilierung denkbar, die keine Rotationsrichtung bevorzugt und in jeder Rotationsrichtung Material abträgt bzw. plastifiziert.
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Nachdem das mindestens eine Verbindungselement in einer vorgegebenen Tiefe in das erste Kunststoffbauteil eingedrungen ist, d. h. mit einer Eindringtiefe, die bspw. einer Dicke des ersten Kunststoffbauteils entspricht, in das erste Kunststoffbauteil und ggf. in das zweite Kunststoffbauteil hinein ragt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in einem zweiten Schritt in einer vorgegebenen Eindringtiefe in dem ersten oder dem zweiten Kunststoffbauteil in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung rotiert wird, um Material, d. h. abgeriebenen und ggf. geschmolzenen Kunststoff aus mindestens einem der mindestens zwei Kunststoffbauteile heraus, insbesondere in Richtung einer Bolzenspitze oder eines Bolzenkopfs des mindestens einen Verbindungselements zu fördern. Durch das Herausfördern von Kunststoff an einer Profilierung, wie bspw. einem Gewinde, des mindestens einen Verbindungelements entlang nach außen, d. h. aus einer durch das mindestens eine Verbindungselement gebildeten Ausnehmung heraus, wird ein in der Ausnehmung erzeugter Druck, der beim Eindringen des mindestens einen Verbindungselements in das erste Kunststoffbauteil entsteht, reduziert. Aufgrund der Reduktion des Drucks in dem ersten Kunststoffbauteil werden jeweilige in dem ersten Kunststoffbauteil verlaufende Fasern entlastet und ein Verformen der Fasern verhindert.
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Gemäß dem vorgestellten Verfahren ist vorgesehen, dass insbesondere nur ein Teil eines jeweiligen durch das mindestens eine erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungselement gelösten bzw. abgeschabten Materials aus der Ausnehmung herausgefördert wird. Ein weiterer Teil des Materials verbleibt in der Ausnehmung, umschließt das mindestens eine Verbindungselement formschlüssig und härtet in einer formschlüssigen Verbindung mit dem mindestens einen Verbindungselement aus, so dass das mindestens eine Verbindungselement fest mit dem ersten Kunststoffbauteil verbunden wird.
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Während des zweiten Schritts, in dem das erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungselement in einer zu dem ersten Schritt entgegengesetzten Richtung rotiert wird, kann ein auf das Verbindungselement einwirkender Druck gegenüber dem ersten Schritt stark bzw. vollständig reduziert werden. Alternativ kann der in dem zweiten Schritt auf das Verbindungselement einwirkende Druck teilweise aufrechterhalten bzw. nur geringfügig reduziert werden, so dass das Verbindungselement auch in dem zweiten Schritt Material abträgt bzw. schneidet und gleichzeitig Material aus einer entsprechend gebildeten Ausnehmung heraus fördert.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in einem dritten Schritt wieder in die erste Richtung rotiert und in eine vorgegebene Tiefe in die mindestens zwei Kunststoffbauteile eingebracht wird.
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In einem dritten Schritt ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in die erste Richtung rotiert und in eine vorgegebene Tiefe in die mindestens zwei Kunststoffbauteile eingebracht wird. Durch eine erneute Rotationsänderung, bei der das mindestens eine Verbindungselement in die erste Richtung, wie sie in dem ersten Schritt vorgesehen ist, gedreht wird, wird das mindestens eine Verbindungselement nach dem zweiten Schritt, bei dem eine Menge an Kunststoff aus einer während des ersten Schritts gebildeten Ausnehmung heraus gefördert wird, erneut bzw. weiter in die Ausnehmung eingebracht, so dass die Ausnehmung weitergeführt, d. h. tiefer in die mindestens zwei Kunststoffbauteile eingebracht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in dem dritten Schritt in ein jeweiliges zweites Kunststoffbauteil eingebracht wird.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen, dass in einem vierten Schritt mittels des mindestens einen Verbindungselements ein Anzugsmoment bereitgestellt wird, das jeweilige Kunststoffbauteile der mindestens zwei Kunststoffbauteile gegeneinander drückt und formschlüssig verbindet. Dazu ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in der ersten Richtung rotiert wird, so dass die in dem ersten Schritt gebildete Ausnehmung weitergeführt wird und durch das mindestens eine Verbindungselement gelöster bzw. abgeschabter Kunststoff zumindest teilweise geschmolzen wird, so dass das mindestens eine Verbindungselement in der Ausnehmung formschlüssig fixiert wird, sobald der Kunststoff aushärtet.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement nach einem Austreten aus einem unteren Kunststoffbauteil der mindestens zwei Kunststoffbauteile zumindest teilweise von einer Kunststoffschicht umgeben wird, die während des Einbringens des mindestens einen Verbindungselements in die mindestens zwei Kunststoffbauteile geschmolzen wird und nach dem Austreten des mindestens einen Verbindungselements aus dem unteren Kunststoffbauteil das mindestens eine Verbindungselement umgibt und erstarrt.
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Es ist denkbar, dass in dem vierten Schritt das mindestens eine Verbindungselement durch ein jeweiliges unteres Kunststoffbauteil der mindestens zwei Kunststoffbauteile, d. h. durch ein Kunststoffbauteil, das einem Schraubkopf bzw. Bolzenkopf des mindestens einen Verbindungselements entgegenliegend positioniert ist, hindurch geschraubt wird, so dass von dem mindestens einen Verbindungselement verdrängter Kunststoff aus der Ausnehmung heraus nach unten verdrängt wird und dort das mindestens eine Verbindungselement umgibt.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die das mindestens eine Verbindungselement umgebende Kunststoffschicht das mindestens eine Verbindungselement formschlüssig umgibt.
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Es kann in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen sein, dass eine Menge an Kunststoff, die nach unten aus einer jeweiligen mittels des mindestens einen Verbindungselements gebildeten Ausnehmung verdrängt wird, derart bemessen wird, dass diese das mindestens eine Verbindungselement formschlüssig umgibt, d. h. das mindestens eine Verbindungselement vollständig umhüllt und mit einem jeweiligen Kunststoffbauteil verbindet. Dabei kann die Menge an Kunststoff selbstverständlich auch derart bemessen werden, dass eine Kunststoffschicht, die das mindestens eine Verbindungselement nach unten umgibt, eine planare Fläche mit einem jeweiligen unteren Kunststoffbauteil bildet. Um die Menge an Kunststoff, die nach unten aus der Ausnehmung verdrängt wird, einzustellen, kann eine Menge an während des zweiten Schritts herausgefördertem Kunststoff verändert werden, indem bspw. Drehzahl und/oder Druck während des zweiten Schritts variiert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in dem ersten Schritt mit einer ersten Drehzahl rotiert sowie mit einem ersten Druck auf ein jeweiliges Kunststoffbauteil gepresst und in dem zweiten Schritt mit einer zweiten Drehzahl rotiert sowie mit einem zweiten Druck auf ein jeweiliges Kunststoffbauteil gepresst wird, wobei die erste und die zweite Drehzahl sowie der erste und der zweite Druck unterschiedlich voneinander sind.
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Mittels an jeweilige Schritte angepassten Drehzahlen, d. h. bspw. einer gegenüber einem ersten Schritt, bei dem eine Ausnehmung erzeugt und Kunststoff geschmolzen wird, reduzierten Drehzahl zum Herausfördern von Kunststoff aus der Ausnehmung, kann auf eine durch das mindestens eine Verbindungselement in ein jeweiliges Kunststoffbauteil eingebrachte Spannung bzw. einen entsprechenden Druck eingewirkt werden, so dass bspw. eine Verformung aufgrund einer ruckartigen Herausförderung von Kunststoff aus der Ausnehmung vermieden werden kann. Weiterhin kann durch eine geeignete Wahl einer Drehzahl für den zweiten Schritt des vorgestellten Verfahrens jeweiliges plastifiziertes, d. h. geschmolzenes bzw. zersetztes Material aus der Ausnehmung herausgefördert werden, so dass das Material außerhalb der Ausnehmung erstarrt.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Drehzahl mit der das mindestens eine erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungselement in dem ersten Schritt gedreht bzw. rotiert wird derart gewählt wird, dass durch das mindestens eine Verbindungselement gelöster bzw. abgeschabter Kunststoff eines jeweiligen Kunststoffbauteils zumindest teilweise geschmolzen wird. Um eine zum Plastifizieren, insbesondere zum Schmelzen des Kunststoffs benötigte Wärme über eine entsprechende Reibungskraft bereitzustellen, kann ein Druck, mit dem das mindestens eine Verbindungselement auf das jeweilige Kunststoffbauteil gepresst wird, bspw. in Abhängigkeit jeweiliger Materialeigenschaften, wie bspw. einer Materialdicke oder eines Wärmekoeffizienten eines verwendeten Kunststoffs eines jeweiligen Kunststoffbauteils eingestellt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Rotation des mindestens einen Verbindungselements in dem dritten Schritt gestoppt wird, sobald ein vorgegebenes Anzugsmoment erreicht ist.
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Um eine formschlüssige Verbindung zu ermöglichen, muss das erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine Verbindungselement mit einem Anzugsmoment, d. h. einem auf das mindestens eine Verbindungselement einwirkenden Drehmoment, angezogen werden, so dass mittels des mindestens einen Verbindungselements jeweilige Kunststoffbauteile aneinander gepresst werden, ohne diese zu verformen. Um eine Verformung, wie bspw. ein Brechen jeweiliger Kunststoffbauteile, insbesondere jeweiliger Faserbestandteile eines Kunststoffbauteils zu vermeiden, ist vorgesehen, dass eine Anziehbewegung zum Verbinden des mindestens einen Verbindungselements mit jeweiligen Kunststoffbauteilen gestoppt wird, wenn ein vorgegebenes unschädliches Moment erreicht wurde.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass zwischen jeweiligen Kunststoffbauteilen der mindestens zwei Kunststoffbauteile in mindestens einem zweiten Schritt zumindest teilweise geschmolzener Kunststoff in einen zwischen den jeweiligen Kunststoffbauteilen gebildeten Spalt gefördert wird, und der in den Spalt geförderte Kunststoff zwischen die jeweiligen Kunststoffbauteile gepresst wird, um diese materialschlüssig zu verbinden.
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Da durch die erfindungsgemäß vorgesehene Rotationsänderung des mindestens einen Verbindungselements jeweiliges durch das mindestens eine Verbindungselement gelöstes bzw. abgeschabtes Material je nach Rotationsrichtung nach oben oder nach unten durch eine jeweilige gebildete Ausnehmung zu bewegen ist, kann das mindestens eine Verbindungselement verwendet werden, um gezielt einen Materialeintrag von insbesondere geschmolzenem Kunststoff in bspw. einen zwischen jeweiligen Kunststoffbauteilen bestehenden oder aufgrund des Materialeintrags entstehenden Spalt zu erzielen. Sobald ein jeweiliger geschmolzener Materialeintrag aushärtet, führt dieser zu einer stabilen Verbindung zwischen den jeweiligen Kunststoffbauteilen. Selbstverständlich kann der Materialeintrag durch einen Pressvorgang im geschmolzenen Zustand flächig verteilt werden, um bspw. einen guten Materialschluss zu erreichen. Dazu können jeweilige Kunststoffbauteile bspw. in einem jeweiligen dritten Schritt gegeneinander gepresst werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass für jedes Kunststoffbauteil einer Vielzahl Kunststoffbauteile der erste und der zweite Schritt durchgeführt werden, und dass die Eindringtiefe in einem jeweiligen ersten Schritt einer Dicke eines jeweiligen Kunststoffbauteils, insbesondere eines jeweiligen oberen Kunststoffbauteils entspricht.
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Selbstverständlich ist es denkbar, dass mittels des vorgestellten Verfahrens mehr als zwei Kunststoffbauteile verbunden werden. Dazu können bspw. der erste und der zweite Schritt vielfach wiederholt werden, wobei eine Eindringtiefe, mit der das erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine Verbindungselement in einem jeweiligen ersten Schritt in ein jeweiliges Kunststoffbauteil bzw. jeweilige Kunststoffbauteile eindringt, einer Dicke eines jeweiligen Kunststoffbauteils entsprechen kann. Dabei dringt das Verbindungselement in einem ersten Schritt bis zu einem jeweiligen unteren Kunststoffbauteil vor und wird dann in einem zweiten Schritt zu dem ersten Schritt entgegengesetzt rotiert, um Kunststoff aus einem jeweiligen oberen Kunststoffbauteil zu fördern.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement in seinen Abmessungen in Abhängigkeit von jeweiligen Abmessungen der mindestens zwei Kunststoffbauteile gewählt wird.
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Um eine Menge an jeweiligem aus einer jeweiligen Ausnehmung gefördertem Material präzise einzustellen, ist es insbesondere erforderlich, dass ein jeweiliges Verbindungselement in seinen Abmessungen, d. h. in bspw. seiner Länge und/oder seinem Volumen an Abmessungen jeweiliger Kunststoffbauteile angepasst wird. Es ist denkbar, dass ein jeweiliges Verbindungselement exakt eine Länge hat, die einer Dicke einer Verbindung jeweiliger Kunststoffbauteile entspricht oder geringfügig länger bzw. kürzer als diese Dicke ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als mindestens zwei Kunststoffbauteile ungelochte Kunststoffbauteile gewählt werden.
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Es ist gemäß dem vorgestellten Verfahren vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement direkt, d. h. ohne ein Vorbohren bzw. ohne eine im voraus bereitzustellende Ausnehmung, in ein jeweiliges Kunststoffbauteil eingebracht wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbindungselement zum Verbinden mindestens zweier Kunststoffbauteile, wobei das Verbindungselement eine Spitze mit einer ersten Profilierung aufweist, und wobei das Verbindungselement einen mit der Spitze verbundenen Mittelteil umfasst, der eine zweite Profilierung aufweist, mittels dessen durch die Spitze abzureibendes Kunststoffmaterial in Richtung eines Kopfs des Verbindungselements aus den Kunststoffbauteilen heraus zu fördern ist.
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Mittels unterschiedlicher Bereiche auf einem Verbindungselement, die insbesondere unterschiedlich profiliert sind, kann sowohl in einer ersten Rotationsrichtung Material gelöst bzw. abgeschabt als auch in einer zweiten Rotationsrichtung plastifiziertes Material abtransportiert werden. Dazu kann eine Profilierung, wie bspw. ein Gewinde oder eine Schneidkante auf der Spitze des Verbindungselements bspw. kegelförmig ausgestaltet sein und eine besonders große Oberfläche aufweisen, um eine besonders hohe Reibungsenergie bereitzustellen, so dass sich ein das Verbindungselement umgebendes Material erwärmt bzw. abgeschabt wird und ggf. schmilzt, wenn das Verbindungselement sich mit seiner Spitze an dem Material entlang bewegt. Ein weiterer Bereich, der bspw. an einem Schaft des Verbindungselements angeordnet ist, kann bspw. eine Profilierung aufweisen, die eine durchgehende Schneckenform zeigt, so dass entlang der Schneckenform plastifiziertes Material abzutransportieren ist.
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Unter einer Profilierung einer Spitze eines Verbindungselements ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine zum Bearbeiten von Kunststoff geeignete Oberflächenstruktur, wie bspw. eine Schneidkante oder ein Schraubgewinde zu verstehen. Die Spitze des Verbindungselements kann auch blank, d. h. ohne Profilierung ausgestaltet sein.
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Das vorgestellte Verbindungselement dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verbindungselements ist vorgesehen, dass das Verbindungselement zumindest teilweise metallisch und im wesentlichen schraubenförmig ausgestaltet ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verbindungselements ist vorgesehen, dass die Profilierung der Spitze und die Profilierung des Mittelteils eine gegenläufige Rotationsrichtung aufweisen.
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Mittels einer zu einem an einer Spitze eines Verbindungselements angeordneten Profilierung, die bspw. in Form einer Schneidkante ausgestaltet ist und insbesondere gegenläufig zu einer an einem Mittelteil des Verbindungselements angeordneten Profilierung ist, kann das Verbindungselement in eine erste Richtung rotiert werden, um mittels der Spitze Material abzureiben, und in einer zweite Richtung rotiert werden, um das Material abzutransportieren, ohne das weiteres Material abgerieben wird. Entsprechend ist insbesondere vorgesehen, dass die Profilierung der Spitze nur in eine Richtung schneidet bzw. zum Abreiben von Material geeignet ist und die an dem Mittelteil angeordnete bzw. vorgesehene Profilierung nur zum Abtransport von Material in einer entsprechend anderen Richtung geeignet ist, so dass, je nach Rotationsrichtung des Verbindungselements, entweder Material abgerieben oder abtransportiert wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts durch eine Verbindung von Kunststoffbauteilen, die mit einem Verbindungelement gemäß einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden wurden.
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2 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts durch eine Verbindung von Kunststoffbauteilen, die mit einem Verbindungelement gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden wurden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein Verbindungselement 1 dargestellt, das in einem ersten erfindungsgemäß vorgesehenen Schritt in ein erstes Kunststoffbauteil 3 eingebracht wurde. Dazu wurde das Verbindungselement 1 unter Druck mit einer vorgegebenen Drehzahl in konstant gleicher Richtung rotierend durch das Kunststoffbauteil 3 hindurch geführt. Durch die konstante Rotation in gleicher Richtung wurde durch das Verbindungselement 1 verdrängtes bzw. plasitifziertes Material in Form von Materialanhäufungen 8 teilweise zwischen das Kunststoffbauteil 3 und ein unter dem Kunststoffbauteil angeordnetes Kunststoffbauteil 5 in einen Spalt 6 gepresst. Nachdem das Kunststoffbauteil 3 durchstoßen wurde, wurde das Verbindungselement 1 in einem zweiten erfindungsgemäßen Schritt in einer zur Rotationsrichtung des ersten Schritts entgegengesetzten Richtung gedreht, so dass durch das Verbindungselement 1 während des Schritts 1 plastifiziertes Material mittels einer an einem Mittelteil des Verbindungselements 1 vorgesehenen Profilierung in Richtung eines Kopfs des Verbindungselements 1 aus dem Kunststoffbauteil herausgefördert wurde.
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Weiterhin wurde das Verbindungselement 1 durch das zweite Kunststoffbauteil 5 durchgeführt und das Kunststoffbauteil 5 entsprechend durchstoßen. Beim Durchstoßen des zweiten Kunststoffbauteils 5 wurde plasitifziertes Material in eine Umgebung freigesetzt, wie durch Bruchkanten 7 angedeutet. Durch eine Bewegung des Verbindungselements 1 durch das zweite Kunststoffbauteil 5 hindurch, wurde das zweite Kunststoffbauteil 5 mittels der an einem Mittelteil des Verbindungselements 1 vorgesehenen Profilierung an das erste Kunststoffbauteil 3 gedrückt.
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In 2 ist ein Verbindungselement 10 dargestellt. Das Verbindungselement 10 ist als metallischer Bolzen ausgestaltet, der in ein erstes Kunststoffbauteil 11 und ein zweites Kunststoffbauteil 13, die jeweils aus faserverstärktem Kunststoff bestehen, eingebracht wurde und der die Kunststoffbauteile 11 und 13 miteinander verbindet.
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Zum Verbinden der Kunststoffbauteile 11 und 13 wurde das Verbindungselement 10 zunächst in einem ersten Schritt auf das erste Kunststoffbauteil 11 aufgebracht und unter einem ersten Druck bzw. unter Einwirkung einer ersten Kraft in einer ersten Richtung rotiert, bis das Verbindungselement 10 das erste Kunststoffbauteil 11 vollständig durchdrungen hat. Anschließend wurde das Verbindungselement 10 in einem zweiten Schritt in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung rotiert, so dass während des Rotierens mittels einer Spitze 15 des Verbindungselements 10 aus dem ersten Kunststoffbauteil gelöstes Material mittels einer Profilierung, hier in Form eines Gewindes 17 nach oben in Richtung Bolzenkopf 19 gefördert wurde. Das Material hat sich entsprechend an dem Verbindungselement 10 oberhalb des ersten Kunststoffbauteils 11 angehäuft, wie durch Erhebungen 21 angedeutet. Durch die Förderung des Materials aus einer durch das Verbindungselement 10 gebildeten Ausnehmung 23 heraus, wurde ein durch das Verbindungselement 10 in den Kunststoffbauteilen 11 und 13 aufgebauter Druck reduziert und eine Beschädigung der Kunststoffbauteile 11 und 13 durch von dem Verbindungselement 10 verdrängtes Material weitestgehend vermieden.
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Nachdem das Material durch die Rotationsänderung aus der Ausnehmung 23 heraus gefördert wurde, wurde das Verbindungselement 10 erneut in der ersten Richtung rotiert und tiefer in das zweite Kunststoffbauteil 13 eingebracht. Dabei wurde zuvor mittels des Verbindungselements 10 abgeschabtes Material, das nicht nach oben abgefördert wurde, zwischen das erste Kunststoffbauteil 11 und das zweite Kunststoffbauteil 13 in einen Spalt 29 gepresst, wie durch Anhäufungen 25 angedeutet.
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Das Verbindungselement 10 wurde soweit in das zweite Kunststoffbauteil 13 hinein getrieben, dass das zweite Kunststoffbauteil 13 mittels eines durch das Gewinde 17 bereitgestellten Moments, d. h. einem Druck, an das erste Kunststoffbauteil 11 gepresst wurde, so dass die Anhäufung 25 weitestgehend flach gedrückt wurde. Da das Material, das vor der Spitze 15 nach unten geschoben wurde, zumindest teilweise in geschmolzenem Zustand als Anhäufungen 25 in den Spalt 29 zwischen dem ersten Kunststoffbauteil 11 und dem zweiten Kunststoffbauteil 13 gepresst wurde, wirken die Anhäufungen 25 als ein materialschlüssiger Verbund, der das erste Kunststoffbauteil 11 mit dem zweiten Kunststoffbauteil 13 verbindet, sobald die Anhäufungen aushärten.
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Nach unten hin wird die Spitze 15 des Verbindungselements 10 durch eine Materialschicht 27 umgeben, die aus Material besteht, das in geschmolzenem Zustand nach unten verdrängt wurde und dort ausgehärtet ist. Entsprechend schließt die Materialschicht ggf. gebrochene Fasern ein und schützt das Gebilde aus dem ersten Kunststoffbauteil 11 und dem zweiten Kunststoffbauteil 13 vor einer Materialschwächung durch einen Verlust von Fasern oder einem Eindringen von Feuchtigkeit.
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In 3 ist ein Verbindungselement 30 dargestellt, das in einem ersten Schritt in ein erstes Kunststoffbauteil 41 eingebracht wird. Dazu wird das Verbindungselement in einem Teilschritt I und in einem Teilschritt II in einer ersten Richtung rotiert, wie durch Pfeil 31 angedeutet, so dass das Verbindungselement in dem Teilschritt II in ein Bauteilverbund 33, der das erste Kunststoffbauteil 41 und ein zweites Kunststoffbauteil 43 umfasst, eindringt und das erste Kunststoffbauteil 41 durchdringt.
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In einem zweiten Schritt wird gemäß Teilschritt III eine Rotationsrichtung des Verbindungselements 30 geändert, wie durch Pfeil 35 angedeutet, nachdem das Verbindungselement in Teilschritt II in das zweite Kunststoffbauteil 43 eingedrungen ist, so dass in dem Teilschritt II gelöstes Material aus dem Bauteilverbund 33 heraus gefördert wird, wie durch Materialanhäufungen 37 angedeutet.
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In einem dritten Schritt wird gemäß Teilschritt IV die Rotationsrichtung des Verbindungselements 30 erneut gewechselt, wie durch Pfeil 39 angedeutet, so dass das Verbindungselement 30 tiefer in den Bauteilverbund 33 eintaucht und das erste Kunststoffbauteil 41 an das zweite Kunststoffbauteil 43 zieht bzw. presst.
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Aufgrund einer durch das Pressen des ersten Kunststoffbauteils 41 an das zweite Kunststoffbauteil 43 vermittelten relativen Bewegung des ersten Kunststoffbauteils 41 gegenüber dem Verbindungselement 30 tritt eine Spitze des Verbindungselements 30 aus dem zweiten Kunststoffbauteil 43 aus, wie durch Teilschritt V dargestellt. Dabei schiebt die Spitze des Verbindungselements 30 eine Schicht 45 aus flüssigem Kunststoff, die aufgrund einer Bewegung des Verbindungselements 30 in dem Bauteilverbund 33 geschmolzen ist, vor sich her und aus dem zweiten Kunststoffbauteil 43 heraus, so dass die Schicht 45 aus flüssigem Kunststoff die Spitze des Verbindungselements 30 vollständig umhüllt, dort aushärtet und ein Eindringen von bspw. Feuchtigkeit in das zweite Kunststoffbauteil 43 bzw. ein Austreten von gebrochenen Fasern oder Kunststoffteilen aus dem Bauteilverbund 33 verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005056606 A1 [0003]
- EP 0476831 B1 [0004]
- EP 0589399 B1 [0005]
