DE102016226198A1

DE102016226198A1 - Verfahren zur Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, insbesondere zur Befestigung eines Halters für einen Sensor an einer Verkleidung für ein Fortbewegungsmittel

Info

Publication number: DE102016226198A1
Application number: DE102016226198.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Karl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zwei Bauteile miteinander zu verbinden, insbesondere zu verschweißen, umfassend die Schritte:- Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes zum Erwärmen zumindest eines Abschnitts des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils, und- Zusammenführen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils, wobei ein Aufschmelzen des Kunststoffes des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils erfolgt.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Bauteil eine derartige Form aufweist, dass nach dem Zusammenführen ein Formschluss entsteht, so dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil fest miteinander verbunden sind.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, insbesondere eines Halters für einen Sensor an einer Verkleidung für ein Fortbewegungsmittel. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine zuverlässige und dauerhaltbare Schmelzverbindung zwischen der Halterung und der Verkleidung.
Fahrzeugverkleidungen bestehen häufig aus weichem Kunststoff, der sich bereits bei relativ niedrigen Temperaturen verflüssigt bzw. schmilzt. Zur Gewichtseinsparung werden entsprechende Fahrzeugverkleidungen lediglich so dick wie notwendig ausgeführt. Eine dauerhaltbare Befestigung im automobilen Bereich eingesetzter Sensoren (z. B. Ultraschallsensoren für die Umfelderkennung) ist aufgrund der Umgebungsbedingungen allein mittels Klebstoff häufig nicht ausreichend. Beim Verschweißen von Kunststoffbauteilen besteht ein Zielkonflikt zwischen einer hinreichend großen Vermischung der angeschmolzenen Bestandteile und einer optisch unvorteilhaften, da zu umfassenden Aufschmelzung der Bestandteile.
Aus fertigungstechnischen Gründen werden die Vorrichtungen zum Halten der Sensoren an der Fahrzeugverkleidung meist erst nach der Herstellung der Fahrzeugverkleidung an der Fahrzeugverkleidung befestigt. Die Bestandteile des Halters sind dabei zumeist ein Schaft zur Aufnahme der Sensoren, der üblicherweise parallel zur Hauptachse (Hauptabstrahlrichtung) des Sensors orientiert ist und eine Halterungs- bzw. Grundplatte, welche an der Innenseite der Fahrzeugverkleidung zumeist parallel zur Oberfläche der Fahrzeugverkleidung orientiert und an der Verbauposition mit der Fahrzeugverkleidung befestigt ist. Bedarfsweise kann am Übergang zwischen der Grundplatte und dem Schaft ein Bereich vorhanden sein, der die Position des Schafts auf der Grundplatte stabilisiert und eine mechanische Versteifung bietet. Der Schaft kann insbesondere eine größere Länge aufweisen, als die Länge der Grundplatte in Richtung der Kontaktoberfläche mit der Verkleidung. Der Schaft kann mehrere (zwei, drei, vier oder mehr) Haltearme aufweisen, welche insbesondere elastisch ausgestaltet sind und einen zwischen ihnen aufzunehmenden Sensor zumindest anteilig umklammern. Hierzu können die distalen Enden der Haltearme Formschlusselemente bzw. Krallen oder Schnapp-/Rast-Elemente aufweisen, welche in korrespondierende Ausnehmungen des Sensors eingreifen oder den Sensor auf einer zur Grundplatte gegenüberliegenden Oberfläche umgreifen.
Aus der Automobilpraxis ist bekannt, dass in bevorzugten Ausprägungen Aktoren, wie z. B. Leuchten, Sensoren etc. auf der Innenseite von Fahrzeugverkleidungen zumindest durch einen Staubschutz (z. B. umfassend ein Gummi) geschützt sind bzw. durch deckelartige Vorrichtungen bspw. mittels Bajonettverschluss am Schaft fixiert sind. Dabei werden die Aktoren bspw. mittels einer Feder in die Halterung gedrückt und durch diese innerhalb der Halterung positioniert. Die Federn können aus Metall, Kunststoff etc. ausgestaltet sein.
Zur Befestigung des Halters an der Fahrzeugverkleidung wird heutzutage mitunter das Torsionsschweißen verwendet. Dabei wird die Halterung in rotatorische Schwingungen um eine zentrische Rotationsachse (z. B. mit Ultraschallfrequenz) versetzt wobei aufgrund der Reibung zwischen der Halterung und der Innenseite der Fahrzeugverkleidung eine lokale Erwärmung erfolgt. Diese führt zum Schmelzen von dort vorhandenen Kunststoffen, woraufhin sich die Halterung bzw. die Grundplatte mit der Innenseite der Fahrzeugverkleidung verbindet. Nachteilig am Torsionsschweißen um eine feststehende Rotationsachse ist, dass die jeweilige Relativgeschwindigkeit der gegeneinander bewegten Körper vom Radius zur Rotationsachse abhängt. In der Patentliteratur werden daher häufig Ringkonstruktionen verwendet, bei welchen die Radien innerhalb des Kontaktbereiches nur in relativ kleinen Toleranzbereichen variieren. Dies verringert zwar die Varianz der erzeugten Temperaturen, verringert jedoch ebenfalls die mögliche Anlagefläche zwischen Grundplatte und Fahrzeugverkleidung.
Aus der DE 10 2007 028 789 A1 ist ein Verfahren zum Fügen von Hybridbauteilen bekannt. Dabei ist ein erstes Bauteil vorhanden, in das ein zweites Bauteil eindringt. Um dies zu erreichen, wird das eindringende zweite Bauteil mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels eines Laserstrahls, erhitzt.
Derartige Verfahren beruhen zumeist darauf, dass ein Bauteil erwärmt wird und erst anschließend in Kontakt mit dem weiteren Bauteil, mit dem es eine formschlüssige Verbindung eingehen soll, gebracht wird und/oder darauf, dass zumindest ein Bauteil großflächig erwärmt wird. Insbesondere bei relativ dünnen Fahrzeugverkleidungen darf es infolge des Zusammenfügens mit einem anderen Bauteil, wie beispielsweise mit einer starren Sensorhalterung, auf der gegenüberliegenden Sichtseite der Fahrzeugverkleidung nicht zu Abzeichnungen, d.h., Oberflächenverformungen infolge des Zusammenfügens, kommen. Fahrzeugverkleidungen bestehen heutzutage aus lichtundurchlässigem Kunststoff, der für optische Strahlungen, insbesondere Laserstrahlungen undurchlässig ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine geeignete Verbindung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, insbesondere einem Halter für einen Sensor und einer Verkleidung für ein Fortbewegungsmittel bereitzustellen. Diese soll möglichst hochwertig (dauerhaltbar) und dennoch optisch unauffällig sein.
Dazu ist es erforderlich, die zur Herstellung der Verbindung eingebrachte Energie zum Erwärmen des mindestens einen Bauteils so gering wie möglich zu halten und die eingebrachte Energie ist auf die für das Zusammenfügen vorgesehenen Kontaktstellen zu begrenzen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil, insbesondere eines Halters für einen Sensor an einer Verkleidung für ein Fortbewegungsmittel gelöst.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zwei Bauteile miteinander zu verbinden, insbesondere zu verschweißen, umfassend die Schritte:

- Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes zum Erwärmen zumindest eines Abschnitts des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils, und
- Zusammenführen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils, wobei ein Aufschmelzen des Kunststoffes des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils erfolgt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Bauteil eine derartige Form aufweist, dass nach dem Zusammenführen ein Formschluss entsteht, so dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil fest miteinander verbunden sind.
Bevorzugt sind das erste Bauteil und das zweite Bauteil sowie die Quelle des magnetischen Wechselfeldes beim Verbinden der Bauteile so angeordnet, dass das magnetische Wechselfeld durch das zweite Bauteil hindurch auf die dem zweiten Bauteil zugewandte Seite des ersten Bauteils gestrahlt wird. Die Materialien des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils sind bevorzugt so gewählt, dass aufgrund der Materialeigenschaften infolge des magnetischen Wechselfeldes die dem zweiten Bauteil zugewandte Seite des ersten Bauteils insbesondere die sich auf dieser Seite befindlichen hervorstehenden Abschnitte des ersten Bauteils stärker, insbesondere deutlich stärker, erwärmen als das zweite Bauteil. Beim anschließenden Zusammenfügen kommt es infolge des Kontakts der erwärmten Abschnitte des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil an den Kontaktstellen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil zu einem Wärmeübergang vom dem ersten Bauteil auf die Oberfläche des zweiten Bauteils. Hierdurch wird das Material an den Kontaktstellen des zweiten Bauteils infolge des Wärmeeintrags an den Kontaktstellen aufgeschmolzen, wodurch das zumindest teilweise Eindringen des ersten Bauteils in die Oberfläche des Materials des zweiten Bauteils wodurch durch Anlegen einer Fügekraft ermöglicht wird. Die benötigten Fügekräfte sind insbesondere erheblich geringer als ohne das Einbringen der magnetischen Strahlung.
In einer bevorzugten weiteren Ausprägung ist die Materialkombination so gewählt, dass sich das eine Bauteil bei der Beaufschlagung mit dem magnetischen Wechselfeld deutlich stärker erwärmt als das andere Bauteil.
In einer weiteren bevorzugten Ausprägung wird das eine Bauteil dadurch mit magnetischem Wechselfeld beaufschlagt, dass das magnetische Wechselfeld durch das andere Bauteil hindurch auf die Oberfläche des einen Bauteils eingestrahlt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausprägung ist die dem anderen Bauteil zugewandte Oberfläche des einen Bauteils so geformt, dass es hervorragende Abschnitte als vorgesehene Kontaktflächen aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausprägung ist das andere nicht zu erwärmende Bauteil insbesondere auf der dem einen Bauteil abgewandten Seite, die üblicher Weise als Sichtseite verwendet wird, gekühlt.
Dabei kann insbesondere zumindest eines der Bauteile ein Metall aufweisen und dass das jeweils andere Bauteil zumindest teilweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein.
Das erste Bauteil kann beispielsweise ein Halter für einen Sensor, insbesondere einen Ultraschallsensor (Ultraschall-Sende-Empfänger), einen Radarsensor, einen optischer Sensor o. ä. sein. Insbesondere kann der Sensor zur Sammlung von Informationen über das Umfeld eines Fortbewegungsmittels ausgestaltet sein.
Das zweite Bauteil kann beispielsweise eine Verkleidung einer Außenhaut eines Fortbewegungsmittels sein. Ein Beispiel hierfür ist eine Außenspiegelverkleidung.
Weitere Beispiele sind die Verkleidung einer A-/B-/C-/D-Säule eines Fortbewegungsmittels oder ein Spoiler/Diffusor.
Das erste und/oder das zweite Bauteil sind zumindest anteilig aus Kunststoff gefertigt. Mit anderen Worten bringt zumindest das erste Bauteil oder das zweite Bauteil, insbesondere der Halter oder die Verkleidung, dasjenige Material mit, welches durch einen Wärmeeintrag zur gegenseitigen Befestigung aufgeschmolzen werden kann.
Anschließend werden (vor und/oder nach dem Abschalten des magnetischen Wechselfeldes) das erste Bauteil (der Halter) und das zweite Bauteil (die Verkleidung) zusammengeführt. Beispielsweise kann hierbei der Halter in Richtung der (stillstehenden) Verkleidung bewegt werden. Alternativ kann die Verkleidung zum (stillstehenden) Halter bewegt werden. Dies erfolgt bereits vor dem Erstarren des zuvor erhitzten Kunststoffes. Auf diese Weise gehen der Halter und die Verkleidung eine dauerhaltbare Verbindung ein, sobald der Kunststoff vollständig erstarrt ist. Die eingetragene Wärme wird so gewählt, dass sie den Kunststoff anschmilzt, so dass dieser eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung mit einem Fügepartner eingehen kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass weist das erste und/oder das zweite Bauteil eine derartige Form aufweist, dass nach dem Eindringen und Abkühlen ein Formschluss entsteht, so dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil fest miteinander verbunden sind.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Das zweite Bauteil ist bevorzugt eine Fahrzeugverkleidung, umfassend eine von außen sichtbaren Außenseite und einer der Außenseite gegenüberliegenden Innenseite. Das erste Bauteil ist bevorzugt eine Sensorhalterung mit einer der Innenseite der Fahrzeugverkleidung zugewandten Fläche, die im Folgenden als Grundfläche bezeichnet ist.
Die Grundfläche wird bevorzugt an eine solche Seite der Fahrzeugverkleidung gefügt, welche einem Haupterfassungsbereich des Sensors, der in der Sensorhalterung gehaltert wird, gegenüber liegt.
Bevorzugt wird das magnetische Wechselfeld von der Seite eines Haupterfassungsbereiches des Sensors erzeugt.
Das Verfahren wird bevorzugt derart ausgeführt, dass zunächst beide Bauteile räumlich zueinander soweit wie möglich in ihre finale Position gebracht werden, zumindest jedoch in mechanischen Kontakt miteinander gebracht werden, abgesehen von eventuell erst durch die Erwärmung beim Verbinden verschwindende Spalte. In den Verbindungsbereich wird nun mittels magnetischer Wechselfelder Energie eingebracht wird, die infolge von Wirbelströmen und/oder Hystereseverlusten, die beim (höherfrequenten) wechselnden Ausrichten von permeablen Materialien in Form von Wärmeentwicklung entsteht und zu einer Erwärmung insbesondere in den Verbindungsbereichen führt, so dass das Material des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils aufgeschmolzen wird. Dabei kann mittels leichtem Druck ein Verbinden, insbesondere ein Einsinken, der Bauteile ineinander bewirkt werden und die eventuell noch verbliebenen Spalte des Verbindungsbereichs gefüllt werden. Durch eine erfindungsgemäße Formgebung des ersten und/oder des zweite Bauteils im Verbindungsbereich wird bewirkt, dass ein Formschluss entsteht, so dass nach dem Zusammenführen das erste Bauteil und das zweite Bauteil fest miteinander verbunden sind.
Dazu ist nach einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die mindestens eine Induktionsspule und/oder eine Richtantenne aufweist, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses wird z.B. durch eines der Bauteile (z.B. das zweite Bauteil) hindurch auf die dem anderen Bauteil zugewandte Seite gestrahlt.
Das erste und/oder das zweite Bauteil weisen bevorzugt eine oder mehrere Auskragungen auf, die in Richtung des jeweils anderen Bauteils ausgerichtet sind, die also insbesondere dichter an der Innenseite des jeweiligen anderen Bauteils sind als die restlichen Teile. Dabei ist bevorzugt, dass zumindest Teile dieser Auskragungen elektrisch und/oder magnetisch leitend ausgebildet sind. Dazu können die Auskragungen beispielsweise mit einem elektrisch und/oder magnetisch leitenden material beschichtet sein, oder aus einem solchen bestehen. Beispielsweise können auch elektrisch und/oder magnetisch leitende Partikel in das Material der Auskragungen eingebracht sein.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Bauteil im Vergleich zu dem zweiten Bauteil zumindest im räumlichen Bereich des jeweiligen Verbindungsbereichs eine erheblich höhere Wärmekapazität aufweist.
Insbesondere kann das erste Bauteil ein Metall aufweisen. Das zweite Bauteil kann insbesondere zumindest teilweise aus einem niedrigschmelzen Kunststoff ausgebildet sein.
Mindestens eines der Bauteile, insbesondere das erste Bauteil, kann bevorzugt im Verbindungsbereich, einer erhöhte Rauheit aufweisen, so dass eine größere Kontaktfläche zwischen den Bauteilen entsteht. Dadurch wird eine weiter verbesserte Wärmeleitung und eine verbesserte Haftung zwischen den Bauteilen erzielt.
Mindestens eines der Bauteile, insbesondere das erste Bauteil, kann bevorzugt im Verbindungsbereich Hervorhebungen ausbilden, die insbesondere Auskragungen in Form von Widerhaken aufweisen. Beim Verbinden mit dem anderen Bauteil können dies Hervorhebungen und/oder die Auskragungen ihre Form im Wesentlichen beibehalten und von geschmolzenem Material des anderen Bauteil erfasst bzw. umschlossen werden wodurch jeweils lokal eine formschlüssige Verbindung geschaffen wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest Teile dieser Hervorhebungen elektrisch und/oder magnetisch leitend ausgebildet sind. Dazu können die Hervorhebungen beispielsweise mit einem elektrisch und/oder magnetisch leitenden Material beschichtet sein, oder aus einem solchen bestehen. Beispielsweise können auch elektrisch und/oder magnetisch leitende Partikel in das Material der Hervorhebungen eingebracht sein.
Mindesten eines der Bauteile, insbesondere das zweite Bauteil, kann bevorzugt im Verbindungsbereich Öffnungen (ähnlich einem Sieb) aufweisen, die beim Verbinden mit dem anderen Bauteil ihre Form im Wesentlichen beibehalten und von geschmolzenem Material des anderen Bauteils durchdrungen bzw. zum Beispiel unter Zuhilfenahme eines Stempels abseits der Verbindungsseite umschlossen werden, wodurch jeweils lokal eine formschlüssige Verbindung geschaffen wird. Mit anderen Worten wird das aufgeschmolzene Material wird infolge des Andrucks durch die Öffnungen gedrückt und bildet zumindest durch Entspannen des gedrückten Materials abseits des Verbindungsbereichs und/oder unter Zuhilfenahme andrückender Werkzeuge, wie eines Stempels, eine formschlüssige Verbindung aus.
Mindestens eines der Bauteile kann in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung als ein räumlich ausgedehntes Gebilde wie beispielsweise ein Spreizgitter, ein Wellenblech, oder ein aus einer flachen ebenen Metallplatte durch Werkzeugeinwirkung zu einem räumlichen Gebilde umgeformtes Teil ausgebildet sein, das im Gegensatz zu einer Platte nicht vollflächig sondern nur abschnittsweise im Verbindungsbereich der zumeist flachen Innenseite des anderen Bauteil Berührungskontakt hat.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Außenseite, d.h. die Seite abseits der Verbindungsbereich mindestens eines der Bauteile, insbesondere der des weniger Wärmeenergie mitbringenden Bauteils 1, zum Zeitpunkt der Montage auf einer Auflage aufliegen. Diese Auflage kann zusätzlich gekühlt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann auch das andere, die Wärmemenge vorrangig mitbringende Bauteil, abseits des Verbindungsbereichs beim Verbinden ebenfalls gekühlt werden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft das Verbinden zweier Bauteile. Insbesondere wenn ein erstes Bauteil derart auf einer Innenseite oder Rückseite eines zweiten Bauteils derart befestigt werden soll, dass das erste Bauteil von außen nicht sichtbar ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Befestigung des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil vorteilhaft eingesetzt werden. Es wurde festgestellt, dass Erzeugung von Wärmeenergie zum Verbinden zweier Bauteile durch Reibung mit großen Kräften einhergehen kann und daher zu vermeiden ist. Abzeichnungen, d.h., kleinste, aber dennoch sichtbare Veränderungen der Oberfläche auf der Außenseite des zweiten Bauteils könnten insbesondere dann auftreten, wenn das zweite Bauteil dünnwandig ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung basiert daher auf der Idee, die zum stofflichen Verbinden (Verschweißen) erforderliche Wärmeenergie anderweitig einzutragen. Beim Verbinden insbesondere eines weichen und relativ dünnen Materials, insbesondere Kunststoffmaterials, wie z.B. einer Fahrzeugverkleidung mit einem anderen Bauteil, das insbesondere aus einem harten und starren Material ausgebildet ist, z.B. eines Halters, insbesondere einer Sensorhalterung, ohne Abzeichnungen auf der Außenseite der Fahrzeugverkleidung, darf auf die Innenseite der Fahrzeugverkleidung, wo die Sensorhalterung befestigt werden soll, nur eine geringe Wärmeenergie eingetragen werden. Der Anteil der Wärmeenergie, die dabei auf die Innenseite der Fahrzeugverkleidung eingetragen werden darf, muss so gering sein, dass sie auf der gegenüberliegenden sichtbaren Außenseite kein Aufschmelzen und damit keine Abzeichnungen verursacht.
Daher wird vorgeschlagen, die dazu erforderliche Wärmemenge bzw. die zu übertragende Wärmeenergie je zu verbindender Fläche von dem anderen Bauteil (der Sensorhalterung) „mitzubringen“. Dazu wird das erste Bauteil zunächst an die Verbauposition gebracht und anschließend mit einer erforderlichen Wärmemenge „beladen“, indem erfindungsgemäß magnetische Energie verlustarm durch das zweite Bauteil hindurch gestrahlt wird um in den Auskragungen des ersten Bauteils infolge Wirbelstromverlusten bzw. Hystereseverlusten etc. in Wärme umgesetzt zu werden. Auf diese Weise findet ein Wärmeeintrag gezielt in den Verbindungsbereich zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil statt, und zwar insbesondere nur genau an den erforderlichen Stellen. Bevorzugt wird die dort entstehende Wärme zum Aufschmelzen der Innenseite von Bauteil 1 nur im Verbindungsbereich verwendet, und dank der konstruktiv durch die Auskragungen vorgegebenen Beschränkungen genau nur im Verbindungs-bereich. Auf diese Weise kann die zum Schmelzen einzutragende Energie und damit das Risiko von Abzeichnungen auf ein Minimum reduziert werden.
In alternativen Ausführungen der Erfindung findet die Erwärmung nicht vorwiegend infolge von Verlusten infolge eines induzierten elektrischen Wechselstroms statt, sondern die Erwärmung erfolgt aufgrund von Umpolarisierungen von magnetischem Material. Dies beruht auf dem Effekt, dass bei jedem Polaritätswechsel die Gitterstrukturen der Weiß'schen Bezirke verändert werden müssen, wobei Wärme freigesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung insbesondere auf den Aspekten, dass zum einen ein magnetisches Wechselfeld zur Erwärmung des oder der zu fügenden Bauteile verwendet wird und zum anderen, dass die Formgebung mindestens eines der Bauteile so gewählt ist, dass nur eine oberflächliche Erwärmung und Verankerung des oder der zu fügenden Bauteile stattfindet. Dabei kann bevorzugt das magnetische Wechselfeld durch dasjenige Bauteil das weniger auf magnetische Strahlung reagiert hindurch gestrahlt werden. Besonders bevorzugt sind das erste und das zweite Bauteil bereits vor dem Anlegen des magnetischen Wechselfeldes zum Erwärmen in Kontakt, also berühren sich bereits, wenn das magnetische Wechselfeld angelegt wird.
Die Fügebewegung kann auch lateral und/oder rotatorisch erfolgen.
Es kann außerdem vorgesehen sein, Abschnitte des einen Bauteils mit einem, insbesondere niedrigschmelzendem Flussmittel zu benetzen. Dieses Flussmittel löst sich während der Erwärmung, und umfließt die erfindungsgemäß geformten Abschnitte des oder der Bauteile. Dadurch kann der Wärmefluss vom dem einen Bauteil auf die Oberfläche des anderen Bauteils verbessert werden. Dabei kann insbesondere ein formschlüssiger Hohlraum geschaffen werden, in den das geschmolzene Material des anderen Bauteils eindringen kann.
Figurenliste

1 zeigt das Befestigen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil nach einer ersten Ausführung der Erfindung.
2 zeigt das Befestigen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil nach einer zweiten Ausführung der Erfindung.
3 zeigt das Befestigen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil nach einer dritten Ausführung der Erfindung.
4 zeigt das Befestigen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil nach einer vierten Ausführung der Erfindung.

Ausführungen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 a) zeigt einen Ausschnitt eines erstes Bauteil 1, das beispielsweise als eine Sensorhalterung für einen Ultraschallsensor eines Umfelderkennungssystems eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Außerdem dargestellt ist ein Ausschnitt eines zweiten Bauteils 2, das beispielsweise als eine Fahrzeugverkleidung, wie etwa eine Stoßstange ausgebildet ist. Das erste Bauteil 1 soll auf der Innenseite 22 des zweiten Bauteils 2 befestigt werden. So soll beispielsweise ein Halter für den Ultraschallsensor innen an dem Stoßfänger befestigt werden, so dass der Sensor also später von außen unsichtbar ist.
Das erste Bauteil 1 weist eine Grundfläche 8 auf, die an die Innenseite 22 des zweiten Bauteils 2 gefügt werden soll. Ausgehend von der Grundfläche 8 sind Hervorhebungen 40 ausgebildet, die in Richtung des zweiten Bauteils 2 ausgerichtet sind die an ihren Enden Auskragungen in Form von Widerhaken 44 aufweisen. Das erste Bauteil 1 ist zumindest im Bereich der Hervorhebungen 40 bzw. der Widerhaken 44 zumindest teilweise metallisch ausgebildet. So kann beispielsweise das komplette erste Bauteil 1 aus einem Metall ausgebildet sein oder es kann abschnittsweise metallisch beschichtet sein. Das Bauteil 1 kann alternativ auch als Verbundbauteil ausgebührt sein, wobei metallische Elemente zumindest im Bereich der Hervorhebungen 40 bzw. der Widerhaken 44 vorhanden sind.
Auf der Außenseite 21 des zweiten Bauteils 2 sind mehrere Richtantennen 18 angeordnet, die geeignet sind, ein magnetisches Wechselfeld auszustrahlen. Durch das magnetische Wechselfeld können in den metallischen Bestandteilen des ersten Bauteils 1 Wirbelströme induziert werden, wodurch sich das erste Bauteil 1 lokal erwärmen kann. Die Richtantennen 18 sind derart angeordnet, dass das magnetische Wechselfeld gezielt in den Verbindungsbereich 5 gestrahlt wird, so dass bevorzugt lokal in diesem Verbindungsbereich 5 zwischen den ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 eine Erwärmung stattfindet.
In 1a) ist die Situation zu Beginn der Durchführung des Verfahrens dargestellt. Die Widerhaken bzw. Auskragungen 44 liegen in dem Verbindungsbereich 5, also in einem Bereich in dem eine feste Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 geschaffen werden soll, auf der Innenseite 22 des zweiten Bauteils 2 auf. Es kann vorgesehen sein, dass das erste Bauteil 1 mit einem leichten Druck gegen das zweite Bauteil 2 angedrückt wird.
Das Bild 1 b) zeigt einen Zwischen bzw. Endzustand der Durchführung des Verfahrens. Mittels der Richtantennen 18 werden magnetischen Wellen für eine vorgebbare Zeit in Richtung der Auskragungen 44 des ersten Bauteils 1 gestrahlt. Insbesondere, wenn die Auskragungen 44 durch ihre geometrische Form und/oder ihr Material für bestimmte Wellenlängen der magnetischen Strahlung eine Resonanz aufweisen (ähnlich einem Schwingkreis), gelingt es insbesondere mit den bei der Resonanzfrequenz bzw. Resonanzwellenlänge auftretenden, besonders starken induzierten Wirbelströmen bzw. Hystereseverlusten, selektiv die Auskragungen 44 zu erwärmen. Die erwärmten Auskragungen 44 erwärmen wiederum in dem Verbindungsbereich 5 das zweite Bauteil 2. Wie durch den Pfeil 30 angedeutet wird ein Druck auf das erste Bauteil ausgeübt. Dadurch sinken die Auskragungen 44 und zumindest teilweise auch die Hervorhebungen 40 an den Schmelzstellen in dem Verbindungsbereich 5 in das zweite Bauteil 2 ein. Dabei behalten die Hervorhebungen 40 und die Auskragungen 44 ihre Form im Wesentlichen bei und werden von geschmolzenem Material des zweiten Bauteils 2 erfasst bzw. umschlossen. Damit wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 geschaffen.
Bevorzugt sind die Auskragungen 44 strömungstechnisch so gestaltet, dass das geschmolzene Material des zweiten Bauteils 2 zumindest Teile der Auskragungen 44 umschließt, so dass es nach dem anschließenden Auskühlen der Schmelze in dieser verankert bleibt. Ergänzend könnten die in 1 b) gezeigten Spalte 14 zwischen den Hervorhebungen 40, dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 beispielsweise mit einem nicht auf die magnetische Strahlung reagierenden Material, wie z.B. einem Kunststoff abgeschlossen oder gefüllt sein (nicht dargestellt), so dass beim Versinken der Auskragungen in das geschmolzene Material das geschmolzene Material zurück gedrückt wird und so sichergestellt wird, dass die Vorsprünge der Auskragungen 44 vom geschmolzenen und zurückgedrückten Material umschlossen werden und die Verankerung damit verstärkt wird.
Insbesondere das erste Bauteil 1 sehr gute Wärmeleiteigenschaften hat, wird von den Auskragungen 44 rasch die eingebrachte Wärme weg von dem ersten Bauteil 1 zu dem zweiten Bauteil 2 abtransportiert. Das zweite Bauteil 2 hat beispielsweise eine Dicke von 2 bis 3 mm. Im Endzustand haben die Auskragungen 44 bevorzugt eine Eindringtiefe von weniger als ¼ der Dicke des zweiten Bauteils 2.
Das erste Bauteil, das zum Beispiel als eine Sensorhalterung ausgebildet ist, ist bevorzugt nicht monolithisch, sondern weist einzelne Verbindungsstreben auf, die beispielsweise durch die Hervorhebungen 40 und/oder die Auskragungen 44 repräsentiert werden. Damit können durch weiche Stöße und/oder durch unterschiedliche Temperaturausdehnung entstehende Scherkräfte besser aufgenommen und ausgeglichen werden (indem sich z.B. die Auskragungen 44etwas verbiegen).
2 zeigt eine alternative Ausführung der Erfindung. Das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 sind bereits zusammengefügt. Das zweite Bauteil 2 liegt dabei auf einer Auflage 10 auf, die beispielsweise gekühlt sein kann. In diesem Beispiel wurde auf die Richtantennen verzichtet und stattdessen eine Induktionsspule 17 verwendet. Das erste Bauteil 1 ist zumindest abschnittsweise elektrisch leitend oder halbleitend ausgebildet, z.B. durch eine zumindest teilweise Beschichtung der Oberfläche (z.B. infolge Bedampfen). Durch die leitenden Eigenschafften kann in der Oberfläche des ersten Bauteils ein (Wirbel-) Strom mittels der Induktionsspule 17 induziert werden (Skin-Effekt), der wiederum zur lokalen Erwärmung und damit zum lokalen Aufschmelzen in dem Verbindungsbereich 5 des zweiten Bauteils 2 führt. Durch Andrücken (nicht dargestellt) wird ein Einsinken des ersten Bauteils 1 in das zweite Bauteil 2 bewirkt. In dieser bevorzugter Ausprägung ist damit das erste Bauteil, das durch die magnetische Strahlung erwärmt werden soll, zumindest teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet. Das erste Bauteil kann dazu beispielsweise ganz oder teilweise aus einem Metall bestehen, z.B. aus Aluminium oder Eisen.
2 zeigt eine weitere alternative Ausführung der Erfindung. In diesem Beispiel weist das erste Bauteil 1 eine trichterförmige Auskragung 45 auf. Das erste Bauteil 1 ist also so geformt, dass nur ein aufgeschnittener Hals bzw. ein Rohrstück auf dem zweiten Bauteil 2 aufliegt, bevor mittels der Induktionsspule 17 ein magnetisches Wechselfeld in diese, als „Rohrstück“ ausgebildete Auskragung 45 eingestrahlt wird. Die Induktionsspule 17 ist in diesem Beispiel um einen Anker 15 gewickelt, der die Feldstärke des induzierten Wechselfeldes, insbesondere in dem Verbindungsbereich 5 verstärkt.
Aufgrund des geringeren Abstands des Endes des Rohrstücks 45 zur erregenden Spule 17 wird insbesondere dieses Rohrende von den Wechselfeldlinien 27 durchströmt wodurch insbesondere dort, im Ende des Rohrstücks, ein Wechselstrom induziert wird. Das Rohrende weist eine elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch dieser induzierte Strom zu einer Erwärmung des Rohrendes und damit zur Erwärmung des zweiten Bauteils 2 genau im Kontaktbereich also im Verbindungsbereich 5 führt. Dies wiederrum führt in dem Verbindungsbereich 5 zum lokalen Aufschmelzen des Materials des zweiten Bauteils 2. Aufgrund des leichten Drucks der von dem ersten Bauteil 1 auf das zweite Bauteil 2 ausgeübt wird, sinkt daraufhin das erste Bauteil 1 in das zweite Bauteil 2 ein. Beim anschließenden Erstarren sind diese beiden Bauteile 1 und 2 miteinander verbunden.
Die trichterförmige Auskragung 45 in dem ersten Bauteil 1 lässt sich beispielsweise durch Stanzen bzw. Tiefziehen erzeugen.
4 zeigt eine weitere alternative Ausführung der Erfindung. Auch in diesem Beispiel ist die Auskragung 46 derart gestaltet, dass das in die Auskragung 46 eingestrahlte magnetische Feld einen Wirbelstrom und damit eine Erwärmung des ersten Bauteils 1 bewirkt. Hier ist die Auskragung 46 so ausgebildet, dass das aufgeschmolzene Material 20 durch eine kleine Verengung 50 des ersten Bauteils 1 gedrückt wird. Auf der gegenüber liegenden Seite des ersten Bauteils 1 kann das geschmolzene Material 50 z.B. mittels eines Stempels (nicht dargestellt) umgeformt werden, um eine zusätzlich Verbesserte Haftung zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007028789 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Befestigung eines ersten Bauteils (1) an einem zweiten Bauteil (2), umfassend die Schritte: - Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes zum Erwärmen zumindest eines Abschnitts (40, 44) des ersten Bauteils (1) und/oder des zweiten Bauteils (2), und - Zusammenführen des ersten Bauteils (1) und des zweiten Bauteils (3), wobei ein Aufschmelzen des Materials des ersten Bauteils (1) und/oder des zweiten Bauteils erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Bauteil (1, 2) eine derartige Form aufweist, dass nach dem Zusammenführen ein Formschluss entsteht, so dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) fest miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) sowie eine Quelle (17, 18) des magnetischen Wechselfeldes beim Verbinden der Bauteile (1, 2) so angeordnet, dass das magnetische Wechselfeld durch das zweite Bauteil (2) hindurch auf die dem zweiten Bauteil (2) zugewandte Seite des ersten Bauteils (1) gestrahlt wird, wobei die Materialien des ersten Bauteils (1) und des zweiten Bauteils(2) so gewählt sind, dass die dem zweiten Bauteil (2) zugewandte Seite (8) des ersten Bauteils (1), insbesondere auf dieser Seite (8) angeordnete hervorstehende Abschnitte (40, 44, 45, 46) des ersten Bauteils (1) stärker erwärmen als das zweite Bauteil, wobei infolge beim Zusammenführen der Bauteile (1, 2) mindestens ein Verbindungsbereich (5) ausgebildet wird, an dem sich die Bauteile (1, 2) berühren und in dem Verbindungsbereich (5) ein Wärmeübergang vom dem ersten Bauteil (1) auf die Oberfläche des zweiten Bauteils (2) erfolgt, wodurch das Material des zweiten Bauteils (2) in dem Verbindungsbereich (5) aufgeschmolzen wird, wodurch durch Anlegen einer Fügekraft (30) ein zumindest teilweise Eindringen des ersten Bauteils (1) das zweite Bauteil (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wobei zumindest eines der Bauteile (1, 2) ein Metall aufweist und dass das jeweils andere Bauteil (1, 2) zumindest teilweise aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (2) als eine Fahrzeugverkleidung ausgebildet ist, umfassend eine von außen sichtbaren Außenseite (21) und einer der Außenseite gegenüberliegenden Innenseite (22).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Bauteil (1) als eine Sensorhalterung für einen Sensor ausgebildet ist, wobei die Sensorhalterung eine der Innenseite (22) der Fahrzeugverkleidung zugewandten Grundfläche (8) und eine Sensoraufnahme aufweist, wobei - die Grundfläche (8) an eine solche Seite (22) der Fahrzeugverkleidung gefügt wird, welche einem Haupterfassungsbereich des Sensors gegenüber liegt, und/oder - das magnetische Wechselfeld von der Seite eines Haupterfassungsbereiches des Sensors erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) vor dem Anlegen des magnetischen Wechselfeldes räumlich zueinander soweit wie möglich in ihre finale Position gebracht werden, wobei das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) in einem Verbindungsbereich (5) in mechanischen Kontakt miteinander gebracht werden, und anschließend in den Verbindungsbereich (5) mittels des magnetischen Wechselfeldes Energie eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anlegen des magnetischen Wechselfeldes mittels Ausüben eines Drucks (30) ein zumindest teilweises Einsinken des ersten Bauteils (1) in das zweite Bauteil (2) oder des zweiten Bauteils (2) in das erste Bauteil (1) bewirkt wird, wobei insbesondere eventuell noch verbliebenen Spalte (14) im Bereich des Verbindungsbereichs (5) gefüllt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste und/oder das zweite Bauteil (1, 2) eine oder mehrere Auskragungen (44, 45) aufweisen, die in Richtung des jeweils anderen Bauteils (1, 2) ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskragungen (44, 45) zumindest teilweise elektrisch und/oder magnetisch leitend ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Bauteile (1, 2) im Vergleich zu dem anderen Bauteil (1, 2) zumindest in dem Verbindungsbereich (5) eine höhere Wärmekapazität aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Bauteil (1, 2), insbesondere das erste Bauteil (1), zumindest in dem Verbindungsbereich (5) eine erhöhte Oberflächenrauheit aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Bauteil (1, 2), insbesondere das erste Bauteil (1), in dem Verbindungsbereich (5) Hervorhebungen (40) ausbildet, die in Richtung des jeweils anderen Bauteils (1, 2) ausgerichtet sind und die insbesondere Auskragungen in Form von Widerhaken (44) aufweisen, wobei die Hervorhebungen (40) beim Verbinden mit dem jeweils anderen Bauteil (1, 2) ihre Form im Wesentlichen beibehalten und von geschmolzenem Material des jeweils anderen Bauteils (1, 2) erfasst bzw. umschlossen werden wodurch eine formschlüssige Verbindung geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hervorhebungen (40) und oder die Widerhaken (44) zumindest teilweise elektrisch und/oder magnetisch leitend ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Bauteil (1, 2), insbesondere das zweite Bauteil (2), im Verbindungsbereich (5) Öffnungen aufweist, die beim Verbinden mit dem anderen Bauteil ihre (1, 2) ihre Form im Wesentlichen beibehalten und von geschmolzenem Material des jeweils anderen Bauteils (1, 2) durchdrungen und abseits des Verbindungsbereichs (5) umschlossen werden, wodurch eine formschlüssige Verbindung geschaffen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Anlegen des magnetischen Wechselfeldes nach dem Zusammenführen, insbesondere auch während des Zusammenführens des ersten und zweiten Bauteils (1, 2), erfolgt.
Vorrichtung ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend mindestens eine Induktionsspule (17) und/ oder mindestens eine Richtantenne (18) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds.
Vorrichtung nach Anspruch 15 weiter umfassend eine Auflage (10) für das erste Bauteil (1) oder das zweite Bauteil (2), wobei die Auflage (10) kühlbar ausgebildet ist.