DE102017123588A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile - Google Patents

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Abstract

Beim Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels Ultraschall wird zunächst ein erweichter Thermoplast auf eines der beiden Bauteile aufgebracht und der Thermoplast wird nach dem Aushärten mittels Ultraschall erwärmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels Ultraschall.
  • Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise beim Verbinden von thermoplastischen Bauteilen mittels Ultraschall eingesetzt. Zum Verbinden der Bauteile werden diese bei den bekannten Verfahren mit Hilfe der aufgebrachten Ultraschall-Energie partiell erwärmt und dadurch miteinander verschmolzen.
  • Problematisch ist, dass bei einem Verbinden von besonders dünnen Kunststoffteilen mit einer Materialdicke von beispielsweise etwa 3 mm oder weniger die Schweißverbindung auf der gegenüberliegenden Sichtseite eines Bauteils erkennbar ist. In der Automobilindustrie werden beispielsweise Adapterplatten von Parksensoren mittels Ultraschall mit einem Stoßfänger verbunden, wobei es dabei wesentlich ist, dass auf der Sichtseite des Stoßfängers keine Abdrücke oder Verformungen sichtbar sind, die durch den Schweißprozess hervorgerufen wurden.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile zu schaffen, mit dessen Hilfe eine dauerhafte Verbindung hergestellt werden kann, die sich auf einer Sichtseite eines der beiden Bauteile nicht abzeichnet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass zunächst ein reversibel aufschmelzbarer Thermoplast durch Wärme erweicht wird und auf zumindest eines der beiden Bauteile aufgebracht wird, woraufhin dann der aufgebrachte Thermoplast ausgehärtet wird. Zum eigentlichen Verbinden der beiden Bauteile wird der ausgehärtete Thermoplast mittels Ultraschall erwärmt und die beiden Bauteile werden verbunden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die beiden Bauteile also nicht unmittelbar mit Hilfe des erwärmten Thermoplasten verbunden. Vielmehr wird der Thermoplast nach dem Aufbringen auf eines oder beide Bauteile zunächst ausgehärtet und die beiden Bauteile werden durch Ultraschall-Energie miteinander verbunden, indem der zuvor ausgehärtete Thermoplast wieder erwärmt wird. Bei diesem Verfahren wirkt der ausgehärtete Thermoplast als Energierichtungsgeber, der die später aufgebrachte Ultraschall-Energie fokussiert, so dass der Thermoplast mit vergleichsweise geringer Ultraschall-Energie zum Schmelzen gebracht werden kann, woraufhin dann beide Bauteile kontrolliert zusammengepresst werden können. Durch das separate Aufbringen eines erweichten Thermoplasten, der reversibel aufschmelzbar ist, kann für den Thermoplasten ein Material gewählt werden, das zum Umwandeln der Ultraschall-Energie in Wärme besonders geeignet ist, so dass beim Beaufschlagen mit Ultraschall zuerst der ausgehärtete Thermoplast zu erreichen beginnt, nicht jedoch das Material der Bauteile, die ebenfalls aus einem Thermoplasten hergestellt sein können.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
  • Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann der Thermoplast punktuell aufgebracht werden, was im einfachsten Fall mit Hilfe eine Schmelzklebepistole oder aber im industriellen Betrieb beispielsweise mit Hilfe eines Jet-Ventils erfolgen kann.
  • Weiterhin kann der Thermoplast auf beiden Bauteilen oder aber auch nur auf einem Bauteil aufgebracht werden, wobei letztere Verfahrensweise zu einem besonders einfachen Verfahren führt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Thermoplast an mehreren Stellen aufgebracht werden, wobei der ausgehärtete Thermoplast an den mehreren Stellen zum Verbinden der beiden Bauteile mit eine einzigen Sonotrode mit Ultraschall erwärmt wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Thermoplast im ZweiKomponenten-Spritzgussverfahren auf ein Bauteil oder auf beide Bauteile aufgebracht werden. Bei dieser Verfahrensweise weist somit zumindest ein Bauteil nach seiner Herstellung bereits angeformte Bereiche aus ausgehärtetem Thermoplasten auf, was zu einer besonders wirtschaftlichen Verfahrensweise führt.
  • Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäß Verfahren bei besonders dünnwandigen Bauteilen eingesetzt werden, beispielsweise flächige Bauteile mit einer Materialdicke von etwa 3 mm oder weniger.
  • Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass ein für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneter Thermoplast ein Schmelzkleber ist.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, wenn eine Adapterplatte für einen Parksensor an einem Stoßfänger eines Fahrzeugs befestigt werden muss, da in diesem Fall auf der Sichtseite des Stoßfängers durch die geringe eingebrachte Ultraschall-Energie keine Abdrücke oder Abzeichnungen der Schweiß- bzw. Klebeverbindung sichtbar sind.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Zum Verbinden einer Adapterplatte und eines Fahrzeug-Stoßfängers z. B. aus Polypropylen wird zunächst auf der Adapterplatte und/oder auf dem Stoßfänger an ausgewählten Stellen, insbesondere punktuell, ein geeigneter Thermoplast, beispielsweise ein Schmelzkleber aufgebracht (beispielsweise Technomelt AS 5375). Der aufgebrachte Schmelzkleber wird anschließend vollständig ausgehärtet.
  • Zum Verbinden der beiden Bauteile werden diese mit einem vorbestimmten Druck aufeinandergepresst, wobei gleichzeitig der ausgehärtete Schmelzkleber mit Hilfe einer Ultraschall-Sonotrode erwärmt wird. Die eingebrachte Ultraschall-Energie wird dabei so gering gehalten, dass zwar der zuvor ausgehärtete Schmelzkleber erweicht wird, dass jedoch die beiden miteinander zu verbindenden Komponenten nur geringfügig erwärmt bzw. erweicht werden. Hierdurch lassen sich die beiden Bauteile dauerhaft und fest miteinander verbinden, ohne dass auf der Sichtseite des Stoßfängers erkennbare Verformungen vorhanden sind.
  • Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Verbindung von anderen Bauteilen anwenden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels Ultraschall, gekennzeichnet durch folgende Schritte a) Aufbringen eines reversibel aufschmelzbaren und durch Wärme erweichten Thermoplasten auf zumindest eines der beiden Bauteile, b) Aushärten des aufgebrachten Thermoplasten, c) Verbinden der beiden Bauteile durch erneutes Erwärmen des ausgehärteten Thermoplasten mittels Ultraschall.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast punktuell aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast nur auf ein Bauteil aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast an mehreren Stellen aufgebracht wird, und dass der ausgehärtete Thermoplast an den mehreren Stellen mit einer einzigen Sonotrode mit Ultraschall erwärmt wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast im 2-Komponenten-Spritzgußverfahren aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast an mehreren Stellen aufgebracht wird, und dass der ausgehärtete Thermoplast an den mehreren Stellen mit einer einzigen Sonotrode mit Ultraschall erwärmt wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bauteil eine Materialdicke von etwa 3 mm aufweist.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil ein Stoßfänger eines Fahrzeugs und ein Bauteil eine Adapterplatte für einen Parksensor ist.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast ein Schmelzkleber ist.
  10. Verbund aus zwei Bauteilen, die mit einem Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche miteinander verbunden worden sind.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19758075A1 (de) * 1997-08-21 1999-02-25 Itt Mfg Enterprises Inc Mit dem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs verbundene Aufnahmehülse für Sensoren
DE102010010327A1 (de) * 2009-03-05 2010-10-21 Plastal Gmbh Verfahren zur Befestigung eines Bauteils an ein Kunstoffteil eines Kraftfahrzeugs mit dem torsionalen Ultraschallschweißverfahren
DE102015013656A1 (de) * 2014-10-22 2016-04-28 Suzuki Motor Corporation Geschweißter Harzstrukturkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

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