DE102018119812A1 - Plastic component-metal component combination - Google Patents
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Abstract
Eine Kunststoffbauteil-Metallbauteil-Kombination weist ein Kunststoffbauteil und ein Metallbauteil auf, zwischen denen mindestens ein Strömungsweg für Fluid gebildet ist. Die Verbindung zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil erfolgt mithilfe eines separaten Niederhalters aus Kunststoff, der mit dem Kunststoffbauteil verschweißt und formschlüssig mit dem Metallbauteil verbunden ist.A plastic component-metal component combination comprises a plastic component and a metal component, between which at least one fluid flow path is formed. The connection between the plastic component and the metal component takes place with the aid of a separate plastic hold-down, which is welded to the plastic component and positively connected to the metal component.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kunststoffbauteil-Metallbauteil-Kombination wie beispielsweise eine Ölmodul-Kühler-Kombination nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a plastic component-metal component combination such as an oil module-cooler combination according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine feste Verbindung zwischen einem Kunststoffbauteil und einem Metallbauteil, wie beispielsweise einem Ölmodul und einem Kühler, zu schaffen.The invention has for its object to provide a solid connection between a plastic component and a metal component, such as an oil module and a radiator with simple constructive measures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Bei der erfindungsgemäßen Kunststoffbauteil-Metallbauteil-Kombination handelt es sich um eine Baueinheit eines Kunststoffbauteils und eines Metallbauteils, die insgesamt eine Vorrichtung bildet, welche einem definierten Zweck dient. Das Kunststoffbauteil und das Metallbauteil wirken funktional zusammen. Bei dem Kunststoffbauteil handelt es sich beispielsweise um ein Ölmodul zur Filtration von Getriebeöl im Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei dem Metallbauteil kann es sich entsprechend um einen Ölkühler handeln.The plastic component-metal component combination according to the invention is an assembly of a plastic component and a metal component, which as a whole forms a device which serves a defined purpose. The plastic component and the metal component interact functionally. The plastic component is, for example, an oil module for the filtration of transmission oil in the transmission of a motor vehicle; the metal component may accordingly be an oil cooler.
Das Kunststoffbauteil und das Metallbauteil liegen aneinander und sind miteinander verbunden. Kunststoffbauteil und Metallbauteil grenzen unmittelbar aneinander, wobei über die Kontaktfläche zwischen Kunststoffbauteil und Metallbauteil ein Strömungsweg für ein Fluid verläuft, das vom Kunststoffbauteil zum Metallbauteil und/oder umgekehrt strömt. In das Kunststoffbauteil und in das Metallbauteil ist jeweils mindestens ein Kanal eingebracht, wobei die Kanäle miteinander fluchten und einen Fluidaustausch zwischen Kunststoff- und Metallbauteil ermöglichen. Es können gegebenenfalls mehrere Kanäle in das Kunststoffbauteil und in das Metallbauteil eingebracht sein, die jeweils miteinander fluchten. Des Weiteren ist es möglich, dass entweder nur ein Fluid oder mehrere unterschiedliche Fluide in verschiedenen Kanälen zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil strömen, beispielsweise im Fall einer Ölmodul-Kühler-Kombination Öl und Kühlwasser.The plastic component and the metal component lie against each other and are connected to each other. Plastic component and metal component adjoin one another directly, wherein over the contact surface between the plastic component and metal component, a flow path for a fluid that flows from the plastic component to the metal component and / or vice versa. In the plastic component and in the metal component in each case at least one channel is introduced, wherein the channels are aligned with each other and allow a fluid exchange between the plastic and metal component. If appropriate, a plurality of channels can be introduced into the plastic component and into the metal component, which in each case are aligned with one another. Furthermore, it is possible that either only one fluid or several different fluids flow in different channels between the plastic component and the metal component, for example in the case of an oil module-cooler combination oil and cooling water.
Die Verbindung zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil erfolgt mithilfe eines Niederhalters aus Kunststoff, der als ein separates Bauteil ausgeführt ist. Der Niederhalter umgibt das Metallbauteil nicht vollständig, sondern nur im Bereich der Verbindung zum Kunststoffbauteil. Der Niederhalter hat nicht die Funktion eines Deckels oder einer Abdeckung des Metallbauteils, sondern dient nur zur Befestigung des Metallbauteils am Kunststoffbauteil. Der Niederhalter bildet keine Fluidkanäle aus oder umschließt ein Fluidvolumen. Somit ist eine einfache und materialsparende Gestaltung des Niederhalters möglich.The connection between the plastic component and the metal component takes place with the aid of a hold-down made of plastic, which is designed as a separate component. The hold-down does not completely surround the metal component, but only in the region of the connection to the plastic component. The hold-down does not have the function of a cover or a cover of the metal component, but serves only for fastening the metal component to the plastic component. The hold-down does not form fluid channels or surround a volume of fluid. Thus, a simple and material-saving design of the hold-down is possible.
Der Niederhalter aus Kunststoff ist mit dem Kunststoffbauteil verschweißt und formschlüssig mit dem Metallbauteil verbunden. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass für die Verbindung zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil lediglich ein Stoffschluss zwischen dem Niederhalter und dem Kunststoffbauteil und ein Formschluss zwischen dem Niederhalter und dem Metallbauteil hergestellt werden muss. Das Kunststoffbauteil und der Niederhalter bestehen jeweils aus Kunststoff und können in bekannter Weise problemlos stoffschlüssig verbunden werden, insbesondere verschweißt werden, beispielsweise durch Reibschweißen oder Laserschweißen. Es ist dagegen nicht erforderlich, eine stoffschlüssige Verbindung oder eine mechanische Verbindung wie beispielsweise eine Schraubverbindung oder Clipverbindung zwischen dem Niederhalter und dem Metallbauteil herzustellen; es genügt, zwischen dem Niederhalter und dem Metallbauteil einen Formschluss herzustellen, bezogen auf die Löse- bzw. Festhalterichtung zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil.The hold-down made of plastic is welded to the plastic component and positively connected to the metal component. This embodiment has the advantage that for the connection between the plastic component and the metal component only a material connection between the hold-down and the plastic component and a positive connection between the hold-down and the metal component must be made. The plastic component and the hold-down are each made of plastic and can be easily connected in a known manner cohesively, in particular welded, for example by friction welding or laser welding. On the other hand, it is not necessary to produce a cohesive connection or a mechanical connection such as a screw connection or clip connection between the hold-down device and the metal component; it is sufficient to produce a positive connection between the hold-down device and the metal component, based on the release or securing direction between the plastic component and the metal component.
Zum Herstellen der Verbindung zwischen dem Kunststoff- und dem Metallbauteil werden beide Bauteile aneinandergesetzt, so dass die Bauteile unmittelbar aneinander liegen. Anschließend wird der Niederhalter auf das Metallbauteil aufgesetzt, wobei ein Abschnitt des Metallbauteils vom Niederhalter in formschlüssiger Weise umschlossen wird, woraufhin der Niederhalter mit dem Kunststoffbauteil stoffschlüssig verbunden werden kann. Aufgrund der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Niederhalter und dem Metallbauteil wird mit dem Herstellen des Stoffschlusses zugleich die feste Verbindung zwischen Kunststoff- und Metallbauteil erzeugt.To establish the connection between the plastic and the metal component, both components are placed against each other, so that the components are directly adjacent to each other. Subsequently, the hold-down is placed on the metal component, wherein a portion of the metal component is enclosed by the hold-down in a form-fitting manner, after which the hold-down can be materially connected to the plastic component. Due to the positive connection between the hold-down and the metal component, the firm connection between the plastic and metal component is produced at the same time with the production of the material connection.
Möglich ist es auch, den Niederhalter in einem ersten Schritt auf das Metallbauteil aufzusetzen und anschließend in einem zweiten Schritt das Metallbauteil in die Kontaktposition zum Kunststoffbauteil zu verbringen, woraufhin die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Niederhalter und dem Kunststoffbauteil hergestellt werden kann.It is also possible to put the hold-down in a first step on the metal component and then in a second step to spend the metal component in the contact position to the plastic component, after which the cohesive connection between the hold-down and the plastic component can be produced.
Es genügt, die Verbindung zwischen Kunststoff- und Metallbauteil ausschließlich über den Niederhalter und die stoffschlüssige Verbindung zum Kunststoffbauteil herzustellen. Auf zusätzliche Verbindungsmaßnahmen, wie zum Beispiel Schraubverbindungen, zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Niederhalter, zwischen dem Niederhalter und dem Metallbauteil oder unmittelbar zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil kann verzichtet werden, wenngleich gegebenenfalls in alternativen Ausführungen solche Verbindungsmaßnahmen dennoch vorgesehen sein können.It is sufficient to produce the connection between plastic and metal component exclusively via the hold-down and the cohesive connection to the plastic component. Additional connection measures, such as screw connections, between the plastic component and the hold-down device, between the hold-down device and the metal component or directly between the plastic component and the metal component may be dispensed with, although in alternative embodiments such connection measures may nonetheless be provided.
Der Niederhalter kann als ein rahmenförmiges, umlaufendes Bauteil ausgebildet sein. In dieser Ausführung kann der rahmenförmige Niederhalter auf das Metallbauteil aufgesetzt werden, so dass der Niederhalter das Metallbauteil umschließt. Ein Absatz des Niederhalters ragt über das Metallbauteil hinaus und bildet eine Schweißfläche zur Verschweißung mit dem Kunststoffbauteil. Der rahmenförmige Niederhalter hat nur die Funktion, das Metallbauteil zu halten. Der rahmenförmige Niederhalter umschließt das Metallbauteil in einer radialen Richtung senkrecht zur Montagerichtung umlaufend im Bereich einer Schweißfläche, wobei das Metallbauteil durch den rahmenförmigen Niederhalter hindurch ragt. Der rahmenförmige Niederhalter deckt das Metallbauteil dabei nicht vollständig ab. Der rahmenförmige Niederhalter umschließt das Metallbauteil nicht vollständig, etwa in Art eines Deckels.The hold-down device can be designed as a frame-shaped, circumferential component. In this embodiment, the frame-shaped hold-down can be placed on the metal component, so that the hold-down encloses the metal component. A shoulder of the hold-down protrudes beyond the metal component and forms a welding surface for welding to the plastic component. The frame-shaped hold-down only has the function of holding the metal component. The frame-shaped hold-down surrounds the metal component in a radial direction perpendicular to the mounting direction circumferentially in the region of a welding surface, wherein the metal component protrudes through the frame-shaped hold-down. The frame-shaped holding down does not completely cover the metal component. The frame-shaped hold-down does not completely surround the metal component, for example in the manner of a lid.
In einer alternativen Ausführung ist der Niederhalter nicht umlaufend rahmenförmig ausgebildet, sondern erstreckt sich nur abschnittsweise entlang der Außenseite des Metallbauteils; der Niederhalter ist in diesem Fall beispielsweise leistenförmig, L-förmig oder U-förmig ausgeführt, wobei ein über das Metallbauteil seitlich hinausragender Abschnitt eine Schweißfläche zur Verschweißung mit dem Kunststoffbauteil bildet. An der Schweißfläche des Niederhalters wird mit dem Schweißvorgang eine Schweißnaht erzeugt, die sich entsprechend zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Niederhalter befindet. Die Schweißnaht überträgt die Haltekräfte zwischen dem Niederhalter und damit auch dem Metallbauteil und dem Kunststoffbauteil. Die Schweißnaht sorgt außerdem für Strömungsdichtigkeit zwischen Kunststoff- und Metallbauteil, so dass Fluid, das zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil ausgetauscht wird, nicht seitlich aus der Kunststoffbauteil-Metallbauteil-Kombination entweichen kann. Insbesondere in der umlaufenden Ausführung der Schweißnaht ist auch entsprechend eine umlaufende Dichtigkeit gegeben.In an alternative embodiment, the hold-down is not circumferentially formed like a frame, but extends only partially along the outside of the metal component; the hold-down is in this case, for example, strip-shaped, L-shaped or U-shaped, wherein a laterally projecting beyond the metal component portion forms a welding surface for welding to the plastic component. At the welding surface of the blank holder, a welding seam is produced with the welding process, which is located correspondingly between the plastic component and the blank holder. The weld transfers the holding forces between the hold-down and thus also the metal component and the plastic component. The weld also provides flow-tightness between the plastic and metal components, so that fluid that is exchanged between the plastic component and the metal component can not escape laterally from the plastic component-metal component combination. In particular, in the circumferential execution of the weld is also given a circumferential tightness.
Eine umlaufende Schweißnaht kann auch dadurch erzeugt werden, dass mehrere einzelne Niederhalter mit dem Kunststoffbauteil verschweißt werden und die Niederhalter in Umfangsrichtung aneinander anschließen.A circumferential weld can also be produced by welding several individual hold-downs to the plastic component and connecting the hold-downs in the circumferential direction.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist im Kontaktbereich zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil ein Dichtungselement angeordnet, das durch die Haltekraft zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil verpresst ist. Vorteilhafterweise ist jeder Kanal im Kontaktbereich zwischen Kunststoffbauteil und Metallbauteil von einem Dichtungselement umschlossen. Das Dichtungselement ist hierbei zum Beispiel als ein Dichtungsring ausgebildet, der den Mündungsbereich des Kanals im Kontaktbereich umgreift. Die Haltekraft zwischen Kunststoff- und Metallbauteil bewirkt ein Verpressen des Dichtungselementes und erhöht dadurch die Dichtwirkung.According to yet another advantageous embodiment, a sealing element is arranged in the contact region between the plastic component and the metal component, which is pressed by the holding force between the plastic component and the metal component. Advantageously, each channel is enclosed in the contact region between the plastic component and the metal component by a sealing element. The sealing element is in this case formed, for example, as a sealing ring, which surrounds the mouth region of the channel in the contact region. The holding force between plastic and metal component causes a compression of the sealing element and thereby increases the sealing effect.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Dichtungselement in eine Nut eingesetzt, die sich im Kunststoffbauteil oder im Metallbauteil befindet. Die offene Nutseite ist dem anderen Bauteil zugewandt und wird von dem anderen Bauteil beaufschlagt, wodurch das Verpressen des Dichtungselementes erreicht wird. Die Nuttiefe und das Dichtungselement sind beispielsweise so dimensioniert, dass das Dichtungselement im unbelasteten Zustand über die Nut hinausragt und von dem anderen Bauteil beaufschlagt werden kann. Es ist aber auch möglich, dass am anderen Bauteil ein Vorsprung angeordnet ist, der in die Nut hineinragt und das darin befindliche Dichtungselement mit einer Presskraft beaufschlagt.According to an advantageous embodiment, the sealing element is inserted into a groove which is located in the plastic component or in the metal component. The open groove side faces the other component and is acted upon by the other component, whereby the compression of the sealing element is achieved. The groove depth and the sealing element are dimensioned, for example, so that the sealing element protrudes in the unloaded state on the groove and can be acted upon by the other component. But it is also possible that a projection is arranged on the other component, which projects into the groove and acts on the sealing element located therein with a pressing force.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befindet sich zwischen dem Niederhalter und einer Seitenwand des Metallbauteils ein Spalt. Der Niederhalter liegt somit nicht unmittelbar an der Seitenwand des Metallbauteils an, sondern weist einen zumindest geringfügigen Abstand zur Seitenwand des Metallbauteils auf. Der Spalt hat den Vorteil, dass eine Labyrinthdichtung für das Fluid gegeben ist, welches zwischen Metall- und Kunststoffbauteil ausgetauscht wird. Eventuell seitlich austretendes Fluid zwischen Metall- und Kunststoffbauteil kann sich in dem Spalt zwischen dem Niederhalter und der Seitenwand des Metallbauteils sammeln.According to a further expedient embodiment, there is a gap between the hold-down device and a side wall of the metal component. The hold-down is thus not directly on the side wall of the metal component, but has an at least slight distance from the side wall of the metal component. The gap has the advantage that there is a labyrinth seal for the fluid, which is exchanged between metal and plastic component. Any laterally exiting fluid between the metal and plastic component can collect in the gap between the hold-down and the side wall of the metal component.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist an dem Metallbauteil ein seitlich überstehender Haltekragen gebildet, auf dem der Niederhalter aufliegt. Der Haltekragen ist insbesondere einteilig mit dem Metallbauteil ausgeführt. Der Haltekragen bildet eine Auflagefläche für den Niederhalter zur formschlüssigen Verbindung. Soweit ein Spalt zwischen der Seitenwand des Metallbauteils und dem Niederhalter gebildet ist, wird der Grund des Spalts vorzugsweise von diesem seitlich überstehenden Haltekragen des Metallbauteils gebildet.According to a further expedient embodiment, a laterally projecting retaining collar is formed on the metal component, on which the hold-down rests. The retaining collar is in particular made in one piece with the metal component. The retaining collar forms a support surface for the hold-down for positive connection. So far one Gap is formed between the side wall of the metal component and the hold-down, the bottom of the gap is preferably formed by this laterally projecting retaining collar of the metal component.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist an dem Kunststoffbauteil ein umlaufender, erhöhter Begrenzungsrand ausgebildet, der dem Metallbauteil zugewandt ist und der den Randbereich des Metallbauteils begrenzt. Der erhöhte Begrenzungsrand an dem Kunststoffbauteil nimmt das Metallbauteil auf, so dass dieses in Querrichtung - quer zur Haltekraft zwischen Metall- und Kunststoffbauteil - formschlüssig an dem Kunststoffbauteil aufgenommen ist. Nach dem Verschweißen des Niederhalters mit dem Kunststoffbauteil sind somit Kunststoffbauteil und Metallbauteil sowohl in Richtung der Haltekraft als auch in der Ebene, die orthogonal zur Haltekraft steht, fest miteinander verbunden.According to yet another expedient embodiment, a circumferential, elevated boundary edge is formed on the plastic component, which faces the metal component and which limits the edge region of the metal component. The raised boundary edge on the plastic component accommodates the metal component, so that it is received in a form-fitting manner on the plastic component in the transverse direction-transverse to the holding force between the metal component and the plastic component. After welding of the blank holder with the plastic component thus plastic component and metal component are both in the direction of the holding force and in the plane which is orthogonal to the holding force, firmly connected.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt der Niederhalter auf dem umlaufenden Begrenzungsrand auf und ist mit dem Begrenzungsrand verschweißt. Die Auflagefläche zwischen dem Begrenzungsrand und dem Niederhalter bildet somit eine Schweißfläche.According to a further advantageous embodiment, the hold-down on the peripheral boundary edge and is welded to the boundary edge. The bearing surface between the boundary edge and the hold-down thus forms a welding surface.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegen im montierten Zustand der Begrenzungsrand und der Haltekragen auf gleicher Höhe und schließen unmittelbar aneinander an, wodurch eine gemeinsame Auflagefläche für den Niederhalter gebildet ist. Der Niederhalter wird in seinem Kontaktbereich zum Begrenzungsrand mit diesem verschweißt und hält zugleich in seinem Kontaktbereich zu dem Haltekragen das Metallbauteil formschlüssig an dem Kunststoffbauteil.According to yet another expedient embodiment are in the mounted state of the boundary edge and the retaining collar at the same height and connect directly to each other, whereby a common bearing surface is formed for the hold-down. The hold-down is welded in its contact region to the boundary edge with this and at the same time holds in its contact region to the retaining collar the metal component positively on the plastic component.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in den Niederhalter eine Nut eingebracht, die im montierten Zustand auf dem Haltekragen des Metallbauteils aufliegt. Die Nut im Niederhalter kann zur Aufnahme von Fluid dienen, das in einem Fehlstrom zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Metallbauteil austritt.According to a further advantageous embodiment, a groove is introduced into the hold-down device, which rests in the mounted state on the retaining collar of the metal component. The groove in the hold-down device can serve for receiving fluid which emerges in a fault current between the plastic component and the metal component.
Figurenlistelist of figures
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Kunststoffbauteil-Metallbauteil-Kombination, ausgeführt als Ölmodul-Kühler-Kombination, wobei das Ölmodul das Kunststoffbauteil und der Kühler das Metallbauteil bildet und diese Bauteile über einen Niederhalter miteinander verbunden sind, -
2 einen Schnitt durch die Ölmodul-Kühler-Kombination gemäß1 , und -
3 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes im Bereich des Niederhalters.
-
1 a perspective view of a plastic component-metal component combination, designed as an oil module-cooler combination, wherein the oil module, the plastic component and the radiator forms the metal component and these components are connected to each other via a hold-down, -
2 a section through the oil module-cooler combination according to1 , and -
3 an enlarged view of the section in the area of the blank holder.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den Figuren ist eine Ölmodul-Kühler-Kombination
Wie der Schnittdarstellung gemäß
Am Ölkühler
An dem Kühler
Zwischen der Seitenwand des Kühlers
Der Kühler
In den Niederhalter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1876406 B1 [0002]EP 1876406 B1 [0002]
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DE102018119812.4A Pending DE102018119812A1 (en) | 2017-08-15 | 2018-08-15 | Plastic component-metal component combination |
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DE102020104198A1 (en) | 2020-02-18 | 2021-08-19 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Plastic component and connection system as well as a method for producing the plastic component and a motor vehicle |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1876406B1 (en) | 2006-07-06 | 2016-09-28 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Heat exchanger filter assembly, in particular for a motor vehicle |
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2018
- 2018-08-15 DE DE102018119812.4A patent/DE102018119812A1/en active Pending
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