DE102018200331A1 - Component assembly and method for producing the component assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Bauteileverbund (10; 10a; 10b), insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, mit einem ersten, aus Kunststoff bestehenden Bauteil (1; 1a; 1b), das zumindest im Bereich einer ersten Kontaktoberfläche (14) mit einer zweiten Kontaktoberfläche (16) eines zweiten, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Bauteils (2; 2a; 2b) verbunden ist, wobei die erste Kontaktoberfläche (14) eine vorzugsweise mittels einer elektromagnetischen Strahlungsquelle erzeugte Oberflächenstruktur (18; 18a; 18b) mit Strukturelementen (20; 20a; 20b) aufweist.The invention relates to a component assembly (10; 10a; 10b), in particular for motor vehicle applications, having a first component (1; 1a; 1b) made of plastic which has at least a first contact surface (14) with a second contact surface (16). a second, likewise made of plastic component (2, 2a, 2b) is connected, wherein the first contact surface (14) has a preferably generated by means of an electromagnetic radiation source surface structure (18; 18a; 18b) with structural elements (20; 20a; 20b) ,
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Bauteileverbund, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteileverbunds.The invention relates to a composite component, in particular for motor vehicle applications, according to the preamble of
Ein Bauteileverbund mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
Neben der erwähnten mechanisch festen Verbindung zwischen den beiden Bauteilen gibt es oftmals Anwendungsfälle, bei denen im gleichen Maße eine mediendichte Verbindung zwischen den beiden Bauteilen erwünscht ist, um insbesondere das Eindringen von Medien (insbesondere Flüssigkeiten) zu Bereichen zu vermeiden, bei denen die Anwesenheit der Medien zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Bauteileverbunds bzw. eines von dem Bauteileverbund gebildeten Aggregats führen. Insbesondere ist es dadurch auch erforderlich, relativ großflächige Gebiete an dem ersten Bauteil mit einer entsprechenden Oberflächenstruktur zu versehen. Dies ist jedoch mittels der aus dem Stand der Technik vorgesehenen elektromagnetischen Strahlungsquelle (Laserstrahleinrichtung) relativ aufwendig bzw. benötigt eine relativ große Zeitdauer, sodass ein derartiger Bauteileverbund relativ teuer in der Herstellung ist bzw. eine relativ lange Bearbeitungsdauer benötigt.In addition to the mentioned mechanically strong connection between the two components, there are often applications in which a media-tight connection between the two components is desired to avoid in particular the ingress of media (especially liquids) to areas where the presence of the Media lead to a functional impairment of the component assembly or a unit formed by the component assembly. In particular, this also makes it necessary to provide relatively large areas on the first component with a corresponding surface structure. However, this is relatively expensive by means of the electromagnetic radiation source (laser beam device) provided by the prior art or requires a relatively large period of time, so that such a component assembly is relatively expensive to manufacture or requires a relatively long processing time.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Bauteileverbund, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sich sowohl mechanisch feste als auch mediendichte Verbindungen zwischen zwei Bauteilen besonders einfach und schnell und somit kostengünstig herstellen lassen. Insbesondere findet ein derartiger Bauteileverbund Verwendung bei Bauteileverbunden, bei denen sowohl das erste Bauteil, als auch das zweite Bauteil jeweils aus Kunststoff bestehen, und wobei sich die beiden Bauteile ansonsten durch übliche Verbindungsverfahren nicht oder nur unzulänglich mechanisch fest und mediendicht miteinander verbinden lassen. Hierzu schlägt es die Erfindung vor, die Strukturelemente im Bereich der ersten Kontaktoberfläche des ersten Bauteils derart auszubilden, dass diese jeweils eine Ausdehnung bzw. Größe von wenigstens 1000µm aufweisen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik, bei denen auch Strukturelemente im Nanometerbereich vorgesehen sind, die Strukturelemente jeweils sehr viel größer ausgebildet sind, sodass sich damit sehr schnell große erste Kontaktflächen an dem ersten Bauteil ausbilden lassen. Dadurch, dass die Strukturelemente relativ groß sind, lassen sich derartige Strukturelemente auch relativ einfach mit relativ großen Toleranzbreiten herstellen, was den Herstellprozess weiter vereinfacht bzw. beschleunigt.The component assembly according to the invention, in particular for motor vehicle applications, with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungemäßen Bauteileverbunds sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the erfindungemäßen component composite are listed in the dependent claims.
Ein ganz besonders bevorzugter Einsatz eines derartigen Bauteileverbunds sieht vor, dass das erste, aus Kunststoff bestehende Bauteil als faserverstärktes Bauteil mit Fasern ausgebildet ist. Es sind somit beispielsweise aus einem Polymer als Grundbestandteil bestehende erste Bauteile denkbar, die beispielsweise Fasern aus Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfasern oder ähnlichen enthalten. Diese Fasern werden beim Ausbilden der Strukturelemente teilweise freigelegt und beim Ausbilden des Bauteileverbunds durch den Kunststoff des zweiten Bauteils wieder überdeckt bzw. umschlossen, wobei die Festigkeitseigenschaften des ersten Bauteils lediglich relativ gering beeinflusst werden.A very particularly preferred use of such a component composite provides that the first component made of plastic is designed as a fiber-reinforced component with fibers. Thus, for example, first components consisting of a polymer as a basic component are conceivable, which contain, for example, fibers of glass fiber, carbon fiber, aramid fibers or the like. These fibers are partially exposed during the formation of the structural elements and again covered or enclosed during the formation of the component composite by the plastic of the second component, the strength properties of the first component being influenced only relatively small.
Ebenso ist es möglich, dass auch das zweite Bauteil als faserverstärktes Bauteil mit Fasern ausgebildet ist. Dabei können die beiden Bauteile sowohl aus artgleichen Kunststoffen als auch aus artungleichen Kunststoffen bestehen. Weiterhin ist es ebenso möglich, dass auch die Fasern in den beiden Bauteilen unterschiedliche Fasern sind.It is also possible that the second component is formed as a fiber-reinforced component with fibers. In this case, the two components can consist both of similar types of plastics as well as art-identical plastics. Furthermore, it is also possible that the fibers in the two components are different fibers.
Hinsichtlich der geometrischen Form der Strukturelemente gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die dem entsprechenden Anwendungsfall sowie ggf. Belastungsrichtungen angepasst werden müssen. Als besonders bevorzugt haben sich Strukturelemente herausgestellt, die in Form von Gittern, geraden oder gekrümmten Linien oder Schlaufen ausgebildet sind. Es sind jedoch auch chaotische Anordnungen bzw. Ausbildungen von Strukturelementen denkbar. With regard to the geometric shape of the structural elements, there are a multitude of possibilities which have to be adapted to the corresponding application as well as, if necessary, loading directions. Structural elements which are in the form of lattices, straight or curved lines or loops have been found to be particularly preferred. However, chaotic arrangements or configurations of structural elements are also conceivable.
Weiterhin sollte es zur Sicherstellung der benötigten Festigkeit zwischen den beiden Bauteilen vorgesehen sein, dass die Strukturelemente eine Breite von wenigstens 1mm aufweisen.Furthermore, it should be provided to ensure the required strength between the two components that the structural elements have a width of at least 1mm.
Weiterhin ist es zur Ausbildung eines festen und mediendichten Bauteileverbunds vorgesehen, dass der Kunststoff des zweiten Bauelements die Strukturelemente des ersten Bauelements ausfüllt. Gemeint ist hierbei, dass der Kunststoff die entsprechenden Strukturelemente vollständig ausfüllt, d.h., dass keine Fehlstellen bzw. Lufteinschlüsse zwischen den beiden Bauteilen im Verbindungsbereich vorhanden sind. Dies erfolgt in der Praxis üblicherweise dadurch, dass das zweite Bauteil durch Anspritzen des verflüssigten Kunststoffs an das erste Bauteil erzeugt wird. Die Erfindung soll jedoch nicht auf derartige Bauteileverbunde beschränkt sein. Vielmehr sind auch Bauteileverbunde denkbar, bei denen andere Fertigungsmethoden bzw. Fügetechniken wie Verpressen oder ähnlichem verwendet werden.Furthermore, it is provided for forming a solid and media-tight component composite that the plastic of the second component fills the structural elements of the first component. What is meant here is that the plastic completely fills the corresponding structural elements, that is, that there are no defects or air pockets between the two components in the connection area. This is usually done in practice by the fact that the second component is produced by injecting the liquefied plastic to the first component. However, the invention should not be limited to such component assemblies. Rather, also component composites are conceivable in which other manufacturing methods or joining techniques such as pressing or the like are used.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteileverbunds, insbesondere eines soweit beschriebenen Bauteileverbunds. Dieses Verfahren sieht zumindest folgende beiden Schritte vor. Zunächst werden Strukturelemente an der ersten Kontaktoberfläche des ersten Bauteils mit einer Ausdehnung jedes der Strukturelemente von wenigstens 1000µm erzeugt. Anschließend erfolgt das Fügen des zweiten Bauteils im Bereich der zweiten Kontaktoberfläche an die erste Kontaktoberfläche des ersten Bauteils, wobei der Kunststoff des zweiten Bauteils zum Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung in die Strukturelemente des ersten Bauteils und/oder in freigelegte Fasern des ersten Bauteils eindringt.The invention also includes a method for producing a component composite, in particular a composite component described so far. This method provides at least the following two steps. First of all, structural elements are produced on the first contact surface of the first component with an extension of each of the structural elements of at least 1000 μm. Subsequently, the joining of the second component takes place in the region of the second contact surface against the first contact surface of the first component, wherein the plastic of the second component penetrates into the structural elements of the first component and / or into exposed fibers of the first component to form a positive connection.
Wie oben bereits erläutert, können zum Fügen des zweiten Bauteils mit dem ersten Bauteil unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden. Gedacht ist hierbei insbesondere an Spritzgießen, Anschmelzen und Verpressen, Ultraschallfügen oder ein reaktives Fügeverfahren.As already explained above, different methods can be used for joining the second component to the first component. This is especially intended for injection molding, melting and compression, ultrasonic joining or a reactive joining process.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in:
-
1 bis3 jeweils in vereinfachter Darstellung das Herstellen eines ersten Bauteileverbunds, -
4 bis6 das Herstellen eines zweiten Bauteileverbunds, ebenfalls in vereinfachten Darstellungen, und -
7 bis9 das Herstellen eines dritten Bauteileverbunds, wobei die Bauteile jeweils als faserverstärkte Bauteile ausgebildet sind, in vereinfachter Darstellung.
-
1 to3 each in a simplified representation the production of a first component composite, -
4 to6 the production of a second component composite, also in simplified representations, and -
7 to9 the production of a third component group, wherein the components are each formed as fiber-reinforced components, in a simplified representation.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
In den
Im Verbindungsbereich
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Oberflächenstruktur
In der
In den
Zuletzt sind in den
Die soweit beschriebenen Bauteileverbunde
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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