DE102019107814A1 - Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen Download PDF

Info

Publication number
DE102019107814A1
DE102019107814A1 DE102019107814.8A DE102019107814A DE102019107814A1 DE 102019107814 A1 DE102019107814 A1 DE 102019107814A1 DE 102019107814 A DE102019107814 A DE 102019107814A DE 102019107814 A1 DE102019107814 A1 DE 102019107814A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
components
tool
joint
component
joining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019107814.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Jens Standfuss
Alexei Vichniakov
Sebastian SCHULZE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Airbus Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Airbus Operations GmbH filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102019107814.8A priority Critical patent/DE102019107814A1/de
Priority to US16/823,742 priority patent/US11173670B2/en
Priority to CN202010224726.9A priority patent/CN111745976A/zh
Publication of DE102019107814A1 publication Critical patent/DE102019107814A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/06Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/06Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
    • B29C65/0681Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding created by a tool
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • B29C65/50Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding using adhesive tape, e.g. thermoplastic tape; using threads or the like
    • B29C65/5042Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding using adhesive tape, e.g. thermoplastic tape; using threads or the like covering both elements to be joined
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/74Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by welding and severing, or by joining and severing, the severing being performed in the area to be joined, next to the area to be joined, in the joint area or next to the joint area
    • B29C65/743Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by welding and severing, or by joining and severing, the severing being performed in the area to be joined, next to the area to be joined, in the joint area or next to the joint area using the same tool for both joining and severing, said tool being monobloc or formed by several parts mounted together and forming a monobloc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/10Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112Single lapped joints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/10Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112Single lapped joints
    • B29C66/1122Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/10Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/114Single butt joints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/10Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/114Single butt joints
    • B29C66/1142Single butt to butt joints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/20Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
    • B29C66/23Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being multiple and parallel or being in the form of tessellations
    • B29C66/232Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being multiple and parallel or being in the form of tessellations said joint lines being multiple and parallel, i.e. the joint being formed by several parallel joint lines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05Particular design of joint configurations
    • B29C66/20Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
    • B29C66/24Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being closed or non-straight
    • B29C66/242Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being closed or non-straight said joint lines being closed, i.e. forming closed contours
    • B29C66/2424Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being closed or non-straight said joint lines being closed, i.e. forming closed contours being a closed polygonal chain
    • B29C66/24243Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being closed or non-straight said joint lines being closed, i.e. forming closed contours being a closed polygonal chain forming a quadrilateral
    • B29C66/24244Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being closed or non-straight said joint lines being closed, i.e. forming closed contours being a closed polygonal chain forming a quadrilateral forming a rectangle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B29C66/434Joining substantially flat articles for forming corner connections, fork connections or cross connections
    • B29C66/4342Joining substantially flat articles for forming corner connections, e.g. for making V-shaped pieces
    • B29C66/43421Joining substantially flat articles for forming corner connections, e.g. for making V-shaped pieces with a right angle, e.g. for making L-shaped pieces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B29C66/434Joining substantially flat articles for forming corner connections, fork connections or cross connections
    • B29C66/4344Joining substantially flat articles for forming fork connections, e.g. for making Y-shaped pieces
    • B29C66/43441Joining substantially flat articles for forming fork connections, e.g. for making Y-shaped pieces with two right angles, e.g. for making T-shaped pieces, H-shaped pieces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/47Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces
    • B29C66/472Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces said single elements being substantially flat
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/47Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces
    • B29C66/474Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces said single elements being substantially non-flat
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141Fibres of continuous length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B29C66/73921General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81411General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7212Fibre-reinforced materials characterised by the composition of the fibres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen, weist die Schritte des Bereitstellens eines ersten Bauteils mit einer ersten Fügefläche, des Bereitstellens eines zweiten Bauteils mit einer zweiten Fügefläche, des bündigen Anlegens der ersten Fügefläche an die zweite Fügefläche zum Ausbilden eines Verbindungsstoßes, des Anlegens eines Rührreibschweiß-Werkzeugs an den Verbindungsstoß oder eine dazu direkt benachbarte Fläche zumindest eines der Bauteile, des Erweichens des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils jeweils in einem an den Verbindungsstoß angrenzenden Bereich durch Rotieren des Werkzeugs, so dass der thermoplastische Kunststoff der beiden Bauteile lokal verschmilzt, und des Bewegens des Werkzeugs entlang des Verbindungsstoßes zum Verbinden der beiden Bauteile durch Ausbilden einer Verschmelzungsnaht auf, wobei Abschnitte von Verstärkungsfasern zum Erhöhen der Festigkeit der Verschmelzungsnaht eingerührt werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Rührreibschweiß-Werkzeugs zum Verbinden zweier Bauteile aus einem faserverstärkten Kunststoff.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Für die Verbindung von Bauteilen für beliebige Zwecke existiert eine sehr große Anzahl von verschiedenen Verbindungsverfahren. Je nach geforderter Festigkeit oder anderer mechanischer Eigenschaften können diese ausgewählt und eingesetzt werden. Für die Verbindung von Rumpfbauteilen von Verkehrsflugzeugen werden etwa häufig Nietverbindungen eingesetzt, die sich seit vielen Jahrzehnten bewährt haben. Durch Nietverbindungen können sowohl metallische Bauteile, als auch Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen verbunden werden. Für die Verbindung von faserverstärkten oder nicht faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen können Schweißverfahren eingesetzt werden, bei denen beispielsweise mittels Ultraschall Fügeflächen erwärmt und miteinander verschmolzen werden.
  • DE 10 2005 033 992 B3 zeigt etwa ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Flächengebilden, insbesondere von mindestens zwei Metallblechen für eine Leichtbaustruktur, sowie Verbindung und Leichtbaustruktur. Hier wird vorgeschlagen, eine mechanische Bearbeitung von Flächengebilden durchzuführen, nach der eine Verklebung dieser erfolgt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen, vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
  • Es wird ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen, vorgeschlagen, das Verfahren aufweisend die Schritte des Bereitstellens eines ersten Bauteils mit einer ersten Fügefläche, des Bereitstellens eines zweiten Bauteils mit einer zweiten Fügefläche, des bündigen Anlegens der ersten Fügefläche an die zweite Fügefläche zum Ausbilden eines Verbindungsstoßes, des Anlegens eines Rührreibschweiß-Werkzeugs an den Verbindungsstoß oder eine dazu direkt benachbarte Fläche zumindest eines der Bauteile, des Erweichens des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils jeweils in einem an den Verbindungsstoß angrenzenden Bereich durch Rotieren des Werkzeugs, so dass der thermoplastische Kunststoff der beiden Bauteile lokal verschmilzt, und des Bewegens des Werkzeugs entlang des Verbindungsstoßes zum Verbinden der beiden Bauteile durch Ausbilden einer Verschmelzungsnaht, wobei Abschnitte von Verstärkungsfasern in die Verschmelzungsnaht zum Erhöhen der Festigkeit der Verschmelzungsnaht eingerührt werden.
  • Das erste Bauteil und das zweite Bauteil können beliebig ausgeformt sein und teilweise oder vollständig aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, der mit Verstärkungsfasern verstärkt ist. Die Fügeflächen sind im Sinne der Erfindung als die Flächen anzusehen, an denen die beiden Bauteile verbunden werden und mit denen der Verbindungsstoß generiert wird. Wie weiter nachfolgend ausgeführt, können auch die Fügeflächen unterschiedlich geartet sein, je nach gewünschter Ausbildung des Verbindungsstoßes. Hierbei können insbesondere die verschiedenen Verbindungsstöße in Betracht gezogen werden, die bei herkömmlichen Schweißverfahren eingesetzt werden.
  • Ein Rührreibschweiß-Werkzeug weist üblicherweise eine rotierende Werkzeugspitze, bestehend aus einer Schulter und einem Stift, der auch als Pin bezeichnet wird, auf, die auf eine Oberfläche eines Werkstücks, d.h. des ersten und/oder zweiten Bauteils, gedrückt und rotiert werden kann. Durch Rotation der Werkzeugspitze erfolgt eine Flächenreibung zwischen einer Oberfläche der Werkzeugspitze und der entsprechenden Werkstückoberfläche. Hierdurch entsteht Wärme, die zu einem Erweichen bzw. Aufschmelzen des thermoplastischen Kunststoffs führt. Es kann sinnvoll sein, die Werkzeugspitze so auszubilden, dass sie in das aufgeschmolzene Material eindringt und es verrührt. Damit kann bei aneinanderliegenden Fügeflächen ein Durchmischen des aufgeschmolzenen Materials der beiden Fügeflächen erreicht werden, so dass eine vollkommen stoffschlüssige Verbindung der beiden Bauteile erfolgt. Durch das Verrühren des Materials können weiterhin Lufteinschlüsse verhindert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann folglich Bauteile, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen, durch Einwirkung eines Rührreibschweiß-Werkzeugs miteinander verschweißen, was durch Bewegen des rotierenden Werkzeugs entlang des Verbindungsstoßes erfolgt. Hieraus ergibt sich eine Verschmelzungsnaht, in der das Material der beiden miteinander zu fügenden Bauteile verschmolzen ist. Eine Besonderheit liegt hierbei darin, dass durch die Rotation des Werkzeugs Abschnitte von Verstärkungsfasern in Form von Kurzfasern in dem aufgeschmolzenen Material verteilt werden. Die resultierende Verschmelzungsnaht weist demzufolge eine Vielzahl von Kurzfasern auf, die insgesamt die Festigkeit der Verschmelzungsnaht deutlich erhöhen. Folglich könnte das erfindungsgemäße Verfahren auch für höher belastete Bauteile und Bauteilverbindungen eingesetzt werden.
  • In einer bevorzugten Variante sind die Verstärkungsfasern in den Bauteilen enthalten und die Abschnitte der Verstärkungsfasern werden durch die Rotation des Werkzeugs aus den jeweils angrenzenden Bereichen der Bauteile abgetrennt und in die Verschmelzungsnaht eingerührt. Die in die Verschmelzungsnaht eingerührten Kurzfasern sind folglich abgetrennte Abschnitte von Verstärkungsfasern, die von den Bauteilen direkt in den aufgeschmolzenen Bereich hineinragen. Es ist zudem nicht erforderlich, separat Kurzfasern während des Verschmelzens hinzuzufügen, sondern diese fallen unmittelbar bei der Bearbeitung der beiden Bauteile an.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Werkzeug eine kegelstumpfförmige Spitze mit einer Mantelfläche auf, an der radiale Vorsprünge, Rillen oder Einkerbungen angeordnet sind, wobei das Werkzeug die Verstärkungsfasern schneidet. Die radialen Vorsprünge, Rillen oder Einkerbungen können ähnlich wie ein Gewinde ausgeführt sein. Ihre Steigung kann zusammen mit der Drehrichtung des Werkzeugs dazu angepasst sein, dass Material aus der Fügestelle in Richtung des Werkzeugs angehoben oder in Richtung einer Schweißunterlage abgesenkt wird, so dass eine Durchmischung bzw. ein Verrühren erfolgt und Lufteinschlüsse verhindert werden. Die Bewegung des erweichten Materials wird durch eine an der Werkzeugspitze angeordnete radiale Schulter geführt. Es sind zahlreiche verschiedene Geometrien von derartigen Werkzeugen bekannt, die für unterschiedliche Materialien, Bearbeitungsgeschwindigkeiten und ähnliche Parameter optimiert sind. Es kann sich anbieten, zur Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedene Werkzeuggeometrien auf ihre Eignung hin zu untersuchen, insbesondere in Abhängigkeit von den eingesetzten Verstärkungsfasern und der thermoplastischen Matrix.
  • Bevorzugt wird das Werkzeug bei der Bewegung entlang des Verbindungsstoßes zum Erzeugen einer gezielten Oberflächenreibung aufgepresst. Durch das Anpressen kann die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem betreffenden Bauteil wirksam gesteuert werden, so dass der Verschmelzungsgrad bestimmt werden könnte.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Verbindungsstoß ein Stumpfstoß, bei dem die erste Fügefläche und die zweite Fügefläche jeweils Stirnflächen sind und stumpf aneinanderliegen, wobei das Werkzeug an dem Verbindungsstoß quer zu den Bauteilen entlang bewegt wird und eine Rotationsachse des Werkzeugs parallel zu den Fügeflächen verläuft. Bei dem Stumpfstoß können beispielsweise die Endkanten zweier flächenhafter Bauteile direkt aneinanderstoßen, um einen schmalen, streifenartigen Verbindungsstoß zu bilden. Durch das Führen des Werkzeugs direkt entlang des Verbindungsstoßes quer zu den Bauteilen wird das Material direkt an den Verbindungsstoß angrenzend miteinander verschmolzen. Die Zugfestigkeit der Verbindung hängt dann ausschließlich von der Zugfestigkeit der Verschmelzungsnaht in der Zugrichtung an. Wie weiter vorangehend dargelegt kann die Zugfestigkeit aufgrund der eingerührten Abschnitte von Verstärkungsfasern als deutlich höher angenommen werden als bei herkömmlich verschweißten Bauteilen, die lediglich auf der Einwirkung von Wärme mittels Ultraschall, Infrarot oder anderen Verfahren basiert.
  • Der Verbindungsstoß könnte allerdings auch ein Eck-, T- oder Schräg-Stoß sein und die beiden Bauteile könnten dabei eine Innenkante bilden, wobei das Werkzeug an der Innenkante angelegt wird und eine Rotationsachse des Werkzeugs zu beiden Bauteilen einen im Wesentlichen gleichen Winkel einschließt. Bei einem derartigen Stoß sind die beiden Bauteile nicht an ihren Endkanten miteinander verbunden, sondern stehen in einem bestimmten Winkel zueinander, der bevorzugt deutlich größer als 0° und deutlich kleiner als 180° sein kann. Da der Verbindungsstoß zwischen den Bauteilen liegt und bei vielen Winkeln nicht unmittelbar durch das rotierende Werkzeug erreichbar ist, kann das Werkzeug zwar entlang des Verbindungsstoßes geführt werden, doch eine Rotationsachse kann mit beiden Bauteilen denselben Winkel einschließen. Die beiden Bauteile und die Rotationsachse bilden folglich bevorzugt eine symmetrische Anordnung. Die hieraus resultierende Verschmelzungsbahn bildet dann einen Wulst zwischen den beiden Bauteilen aus, dessen Oberfläche beispielhaft quer zu beiden Bauteilen verläuft.
  • Der Verbindungsstoß könnte alternativ auch ein Überlappungsstoß sein, wobei das Werkzeug auf eines der Bauteile gelegt und quer zu der Fügefläche ausgerichtet wird, wobei das Werkzeug eine Verschmelzungsnaht erzeugt, die sich von dem direkt an das Werkzeug angrenzenden Bauteil in das angrenzende andere Bauteil erstreckt. Auch bei einem Überlappungsstoß kann von einer Seite eines der Bauteile aus einer Verschmelzungsnaht generiert werden. Hierzu wird das Werkzeug auf eines der Bauteile an einer Bauteiloberfläche aufgesetzt, die von der Fügefläche abgewandt ist. Durch das Aufdrücken des rotierenden Werkzeugs und das Bewegen entlang des Verbindungsstoßes erfolgt ein Aufschmelzen eines streifenförmigen Bereichs des betreffenden Bauteils, der sich bis in das angrenzende andere Bauteil hinein erstreckt. Die Erstreckung der Verschmelzungsnaht und eine Zugkraftebene sind bei einem Überlappungsstoß quer zueinander, so dass höhere Zugkräfte möglich sein können.
  • Es ist denkbar, dass zwei oder mehr voneinander beabstandete Verschmelzungsnähte an derselben Fügefläche erzeugt werden. Die Zugfestigkeit dieser Verbindung kann durch Anbringen weiterer Verschmelzungsnähte noch weiter gesteigert werden. Es ist denkbar, zwei oder mehr beispielsweise parallel zueinander angeordnete Verschmelzungsnähte vorzusehen, die sich an den Bauteilen befinden.
  • In einer vorteilhaften Variante ist der Verbindungsstoß entlang einer geschlossenen Kontur gebildet. Dies kann besonders bei flachen, bündig aufeinander platzierbaren Bauteilen erfolgen. Ein Anwendungsbeispiel ist etwa ein Befestigungselement an einer Innenseite eines aus einem thermoplastischen Werkstoff bestehenden Rumpfbauteils eines Flugzeugs.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der thermoplastische Kunststoff aus einer Gruppe von Kunststoffen ausgewählt ist, die Gruppe aufweisend PPS, PEEK, PEKK, PEI, PAEK und andere. Diese weisen insbesondere in Verbindung mit Verstärkungsfasern eine hohe Festigkeit auf sowie eine vergleichsweise hohe Dauergebrauchstemperatur.
  • Es ist denkbar, zusätzlich auch metallische Bauteile mit einem solchen Bauteil, das aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, zu verschweißen.
  • Die Verstärkungsfasern könnten Kohlefasern oder Glasfasern sein. Diese sind im industriellen Maßstab in sehr hoher Verarbeitungsqualität verfügbar und lassen sich durch das vorangehend genannte Werkzeug zudem schneiden.
  • Zusätzlich zu den Abschnitten von Verstärkungsfasern könnte weiterhin ein Zusatzstoff eingemischt werden, um die Eigenschaften der Schmelznaht zu verbessern. Dies können etwa zusätzliche Kurzfasern oder Nanopartikeln sein. Es ist vorstellbar, diesen Zusatzwerkstoff während des Schweißens durch eine Düse oder eine andere Abgabevorrichtung kontinuierlich abzugeben.
  • Vorteilhaft sind die Bauteile als Rumpf- oder Strukturbauteile eines Flugzeugs ausgebildet. Damit können etwa Rumpfbauteile oder Strukturbauteile aneinander geschweißt werden, wobei die Verschmelzungsnaht eine besonders hohe Festigkeit aufweist.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Rührreibschweiß-Werkzeugs zum Verbinden zweier Bauteile aus einem faserverstärkte Kunststoff unter Bildung einer faserverstärkten Verschmelzungsnaht. Die Verwendung eines Rührreibschweiß-Werkzeugs für die Verbindung von Bauteilen, die ein thermoplastisches, faserverstärktes Material aufweisen, weist bezüglich der Festigkeit der realisierbaren Verschmelzungsnähte besondere Vorteile auf und übertrifft damit die herkömmlichen, rein wärmebasieren Verfahren.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
    • 1 bis 3 zeigen zwei Bauteile, die einen Stumpfstoß ausbilden und miteinander verbunden werden.
    • 4a bis 4i zeigen weitere Verbindungsstöße.
    • 5 zeigt eine schematische, blockbasierte Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile.
  • DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt sehr schematisch ein erstes Bauteil 2 mit einer ersten Fügefläche 4, darin enthaltenen Verstärkungsfasern 6 sowie ein die Verstärkungsfasern 6 umschließendes Matrixmaterial 8 in Form eines thermoplastischen Kunststoffs. Das erste Bauteil 2 kann sich über eine deutlich größere Fläche erstrecken und anders aufgebaut sein als hier dargestellt. Die vorliegende Darstellung soll lediglich die einzelnen Verfahrensschritte verdeutlichen. So zeigt 1 weiterhin ein zweites Bauteil 10 mit einer zweiten Fügefläche 12, Verstärkungsfasern 6 und einem die Verstärkungsfasern 6 einbettenden Matrixmaterial 8.
  • Beispielhaft ist das Matrixmaterial der beiden Bauteile 2 und 10 Polypropylenstyrol (PPS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK), Polyetherimid (PEI), Polyaryletherketon (PAEK) oder ein anderes, thermoplastisches Material. Es kann sinnvoll sein, die Verstärkungsfasern 6 beispielsweise als Kohlefasern zu realisieren, für Bauteile mit geringeren, zu erwartenden Lasten könnten sich jedoch auch Glasfasern anbieten.
  • Zum Verbinden der beiden Bauteile 2 und 10 werden die beiden Fügeflächen 4 und 12 aneinandergelegt. Die Fügeflächen stoßen dann bündig aneinander, so dass sich kein Spalt dazwischen befindet. Hieraus ergibt sich ein Verbindungsstoß 14, der in diesem Fall ein Stumpfstoß ist.
  • Zum Verbinden der beiden Fügeflächen 4 und 12 wird ein Werkzeug 16 aufgesetzt und entlang des Verbindungsstoßes 14 bewegt. Hierdurch ergibt sich die in 3 gezeigte Verschmelzungsnaht 18. Diese erstreckt sich vollständig durch beide Bauteile 2 und 10, wobei durch Einwirkung des Werkzeugs 16 Matrixmaterial aus angrenzenden Bereichen 20 und 22 der beiden Bauteile 2 und 10 verschmolzen und verrührt wird. Dies führt zu einer stoffschlüssigen, hoch belastbaren Verbindung.
  • Wie in 2 sehr schematisch dargestellt, handelt es sich bei dem Werkzeug 16 um ein Rührreibschweiß-Werkzeug, welches mit radialen Vorsprüngen 24 bzw. Rillen und/oder Einkerbungen an einer Umfangsfläche ausgebildet ist und hierdurch zu einem Rühren des erweichten Materials führt. Die Vorsprünge 24 führen weiter dazu, dass in den angrenzenden Bereichen 20 und 22 Abschnitte der Verstärkungsfasern 6 abgetrennt und durch das Werkzeug 16 in die Verschmelzungsnaht 18 eingerührt werden. Dies führt folglich zu einer Verstärkung der Verschmelzungsnaht 18 durch Kurzfasern, was die Festigkeit noch weiter erhöht.
  • Wie in den 4a bis 4e dargestellt, können selbstverständlich auch andere Nahtformen und Verbindungsstöße berücksichtigt werden. 4a zeigt etwa einen Verbindungsstoß 30, bei dem das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 10 einen rechten Winkel einschließen. Eine Verschmelzungsnaht 26 ist an einer Innenkante 28 angeordnet und könnte etwa durch das rotierende Werkzeug 16 erreicht werden, wenn dessen Rotationsachse zu beiden Bauteilen 2 und 10 denselben Winkel einschließt, also eine Winkelhalbierende bildet. Der Verbindungsstoß 30 ist etwa als Eckstoß bekannt.
  • In 4b wird ein Verbindungsstoß 32 gezeigt, bei dem das erste Bauteil 2 eine deutlich größere erste Fügefläche 34 ausbildet, als in den vorherigen Beispielen. Das zweite Bauteil 10 weist eine hierzu korrespondierende zweite Fügefläche 36 auf, die an die erste Fügefläche 34 angelegt ist. Beide Bauteile 2 und 10 überlappen sich, der Verbindungsstoß 32 ist daher ein Überlappungsstoß. Eine Verschmelzungsnaht 38 erstreckt sich von einer äußeren ersten Bauteiloberfläche 40 in Richtung des Verbindungsstoßes 32 und erstreckt sich teilweise auch in das zweite Bauteil 10.
  • 4c zeigt ebenfalls den Überlappungsstoß 32, wobei jedoch zwei Verschmelzungsnähte 38 zum Erreichen einer höheren Zugfestigkeit vorgesehen sind.
  • In 4d wird eine Anordnung eines ersten Bauteils 2, eines zweiten Bauteils 10 sowie eines Stegs 40 als weiteres Bauteil gezeigt. Hierbei werden zwei Überlappungsstöße 32 ausgebildet. Durch jeden der Überlappungsstöße 32 erstreckt sich eine Schmelznaht 38.
  • In 4e wird eine weitere Variante gezeigt, die eine Kombination aus der Darstellung in 4d und 3 ist. Hier sind folglich zwei Verschmelzungsnähte 38 sowie eine Verschmelzungsnaht 18 an einem Stumpfstoß 14 angeordnet.
  • 4f zeigt einen Verbindungsstoß 31 an einem L-förmigen ersten Bauteil 2 und einem flachen zweiten Bauteil 10. Die Verschmelzungsnaht 26 entspricht der aus 4a.
  • 4g zeigt einen Verbindungsstoß 30, ähnlich wie in 4a, wobei jedoch an den Innenkanten 28 zusätzliches Material aufgetragen und verschmolzen wird, so dass ein Abtrennen von Fasern nicht erfolgt.
  • 4h ist eine Abwandlung der 4a, wobei zwei Innenkanten 28 mit einer Verschmelzungsnaht 26 versehen werden.
  • 4i zeigt eine entlang einer geschlossenen Kontur 39 gebildete Verschmelzungsnaht 41. Das erste Bauteil 2 kann etwa flach auf dem zweiten Bauteil 10 aufliegen und durch Bewegen des Werkzeugs 16 entlang der Kontur 39 flach auf das zweite Bauteil 10 geschweißt werden.
  • 5 zeigt der Vollständigkeit halber eine schematische, blockbasierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 42, aufweisend die Schritte des Bereitstellens 44 eines ersten Bauteils mit einer ersten Fügefläche, des Bereitstellens 46 eines zweiten Bauteils mit einer Fügefläche, des bündigen Anlegens 48 der ersten Fügefläche an die zweite Fügefläche zum Ausbilden eines Verbindungstoßes, des Anlegens 50 eines Rührreibschweiß-Werkzeugs an den Verbindungsstoß oder eine dazu direkt benachbarte Fläche zumindest eines der Bauteile, des Erweichens 52 des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils jeweils in einem an den Verbindungsstoß angrenzenden Bereich durch ein Rotieren des Werkzeugs, so dass der thermoplastische Kunststoff der beiden Bauteile lokal verschmilzt und des Bewegens 54 des Werkzeugs entlang des Verbindungsstoßes zum Verbinden der beiden Bauteile durch ausbilden einer Verschmelzungsnaht. Durch die Rotation des Werkzeugs werden Abschnitte der Verstärkungsfasern aus den jeweils angrenzenden Bereichen abgetrennt 56 und in die Verschmelzungsnaht zum Erhöhen der Festigkeit der Verschmelzungsnaht eingerührt 58.
  • Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    erstes Bauteil
    4
    erste Fügefläche
    6
    Verstärkungsfaser
    8
    Matrixmaterial
    10
    zweites Bauteil
    12
    zweite Fügefläche
    14
    Verbindungsstoß
    16
    Werkzeug
    18
    Verschmelzungsnaht
    20
    angrenzender Bereich
    22
    angrenzender Bereich
    24
    Vorsprung
    26
    Verschmelzungsnaht
    28
    Innenkante
    30
    Verbindungsstoß
    31
    Verbindungsstoß
    32
    Verbindungsstoß, Überlappungsstoß
    34
    erste Fügefläche
    36
    zweite Fügefläche
    38
    Verschmelzungsnaht
    39
    Kontur
    40
    Bauteiloberfläche
    41
    Verschmelzungsnaht
    42
    Verfahren
    44
    Bereitstellen erstes Bauteil
    46
    Bereitstellen zweites Bauteil
    48
    bündiges Anlegen
    50
    Anlegen des Werkzeugs
    52
    Erweichen
    54
    Bewegen
    56
    Abtrennen
    58
    Einrühren
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005033992 B3 [0003]

Claims (14)

  1. Verfahren (42) zum Verbinden von Bauteilen (2, 10), die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen, das Verfahren (42) aufweisend die Schritte: Bereitstellen (44) eines ersten Bauteils (2) mit einer ersten Fügefläche (4, 34), Bereitstellen (46) eines zweiten Bauteils (10) mit einer zweiten Fügefläche (12, 36), bündiges Anlegen (48) der ersten Fügefläche (4, 34) an die zweite Fügefläche (12, 36) zum Ausbilden eines Verbindungsstoßes (14, 30, 31, 32), Anlegen eines Rührreibschweiß-Werkzeugs (16) an den Verbindungsstoß (14, 30, 31, 32) oder eine dazu direkt benachbarte Fläche zumindest eines der Bauteile (2, 10), Erweichen des ersten Bauteils (2) und des zweiten Bauteils (10) jeweils in einem an den Verbindungsstoß (14, 30, 31, 32) angrenzenden Bereich (20, 22) durch Rotieren des Werkzeugs (16), so dass der thermoplastische Kunststoff der beiden Bauteile (2, 10) lokal verschmilzt, und Bewegen des Werkzeugs (16) entlang des Verbindungsstoßes (14, 30, 31, 32) zum Verbinden der beiden Bauteile (2, 10) durch Ausbilden einer Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41), wobei Abschnitte von Verstärkungsfasern (6) in die Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41) zum Erhöhen der Festigkeit der Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41) eingerührt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfasern (6) in den Bauteilen (2, 10) enthalten sind und die Abschnitte der Verstärkungsfasern (6) durch die Rotation des Werkzeugs (16) aus den jeweils angrenzenden Bereichen der Bauteile (2, 10) abgetrennt und in die Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41) eingerührt werden.
  3. Verfahren (42) nach Anspruch 2, wobei das Werkzeug (16) eine kegelstumpfförmige Spitze mit einer Mantelfläche aufweist, an der radiale Vorsprünge (24), Rillen oder Einkerbungen angeordnet sind, und wobei das Werkzeug (16) die Verstärkungsfasern (6) schneidet.
  4. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug (16) bei der Bewegung entlang des Verbindungsstoßes (14, 30, 31, 32) zum Erzeugen einer gezielten Oberflächenreibung aufgepresst wird.
  5. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsstoß (14, 30, 31, 32) ein Stumpfstoß ist, bei dem die erste Fügefläche (4, 34) und die zweite Fügefläche (12, 36) jeweils Stirnflächen sind und stumpf aneinanderliegen, und wobei das Werkzeug (!6) an dem Verbindungsstoß (14, 30, 31, 32) quer zu den Bauteilen (2, 10) entlang bewegt wird und eine Rotationsachse des Werkzeugs (16) parallel zu den Fügeflächen (4, 12, 34, 36) verläuft.
  6. Verfahren (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbindungsstoß (14, 30, 31, 32) ein Eck-, T- oder Schräg-Stoß ist und die beiden Bauteile (2, 10) dabei eine Innenkante (28) bilden, und wobei das Werkzeug (16) an der Innenkante (28) angelegt wird und eine Rotationsachse des Werkzeugs (16) zu beiden Bauteilen (2, 10) einen im Wesentlichen gleichen Winkel einschließt.
  7. Verfahren (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbindungsstoß (13, 30, 31, 32) ein Überlappungsstoß ist, und wobei das Werkzeug (16) auf eines der Bauteile (2, 10) gelegt und quer zu der Fügefläche (4, 12, 34, 36) ausgerichtet wird, wobei das Werkzeug (16) eine Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41) erzeugt, die sich von dem direkt an das Werkzeug (16) angrenzenden Bauteil (2, 10) in das angrenzende andere Bauteil (2, 10) erstreckt.
  8. Verfahren (42) nach Anspruch 7, wobei zwei oder mehr voneinander beabstandete Verschmelzungsnähte (18, 26, 38, 41) an derselben Fügefläche (4, 12, 34, 36) erzeugt werden.
  9. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsstoß (14, 30, 31, 32) entlang einer geschlossenen Kontur gebildet ist.
  10. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermoplastische Kunststoff aus einer Gruppe von Kunststoffen ausgewählt ist, die Gruppe aufweisend: PPS, PEEK, PEKK, PEI, PAEK und andere.
  11. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsfasern (6) Kohlefasern oder Glasfasern sind.
  12. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu den Abschnitten von Verstärkungsfasern (6) ein Zusatzstoff eingemischt wird, um die Festigkeit der Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41) zu verbessern.
  13. Verfahren (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauteile (2, 10) als Rumpf- oder Strukturbauteile eines Flugzeugs ausgebildet sind.
  14. Verwendung eines Rührreibschweiß-Werkzeugs (16) zum Verbinden zweier Bauteile (2, 10) aus einem faserverstärkte Kunststoff unter Bildung einer faserverstärkten Verschmelzungsnaht (18, 26, 38, 41).
DE102019107814.8A 2019-03-27 2019-03-27 Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen Pending DE102019107814A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019107814.8A DE102019107814A1 (de) 2019-03-27 2019-03-27 Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen
US16/823,742 US11173670B2 (en) 2019-03-27 2020-03-19 Method for connecting components which have a fibre-reinforced thermoplastic plastic
CN202010224726.9A CN111745976A (zh) 2019-03-27 2020-03-26 用于连接具有纤维增强的热塑性塑料的构件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019107814.8A DE102019107814A1 (de) 2019-03-27 2019-03-27 Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019107814A1 true DE102019107814A1 (de) 2020-10-01

Family

ID=72608072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019107814.8A Pending DE102019107814A1 (de) 2019-03-27 2019-03-27 Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11173670B2 (de)
CN (1) CN111745976A (de)
DE (1) DE102019107814A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003136256A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Mazda Motor Corp 摩擦攪拌用回転工具及びそれを用いた処理方法
DE102005033992B3 (de) * 2005-07-21 2007-04-19 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Flächengebilden, insbesondere von mindestens zwei Metallblechen für eine Leichtbaustruktur sowie Verbindung und Leichtbaustruktur
EP1941987A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-09 General Electric Company Reibverschweißung von faserverstärkten Thermoplasten
WO2010067796A1 (ja) * 2008-12-09 2010-06-17 日本軽金属株式会社 樹脂部材と金属部材の接合方法及び液冷ジャケットの製造方法
DE102011078144A1 (de) * 2011-06-27 2012-12-27 Airbus Operations Gmbh Verfahren und vorrichtung zum verbinden von fügeteilen, sowie bauteil
EP3034276A1 (de) * 2014-12-19 2016-06-22 Airbus Defence and Space GmbH Bauteil mit stoffschlüssiger Verbindung und ein Fügeverfahren
WO2017210504A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 University Of South Carolina Welding head and method for use with polymeric components

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3412271A1 (de) * 1984-04-02 1985-10-10 Niederberg-Chemie GmbH, 4152 Kempen Verschweissbare abdichtungsbahn
JP5304583B2 (ja) * 2009-10-09 2013-10-02 日本軽金属株式会社 内隅接合用回転ツール及びこれを用いた内隅接合方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003136256A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Mazda Motor Corp 摩擦攪拌用回転工具及びそれを用いた処理方法
DE102005033992B3 (de) * 2005-07-21 2007-04-19 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Flächengebilden, insbesondere von mindestens zwei Metallblechen für eine Leichtbaustruktur sowie Verbindung und Leichtbaustruktur
EP1941987A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-09 General Electric Company Reibverschweißung von faserverstärkten Thermoplasten
WO2010067796A1 (ja) * 2008-12-09 2010-06-17 日本軽金属株式会社 樹脂部材と金属部材の接合方法及び液冷ジャケットの製造方法
DE102011078144A1 (de) * 2011-06-27 2012-12-27 Airbus Operations Gmbh Verfahren und vorrichtung zum verbinden von fügeteilen, sowie bauteil
EP3034276A1 (de) * 2014-12-19 2016-06-22 Airbus Defence and Space GmbH Bauteil mit stoffschlüssiger Verbindung und ein Fügeverfahren
WO2017210504A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 University Of South Carolina Welding head and method for use with polymeric components

Also Published As

Publication number Publication date
US20200307111A1 (en) 2020-10-01
CN111745976A (zh) 2020-10-09
US11173670B2 (en) 2021-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10011593B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer metallischen Konstruktion mit überlappt geschweißten Verbindungsbereichen
DE102012008798B4 (de) Verfahren zum Fügen sowie Verbindungselement
DE102015106563B4 (de) Verfahren zum Verbinden von faserverstärkten Strukturbauteilen
EP2429800A1 (de) Verfahren zum fügen von bauteilen
WO2017036444A1 (de) Neue fügetechnologie für mischverbindungen
EP3124162B1 (de) Verfahren zum herstellen von überlappungsstossschweissverbindungen und überlappungsstossschweissverbindung
DE102004045961B4 (de) Anordnung und Verfahren zum Herstellen einer Clip-Außenhautverbindung für ein Flugzeug mittels Schweißen
DE102010003356B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Verbundmaterial und Komponente für ein Bauteil aus einem Verbundmaterial
EP2763826B1 (de) Werkzeug zum herstellen eines lochs in einem bauteil
EP2720824A1 (de) SCHWEIßWERKZEUG MIT SCHULTER, SCHWEIßVERFAHREN SOWIE WERKSTÜCK
EP2578347A2 (de) Fügevorrichtung zum Verbinden von Strukturbauteilen eines Luftfahrzeuges
EP3450141B1 (de) Verfahren und system zum verbinden zweier flugzeugbauteile aus einem thermoplastischen verbundwerkstoff
EP3034276B1 (de) Bauteil mit stoffschlüssiger Verbindung und ein Fügeverfahren
EP1640111B1 (de) Verfahren zur Herstellung von geschweissten Strukturen
DE102015001151A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung
EP3880445B1 (de) Verfahren zum herstellen von flexiblen tubenkörpern für verpackungstuben, flexibler tubenkörper für verpackungstuben und vorrichtung zur herstellung von flexiblen tubenkörpern für verpackungstuben
WO2009077217A1 (de) NIETSCHWEIßVERFAHREN
DE102019107814A1 (de) Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, die einen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff aufweisen
DE102013223166A1 (de) Sonotrode zum Ultraschallschweißen, Ultraschallschweißanlage, Verfahren zum Ultraschallschweißen, sowie Schweißverbindung
EP4112279A1 (de) Verfahren und bauteilsegment zur herstellung eines versteiften flächigen bauteils für luftfahrzeuge, sowie luftfahrzeug
DE19906645A1 (de) Zentrifugalimpeller
DE102013223302A1 (de) Verfahren zur Reparatur von Composite-verstärkten metallischen Strukturen in Hybridbauweise
EP4094931B1 (de) Reparaturkörper und verfahren zur reparatur von beschädigungen einer sandwichstruktur
DE102016203805A1 (de) Verbindungsanordnung mit einem Verbindungselement aus einer Faser-Matrix-Pressmasse
DE102019214030A1 (de) Verfahren zum Einbringen eines Befestigungselements in einen Faserverbundwerkstoff, sowie Befestigungselement zum Einbringen in einem Faserverbundwerkstoff

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified