DE102019214026A1

DE102019214026A1 - Verfahren zur Abdichtung bzw. Verbindung von Bauteilen

Info

Publication number: DE102019214026A1
Application number: DE102019214026.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baranowski; Maik Broda; Markus FRANZEN; Pascal Rebmann
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2020-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 14. Mit der Erfindung wird ein vereinfachter und an die Bauteilgegebenheiten angepasster Verfahrensablauf ermöglicht. Weiterhin kann mit dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren eine Abdichtung und/oder Verbindung von relativ hoher Stabilität ausgebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 14.
Vielerlei industrielle Anwendungen und Bereiche erfordern Verfahren oder Möglichkeiten zum Verbinden und Abdichten von Bauteilen. Dies gilt insbesondere für den Kraftfahrzeugbau, denn insbesondere bei der Fertigung von Kraftfahrzeugen werden vielerlei verschiedene Komponenten und Bauteile miteinander verbunden und zusammengefügt. Je nach Bauteil ist es von entscheidender Bedeutung eine zuverlässige Abdichtung der miteinander verbundenen Bauteile an den Verbindungsstellen zu gewährleisten. Vorteilhaft scheinen insbesondere multifunktionelle Materialien zu sein, die beispielsweise gleichzeitig eine Verbindung von Bauteilen vermitteln und diese vor dem Eintrag von Feuchtigkeit oder Schmutz schützen können. Gerade bei Bauteilen von Kraftfahrzeugen ist eine zuverlässige Abdichtung von eminenter Bedeutsamkeit. Denn vielerlei der dort verbauten Bauteile müssen Maschinenkomponenten, elektronische Bauteile oder den Fahrzeuginnenraum, also letztlich die Fahrzeuginsassen, vor dem Kontakt mit Feuchtigkeit und Schmutz schützen. Gerade die Verbindungsstellen zwischen verschiedenen Bauteilen sind für einen Feuchtigkeits- und Schmutzeintrag in der Regel anfällig.
Zur Verbindung von Bauteilen werden in der Automobilindustrie häufig klassische Adhäsive bzw. Klebstoffe eingesetzt. Diese zeigen jedoch eine Reihe von Nachteilen. Zunächst bedingt eine akkurate Aufbringung der Adhäsive auf die Bauteile einen wesentlichen Arbeitsschritt, der mit einem deutlichen Zeit- und Kostenaufwand einhergeht. Die Aushärtungszeiten bzw. Trocknungszeiten der Adhäsive sind häufig lang und verringern die Fertigungsgeschwindigkeit. Oft ist auch eine zusätzliche Verwendung von Hitze- oder Strahlungsquellen erforderlich, ohne die die Adhäsive nicht aushärten. Auch dies ist ein bedeutender Kostenfaktor bei der Verbindung von Bauteilen im Rahmen der Kraftfahrzeugfertigung. Nachteilig erscheint es in diesem Zusammenhang auch, dass das gesamte, zwischen den Bauteilen verteilte Adhäsiv nur schwerlich von einer Hitze- und Strahlungsquelle gleichmäßig erreicht werden kann. Dies kann zu Inhomogenitäten im Aushärtungsprozess führen, was letztlich zu Beeinträchtigungen in der Belastbarkeit der Materialverbindungsstellen führen kann. Von großem Interesse für die Verwendung als adhäsives Verbindungs- oder Abdichtungsmedium sind sogenannte expandierbare Materialien, also jene Materialien die eine Volumenexpansion eingehen können. Solche Materialien können in Zwischenräume eingefügt werden und vor Ort expandieren, um eine Abdichtung oder Verbindung bereitzustellen.
Solche expandieren Materialien sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der US 2004/0266899 A1 . Die dort beschriebenen expandierbaren duroplastischen Stoffe umfassen Epoxidharze, fein verteiltes thermoplastisches Polymerpulver, Aufschäummittel sowie Härtungsmittel. Eingesetzt werden können die genannten Materialien insbesondere im Kraftfahrzeugbau, beispielsweise als Füllstoffe für Zwischenräume oder zur Verstärkung und Versteifung von Fahrzeugkomponenten. Zwar können die in der US 2004/0266899 A1 offenbarten Materialien materialverstärkende Eigenschaften aufweisen, jedoch nur bis zu einem bestimmten Belastungsgrad.
Adhäsive werden häufig in Form von Filmen verarbeitet, so beispielsweise in der US 6,861,138 B1 beschrieben. Die dort beschriebenen adhäsiven Filme können durch Hitzeeintrag aktiviert werden und können elektrisch leitfähig sein. Derartigen Filmen mangelt es häufig an einer ausreichenden mechanischen Belastbarkeit, die für eine Verbindung von jenen Bauteilen erforderlich sind, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen bereitzustellen, insbesondere von Bauteilen eines Kraftfahrzeugs, welches einen vereinfachten und an die Bauteilgegebenheiten angepassten Verfahrensablauf ermöglicht und vermöge dessen eine Abdichtung und/oder Verbindung von relativ hoher Stabilität ausgebildet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und 14 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen vorgeschlagen. Dabei kann es sich insbesondere um Bauteile eines Kraftfahrzeugs handeln. Gleichermaßen kann das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren zur Abdichtung und/oder Verbindung anderweitiger Bauteile verwendet werden. Dabei kann es sich um Bauteile von Fahrzeugen, beispielsweise radschienengebundenen Fahrzeugen, Luftfahrzeugen oder Schifffahrzeugen handeln. Gleichermaßen kann das Verfahren zur Abdichtung und/oder Verbindung von Maschinenbauteilen oder Bauteilen aus der Gebäude- oder Sanitärtechnik handeln. Das Verfahren kann prinzipiell zur Abdichtung und/oder Verbindung von Bauteilen jeglicher Art zum Einsatz kommen. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf bestimmte Bauteile bzw. Bauteiltypen beschränkt.
Nach einer ersten Verfahrensvariante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:

a. Anordnen eines Verbindungsmediums auf einem ersten Bauteil, wobei das Verbindungsmedium eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Fasern aufweist;
b. Einbringen einer elektrischen Spannung in das Verbindungsmedium über eine elektrische Kontaktierung, wobei mit der Einbringung der elektrischen Spannung eine Wärmeerzeugung in dem Verbindungsmedium einhergeht;
c. in Folge der Wärmeerzeugung: Ausdehnen des Verbindungsmediums in Richtung eines zweiten Bauteils unter Bereitstellung einer Abdichtung und/oder Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil;
d. Lösen der elektrischen Kontaktierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine in-situ Abdichtung bzw. in-situ Verbindung von Bauteilen. Durch die initiale Anordnung des Verbindungsmediums auf einem ersten Bauteil und die in Folge eines Wärmeeintrags resultierende Materialausdehnung des Verbindungsmediums in Richtung eines zweiten Bauteils ist es möglich, auch jene Bauteilkombinationen abzudichten bzw. zu verbinden, die in einer übergeordneten Konstruktion, beispielsweise einem Fahrzeug, bereits vormontiert oder positionsfest angeordnet sind. Das Verbindungsmedium dehnt sich in diesem Fall ausgehend von einem ersten positionsfest angeordneten Bauteil bis zum Erreichen eines zweiten positionsfest angeordneten Bauteils aus. Bei der Ausdehnung wird das Volumen des Verbindungsmediums vergrößert. Sobald das sich ausdehnende Verbindungsmedium in Kontakt mit dem zweiten Bauteil tritt, bauen sich zwischen dem Verbindungsmedium und dem ersten und zweiten Bauteil Materialspannungen, insbesondere Druckspannungen auf. Die auftretenden Druckspannungen können für einen passförmigen Sitz, beispielsweise einen Presssitz, des Verbindungsmediums zwischen dem ersten und zweiten Bauteil sorgen. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der ersten Verfahrensvariante insbesondere deshalb, da sich das Verbindungsmedium durch dessen Ausdehnung an die Oberfläche des ersten und zweiten Bauteils anschmiegt. Unproblematisch kann das erfindungsgemäße Verfahren also zur Abdichtung und/oder Verbindung von profilierten oder unebenen Bauteilen verwendet werden.
Das Verfahren kann manuell oder maschinell erfolgen. Entsprechend ist das gesamte Verfahren manuell oder maschinell durchführbar. Die maschinelle Durchführung des Verfahrens kann vollautomatisiert oder halbautomatisiert erfolgen.
Die in die Kunststoffmatrix des Verbindungsmediums eingebetteten Fasern erfüllen im Wesentlichen zwei Funktionen. Zum einen eine mechanische Stabilisierung des Verbindungsmediums und zum anderen bieten sie die Möglichkeit einer elektrischen Kontaktierung des Verbindungsmediums, jedoch nur sofern es sich bei den Fasern um elektrisch leitfähige Fasern handelt. In Folge der elektrischen Kontaktierung können sich die Fasern erwärmen, wodurch eine Wärmeeinbringung in das Verbindungsmedium und somit letztlich eine Volumenausdehnung gewährleistet wird.
Die in die Kunststoffmatrix eingebetteten Fasern führen wie bereits erwähnt zu einer mechanischen Verstärkung des Verbindungsmediums im Sinne eines faserverstärkten Kunststoffs bzw. Verbundwerkstoffs. Sowohl im nicht ausgedehnten Zustand, als auch im ausgedehnten Zustand können die Fasern das Verbindungsmedium verstärken.
Beispielsweise kann es sich bei dem Verbindungsmedium um ein unidirektionales (UD) Tape handeln, das Verbindungsmedium weist also eine bandform auf. Bei einem solchen UD-Tape handelt es sich um ein Band mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern, wobei die Fasern in eine Kunststoffmatrix, beispielsweise eine Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff eingebettet sind. Ein UD-Tape kann dabei einlagig oder mehrlagig aufgebaut sein. Laminate, die aus mehreren UD-Tape Schichten zusammengesetzt sind, weisen eine im Vergleich zu einem einlagigen UD-Tape zusätzlich erhöhte mechanische Stabilität und Belastbarkeit auf. UD-Tapes sind einer thermischen Umformung zugänglich und können im Wege eines Spritzgießprozesses überspritzt werden. Auch können UD-Tapes im Wege eines „Additive Manufacturing-Prozess“ bedruckt werden. Bei den Fasern handelt es sich vorzugsweise um Endlosfasern.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und den nachfolgend aufgeführten vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindungen angegeben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den Fasern um Endlosfasern, die homogen oder statistisch in der Kunststoffmatrix verteilt sind. Wie bereits erwähnt lässt sich die mechanische Stabilität eines mit solchen Fasern versehenen Verbindungsmediums weiter erhöhen. Besonders bevorzugt ist dabei jedoch eine homogene Verteilung der Fasern in der Kunststoffmatrix. Dadurch kann eine besonders hohe mechanische Stabilität erzielt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Auswahl der Fasern aus einem oder mehreren der folgenden Fasertypen: Kohlenstofffasern, Glasfasern, Metallfasern und/oder Kunststofffasern. Die Auswahl der Fasern richtet sich insbesondere danach, ob die Einbringung der elektrischen Spannung in das Verbindungsmedium unmittelbar über eine Kontaktierung der Fasern erfolgen soll. In diesem Fall müssen die Fasern elektrisch leitfähig sein, was für Kohlenstofffasern und Metallfasern gegeben ist. Glasfasern und Kunststofffasern können mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet sein und somit ebenfalls unmittelbar elektrisch kontaktiert werden. Prinzipiell kommt jedwedes Fasermaterial in Betracht, solange bei einer gewünschten unmittelbaren elektrischen Kontaktierung der Fasern eine elektrische Leitfähigkeit der Fasern gewährleistet ist. Auch mit einem leitfähigen Material beschichtete Aramidfasern, Zementfasern oder mineralische Fasern können in diesem Fall eingesetzt werden. Eine adäquate Beschichtung kann beispielsweise über eine Beschichtung der Fasern mit Metallnanopartikeln oder Metallschichten gegeben sein. In jenem Falle, in denen die Fasern nicht unmittelbar elektrisch kontaktiert werden, müssen die Fasern nicht leitfähig sein.
Wie bereits angedeutet kann das Verbindungsmedium zur Einbringung der elektrischen Spannung im Verfahrensschritt c. über elektrische Kontaktmittel kontaktiert werden, wobei die Kontaktmittel während der elektrischen Kontaktierung mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Als Kontaktmittel kommt eine mit metallischen Stiften versehene Kontakteinheit in Betracht, auch einzelne metallische Stifte können dazu vorgesehen sein. Die Stifte können beispielsweise aus Kupfer, Bronze oder Messing gefertigt sein. Auch können die Stifte aus anderen Werkstoffen gefertigt und mit einem leitfähigen Material beschichtet sein. Mögliche Beschichtungsmaterialien sind hierbei Gold, Silber, Zinn und Chrom. Maßgebliches Kriterium bei der Auswahl des Stiftmaterials ist die Gewährleistung eines stabilen Kontaktwiderstandes.
Die Kontakteinheit bzw. die metallischen Stifte können klemmenartig angeordnet sein und das Verbindungsmedium bzw. das UD-Tape von zwei Seiten unter Einklemmung des Verbindungsmediums bzw. UD-Tapes kontaktieren. In diesem Falle ist die Kontakteinheit als mit Kontaktstiften versehene Klemme ausgebildet. Bei der Klemme kann es sich beispielsweise um eine Federkraftklemme oder eine Schraubklemme handeln. Die metallischen Stifte können in Richtung des Verbindungsmediums angeschrägt sein und eine zahnartige Form aufweisen. Damit ist gewährleistet, dass die Kontaktstifte ohne großen Kraftaufwand durch die Kunststoffmatrix hindurchgestochen werden können und die elektrisch leitfähigen Fasern unmittelbar kontaktieren.
Die vorangehend erläuterte Verwendung elektrisch leitfähiger Fasern ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Kontaktmittel unmittelbar die elektrisch leitfähigen Fasern kontaktieren sollen.
In Folge der elektrischen Kontaktierung heizen sich die elektrisch leitfähigen Fasern auf. Die Wärme wird auf die umgebende Kunststoffmatrix und somit auf das Verbindungsmedium übertragen. Durch den Wärmeeintrag kann sich das Verbindungsmedium, insbesondere also das UD-Tape, ausdehnen. Das UD-Tape unterliegt sodann einer Volumenexpansion. Die Expansion kann gleichmäßig oder gerichtet verlaufen. Mit einer direkten Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Fasern kann eine effiziente Wärmeübertragung auf das Verbindungsmedium erzielt werden.
In vorteilhafter Weise wird auf dem ersten Bauteil ein halbfertiges UD-Tape angeordnet, d.h. es handelt sich um ein noch nicht vollständig gefertigtes UD-Tape. Insbesondere kann durch die in Folge der elektrischen Kontaktierung der in dem halbfertigen UD-Tape vorliegenden elektrisch leitfähigen Fasern entstehende Wärme eine Vernetzungsreaktion bzw. Polymerisationsreaktion ausgelöst werden, die mit einer Volumenexpansion des Materials einhergeht. Die entstehende Wärme liefert die für die Reaktion notwendige Reaktionswärme bzw. die initiale Reaktionsenergie zum Start der Vernetzungsreaktion bzw. Polymerisationsreaktion.
Anstelle der elektrisch leitfähigen Fasern oder zusätzlich zu den elektrisch leitfähigen Fasern können in dem Verbindungsmedium elektrisch leitfähige Füllstoffe vorgesehen sein, die mittels der Kontaktmittel kontaktiert werden. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung des Verbindungsmediums erleichtert werden, weil eine genaue Kontaktierung der einzelnen Fasern umgangen werden kann. Bei den elektrisch leitfähigen Füllstoffen kann es um anorganische Partikel und/oder um Metallpartikel handeln. Auch leitfähige Kunststoffe oder mineralische Pasten kommen als Füllstoffe in Betracht.
Sind zusätzlich zu den elektrisch leitfähigen Füllstoffen auch elektrisch leitfähige Fasern in dem Verbindungsmedium vorhanden, so sind mittelbar auch die elektrisch leitfähigen Fasern im Wege einer Leitungsübertragung der angewandten elektrischen Spannung ausgesetzt. Die alleinige Verwendung eines elektrisch leitfähigen Füllstoffs bei gleichzeitiger Verwendung nicht leitfähiger Fasern, kann Kostenvorteile mit sich bringen. Denn elektrisch nicht leitfähige Fasern (z.B. Zementfasern) sind in der Regel günstiger in ihren Herstellungs- und Beschaffungskosten als elektrisch leitfähige Fasern (wie beispielweise Kohlenstofffasern).
Die Kunststoffmatrix selbst umfasst vorzugsweise ein auf Epoxid, Elastomer und/oder Ethylen-Vinylacetat basierendes Material. Dabei handelt es sich um härtbare Harze (sogenannte Reaktionsharze), die mit einem geeigneten Härtungsmittel zu duroplastischen bzw. elastomeren Kunststoffen umgesetzt werden können. Das Härtungsmittel ist bspw. der Polymerisationspartner des Epoxidharzes. Als Härtungsmittel kommen beispielsweise saure Härter wie Hexahydrophthalsäureanhydrid in Betracht, da die Aushärtungsreaktion bei Verwendung dieses Härtungsmittels bei höheren Temperaturen stattfindet, z.B. zwischen 120°C und 160°C. Bei Ethylen-Vinylacetat (EVA) handelt es sich um ein aus Ethylen und Vinylacetat gebildetes Copolymer. Je nach Vinylacetat-Anteil können sich die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Copolymers unterscheiden. Bei einem hohen Anteil von Vinylacetat ähnelt das Copolymer einem kautschukähnlichen Elastomer.
Entscheidender Faktor bei der Auswahl der Kunststoffmatrix ist, dass im Wege des durch die elektrische Kontaktierung induzierten Wärmeeintrags eine chemische Reaktion, beispielsweise eine Vernetzungsreaktion oder Polymerisationsreaktion ausgelöst wird, welche das Volumen des Verbindungsmediums erhöht. Dazu können in der Kunststoffmatrix weitere Bestandteile vorgesehen sein, beispielsweise Kunststoffmonomere, die an einer solchen Vernetzungs- oder Polymerisationsreaktion beteiligt sind. Auch Initiatormoleküle können Bestandteil der Kunststoffmatrix sein, wobei die Initiatormoleküle im Wege der Aufbringung eines Wärmeeintrags den Start einer Vernetzungsreaktion oder einer Polymerisationsreaktion unter Volumenausdehnung des Materials initiieren. Alternativ oder zusätzlich können in der Kunststoffmatrix aufschäumende oder aufquellende Materialien vorgesehen sein, die im Wege der Wärmeeinbringung aufschäumen oder aufquellen und damit das Volumen des Verbindungsmediums erhöhen.
Ein weiterer Vorteil des der Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens kann sich daraus ergeben, dass die Kontaktmittel nach dem Lösen der elektrischen Kontaktierung in dem Verbindungsmedium verbleiben. Beispielsweise können in das Verbindungsmedium hineinragende oder eingebettete Kontaktstifte nach der Beendigung der Volumenausdehnung bzw. nach Beendigung der chemischen Reaktion in dem Medium verbleiben. Dadurch wird vermieden, durch ein Herausziehen der Kontaktstifte das Verbindungsmedium und damit die bereitgestellte Abdichtung bzw. Verbindung zwischen beiden Bauteilen zu beschädigen bzw. zu beeinträchtigen.
Nach einer zweiten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a. Anordnen eines Verbindungsmediums auf einem ersten Bauteil, wobei das Verbindungsmedium eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Fasern aufweist;
b. Zusammenpressen des ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil unter gleichzeitiger Kompression und/oder Verteilung des Verbindungsmediums;
c. Einbringen einer elektrischen Spannung in das Verbindungsmedium über eine elektrische Kontaktierung, wobei mit der Einbringung der elektrischen Spannung eine Wärmeerzeugung in dem Verbindungsmedium einhergeht;
d. in Folge der Wärmerzeugung: Aushärten des Verbindungsmediums unter Bereitstellung einer Abdichtung und/oder Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil;
e. Lösen der elektrischen Kontaktierung.

Wesentlicher Unterschied zur ersten Verfahrensvariante ist zunächst, dass beide Bauteile nach der Anordnung des Verbindungsmediums zusammengepresst werden, und sich das Verbindungsmedium nicht ausgehend von einem Bauteil in Richtung eines weiteren Bauteils ausdehnt. Zusammenpressen kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass eines der Bauteile, z. B. das erste Bauteil, positionsfest angeordnet ist und das andere Bauteil, z. B. das zweite Bauteil, gegen das erste Bauteil gedrückt bzw. gepresst wird. Gleichsam können beide Bauteile im Wege des Zusammenpressens aufeinander zu bewegt werden. Das Zusammenpressen kann manuell oder maschinell erfolgen. Entsprechend ist das gesamte Verfahren manuell oder maschinell durchführbar. Die maschinelle Durchführung des Verfahrens kann vollautomatisiert oder halbautomatisiert erfolgen. Entsprechend können mit dem Verfahren Bauteile abgedichtet oder verbunden werden, bei denen eines der Bauteile bereits in ein übergeordnetes Bauteilsystem, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, positionsfest integriert ist. Das Verbindungsmedium wird in diesem Fall auf dem positionsfesten Bauteil angeordnet, und ein weiteres Bauteil gegen das positionsfeste Bauteil gedrückt bzw. gepresst. Gleichermaßen können beide Bauteile - sofern es sich nicht um positionsfeste Bauteile handelt - in einer Maschine angeordnet und gegeneinandergepresst werden. Ebenfalls kann eines der Bauteile in einer entsprechenden Halterung positionsfest angeordnet werden und das andere Bauteil mittels einer Maschine gegen das positionsfest gehaltene Bauteil gepresst werden.
Während des Zusammenpressens wird das auf dem ersten Bauteil angeordnete Verbindungsmedium unter Einwirkung des beim Zusammenpressen mit dem zweiten Bauteil entstehenden Drucks komprimiert und/oder verteilt. Durch die Verteilung wird die Kontaktfläche des Verbindungsmediums zu beiden Bauteilen erhöht. Wie an späterer Stelle noch ausgeführt wird, kann das Verbindungsmedium adhäsive Eigenschaften aufweisen, es kann also als Klebstoff bzw. Haftvermittler zwischen beiden Bauteilen wirken. Gleichsam kann das Verbindungsmedium auch eine lediglich abdichtende Funktion aufweisen, in diesem Fall steht das Verbindungsmedium zwar in unmittelbarem Materialkontakt mit beiden Bauteilen, führt jedoch nicht zu einem Aneinanderhaften beider Bauteile. Die gegenseitige Befestigung der Bauteile kann dann auf anderem Wege bereitgestellt werden, beispielsweise durch Klebstoffe oder mechanische Haltemittel.
Durch die Einbringung der elektrischen Spannung in das Verbindungsmedium wird in dem Verbindungsmedium Wärme erzeugt. Die entstehende Wärme induziert einen Aushärteprozess des Verbindungsmittels. Im Wege des Aushärteprozesses kann eine Materialverbindung, beispielsweise eine stoffschlüssige Materialverbindung des Verbindungsmediums zu den Bauteilen ausgebildet werden. Auch kann das ausgehärtete Verbindungsmedium lediglich eng an den Bauteilen anliegen und so eine Abdichtung bereitstellen.
Unter dem Terminus des „Aushärtens“ kann im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Veränderung der Fließfähigkeit des Verbindungsmediums verstanden werden. Das Verbindungsmedium kann sich beim Anordnen auf dem ersten Bauteil in einem zumindest teilweise fließfähigen, im Allgemeinen also flüssigen Zustand befinden. Beim nachfolgenden Aushärten wird die Fließfähigkeit des Verbindungsmediums reduziert.
Bevorzugt bedeutet Aushärten der Auftragsmasse im Kontext der vorliegenden Erfindung, dass die Fließfähigkeit des Verbindungsmediums auf Null reduziert wird. Weiterhin kann unter dem Terminus des „Aushärtens“ eine Veränderung der chemischen Struktur des Verbindungsmediums verstanden werden, d.h. es kann eine chemische Aushärtereaktion stattfinden. Dabei kann das Verbindungsmedium vor dem Aushärten auch einen festen Materialzustand annehmen. In Folge der Aushärtung können sich dann beispielsweise die elastischen Eigenschaften des Verbindungsmediums ändern. Auch andere physikalisch-chemische Eigenschaften können sich im Wege der Aushärtung verändern, beispielsweise der Glaszustand.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, die gleichsam für die erste und zweite Verfahrensvariante gelten und bereits im Rahmen der Vorteilsbeschreibung zur ersten Verfahrensvariante diskutiert wurden, sind nachfolgend nochmals kurz aufgeführt, ohne dabei wiederholt auf die einzelnen Vorteile einzugehen. Hinsichtlich der Vorteile einzelner Ausgestaltungen sei auf die vorangehenden Ausführungen verwiesen. Jene vorteilhaften Ausgestaltungen, die sich ausschließlich auf die zweite Verfahrensvariante beziehen, sind nachfolgend gesondert diskutiert.
Wie bei der ersten Verfahrensvariante kann es sich bei den Fasern um Endlosfasern handeln, die homogen oder statistisch in der Kunststoffmatrix verteilt sind. Insbesondere kommen dabei die folgenden Fasertypen in Frage: Kohlenstofffasern, Glasfasern, Metallfasern und/oder Kunststofffasern. Bei den Fasern kann es sich um elektrisch leitfähige Fasern handeln. Die elektrische Leitfähigkeit kann durch den Faserwerkstoff selbst gegeben sein, oder durch eine auf die Fasern aufgebrachte Beschichtung, beispielsweise eine metallische Beschichtung in Form von Metallnanopartikeln oder einem Metallfilm.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kunststoffmatrix ein Epoxidharz, Polyurethan und/oder Polyesterharz umfassen. Die bei der elektrischen Kontaktierung des Verbindungsmediums entstehende Wärme induziert eine Aushärtung bzw. Aushärtungsreaktion in der Kunststoffmatrix. Die Aushärtung kann eine Evaporation von in der Kunststoffmatrix enthaltenem Lösungsmittel oder eine durch die Wärme ausgelöste Vernetzungs- oder Polymerisationsreaktion von in der Kunststoffmatrix enthaltenen Komponenten umfassen. Durch die im Wege der elektrischen Kontaktierung in das Verbindungsmedium eingebrachte Wärme wird eine reaktive Aushärtung der Kunststoffmatrix hervorgerrufen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verbindungsmedium bandförmig oder kabelförmig sein. Bei einer Ausgestaltung in Bandform handelt es sich bei dem Verbindungsmedium vorzugsweise um ein UD-Tape. Im Rahmen der zweiten Verfahrensvariante ist es jedoch von besonderem Vorteil, das Verbindungsmedium als extrudiertes Kabel auszugestalten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das kabelförmige Verbindungsmedium in einer an dem ersten Bauteil ausgebildeten Nut angeordnet werden. Dabei ragt das kabelförmige Verbindungsmedium nach dem Anordnen in der Nut in Bezug auf eine an die Nut angrenzende Oberfläche des ersten Bauteils aus der Nut heraus. Gleichsam kann die Nut auch an dem zweiten Bauteil vorgesehen sein, entscheidend ist, dass an einem der beiden zu verbindenden oder abzudichtenden Bauteile eine Nut zum Einlegen und fixieren des kabelförmigen Verbindungsmediums vorgesehen ist. Die Anordnung des kabelförmigen Verbindungsmediums in einer Nut ist vorteilhaft, da dadurch eine exakte Anordnung des Verbindungsmediums in gewünschten Stellen des Bauteils ermöglicht wird.
Durch die Anordnung einer Nut in einem der Bauteile können die zu verklebenden Stellen der Bauteile vorgegeben werden. Dies ist essentiell für eine effiziente Verbindung und Fixierung beider Bauteile. Da das Verbindungsmedium adhäsive Eigenschaften aufweisen kann, kann es die Bauteile im Sinne eines „Klebstoffes“ oder eines „Haftvermittlers“ verbinden bzw. fixieren. Durch die vorgegebene Nut und die darauffolgende Anordnung des Verbindungsmediums in der Nut, kann das Verbindungsmedium an jenen Stellen angeordnet werden, die für eine adäquate Klebeverbindung beider Bauteile am besten geeignet sind. Insbesondere können die Nut und das Verbindungsmedium an jenen Stellen der Bauteile vorgesehen sein, die für eine ausgeglichene Last- und Kraftverteilung notwendig sind. Denn sofern das Verbindungsmedium gleichmäßig zwischen beiden Bauteilen verteilt ist, sind auch die Haltekräfte zwischen beiden Bauteilen gleichmäßig verteilt. Die Anordnung des Verbindungsmediums in einer Nut ermöglicht - im Vergleich zu einer vollflächigen Verteilung des Verbindungsmediums auf den zu verbindenden Bauteilflächen - eine deutliche Materialeinsparung. Gleichwohl ist das Verbindungsmedium durch die vorgegebene Nut gleichmäßig zwischen den Bauteilen verteilt. Die Vorgabe der Nutposition ermöglicht Konstruktionsingenieuren eine Anpassung der gewünschten Bauteil-Verbindungsstellen an die jeweils vorliegenden konstruktiven Gegebenheiten der Bauteile. Weiterhin führt die Anordnung des Verbindungsmediums in der im ersten Bauteil vorgesehenen Nut dazu, dass das Verbindungsmedium bei Bewegungen des Bauteils, z. B. von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort, nicht verrutscht und an Ort und Stelle verbleibt. Beispielsweise kann das erste Bauteil in einer Produktionsstätte an einer ersten Station mit dem Verbindungsmedium in der Nut versehen werden. Daraufhin kann ein Transport zu einer zweiten Station stattfinden, beispielsweise über ein Transportband oder einen Roboterarm. In der zweiten Station kann das zweite Bauteil mit dem ersten Bauteil zusammengepresst werden. Dabei ist entscheidend, dass das Verbindungsmedium beim Transport von der ersten in die zweite Station nicht verrutscht, was durch die Nut gewährleistet ist.
Bestandteil der zu verbindenden Bauteile können für die Verbindung der Bauteile vorgesehene Verbindungsflansche sein. Entsprechend kann die Nut in dem Verbindungsflansch eines der Bauteile vorgesehen sein. Bei der Verbindung der Bauteile liegen die Verbindungsflansche gegeneinander an, wobei sich das Verbindungsmedium in Folge des Zusammenpressens zwischen den Bauteilen in den an die Nut angrenzenden Bereichen des ersten Bauteils und der der Nut gegenüberliegenden Bereiche des zweiten Bauteils verteilt. Bei den genannten Bereichen kann es sich um Abschnitte der Verbindungsflansche handeln. Da das kabelförmige Verbindungsmedium nach dem Anordnen in der Nut in Bezug auf die an die Nut angrenzende Oberfläche des ersten Bauteils aus der Nut herausragt, verteilt sich das Verbindungsmedium beim Kontakt mit dem zweiten Bauteil bzw. beim Zusammenpressen des ersten und zweiten Bauteils. Die Verteilung kann im Bereich der Verbindungsflansche stattfinden.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei dem Verbindungsmedium um ein extrudiertes Kabel. Dieses Kabel wird im Verfahrensschritt c. gemäß der zweiten Verfahrensvariante zur Einbringung der elektrischen Spannung an zumindest einem Kabelende über elektrische Kontaktmittel kontaktiert, wobei die Kontaktmittel während der elektrischen Kontaktierung mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Die Kontaktmittel können gemäß der ersten Verfahrensvariante ausgestaltet sein, beispielsweise als eine mit Kontaktstiften versehene Kontakteinheit.
Dabei können die Kontaktmittel unmittelbar die elektrisch leitfähigen Fasern kontaktieren. Weiterhin können in dem Verbindungsmedium elektrisch leitfähige Füllstoffe vorgesehen sein, die mittels der Kontaktmittel kontaktiert werden. Im letzteren Fall müssen keine zusätzlichen elektrisch leitfähigen Fasern vorliegen, da über die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Füllstoffe ebenfalls die für den Start der Aushärtungsreaktion erforderliche Wärme bzw. Aktivierungsenergie in das Verbindungsmedium eingebracht wird. Aber auch eine zusätzliche Anordnung elektrisch leitfähiger Fasern nebst den elektrisch leitfähigen Füllstoffen stellt eine mögliche Ausgestaltungsvariante dar. Bei den elektrisch leitfähigen Füllstoffen kann es sich um anorganische Partikel und/oder um Metallpartikel handeln.
Wie bei der ersten Verfahrensvariante, kann auch bei der zweiten Verfahrensvariante vorgesehen sein, dass die Kontaktmittel nach dem Lösen der elektrischen Kontaktierung in dem Verbindungsmedium verbleiben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung geht das Verbindungsmedium während des Aushärtens eine stoffschlüssige Materialbindung mit dem ersten und zweiten Bauteil ein. Einerseits kann dies aus den adhäsiven, d.h. klebenden Eigenschaften des Verbindungsmediums resultieren, andererseits ist aber auch vorstellbar, dass sich die in das Verbindungsmedium in Folge der elektrischen Kontaktierung eingebrachte Wärme auf das erste und zweite Bauteil überträgt. Vorstellbar ist, dass Oberflächenbestandteile des ersten und zweiten Bauteils in Folge der Wärmeeinbringung zumindest teilweise aufschmelzen und sich mit dem Verbindungsmedium, beispielsweise der Kunststoffmatrix, verbinden. Mit Verbindung kann gleichsam eine chemische Bindung, wie auch eine physikalische oder physikalisch-chemische Wechselwirkung gemeint sein. Bei den letztgenannten Fällen handelt es sich um stoffschlüssige Verbindungen. Unabhängig davon, ob es sich um eine stoffschlüssige Materialbindung handelt, wird die Materialbindung durch die Aushärtung des Verbindungsmediums vervollständigt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verbindungsmedium nach dem Aushärten eine Dichtung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil bereitstellen. In jenem Falle, bei dem das Verbindungsmedium eine stoffschlüssige Materialbindung mit dem ersten und zweiten Bauteil eingeht, kann das Verbindungsmedium zusätzlich eine Dichtung zwischen den Bauteilen bereitstellen. Auch kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsmedium keine Materialbindung mit dem ersten und zweiten Bauteil eingeht, sondern nur eng an diesen anliegt. Sodann kann es die alleinige Aufnahme einer Dichtung aufweisen, wobei auch in diesem Fall eine (lösbare bzw. in einem reinen Anliegen bestehende) Verbindung zwischen beiden Bauteilen vorliegt.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren können mit sämtlichen vorangehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen kombiniert werden, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe, wie „umfassend“, „aufweisen“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe „ein“ oder „das“, die auf einer Einzahl von Schritten oder Merkmalen beruhen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus und umgekehrt.
Weitere Vorteile der Erfindung sind anhand zweier nachfolgend beschriebener Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es zeigen:

1 a-c eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs nach einer ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der elektrischen Kontaktierung des Verbindungsmediums als Teil des Verfahrens nach der ersten Ausführungsva ria nte;
3 eine Übersichtsdarstellung wesentlicher in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einer zweiten Ausführungsvariante eingesetzter Komponenten;
4 in einer Draufsicht dargestellte Details des ersten Bauteils samt Verbindungsmedium wie es im Rahmen des Verfahrens nach der zweiten Ausführungsvariante eingesetzt wird;
5 eine schematische Darstellung der elektrischen Kontaktierung des Verbindungsmediums als Teil des Verfahrens nach der zweiten Ausführungsvariante;
6a-f eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs nach der zweiten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung.

Die 1a-1c zeigen in schematischen Darstellungen den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der ersten Verfahrensvariante. Wie in der Beschreibungseinleitung bereits ausführlich beschrieben, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen 1, 2. Dabei kann es sich insbesondere um Bauteile eines Kraftfahrzeugs handeln.
Wie in der Schnittdarstellung nach 1a wiedergegeben, wird ein Verbindungsmedium 3 auf einem ersten Bauteil 1 angeordnet. Gemäß der ersten Verfahrensvariante kann es sich bei dem Verbindungsmedium 3 insbesondere um ein unidirektionales (UD) Tape handeln. Dieses umfasst eine Kunststoffmatrix 4 sowie in die Kunststoffmatrix 4 eingebettete Fasern 5. Bei den Fasern 5 kann es sich um elektrisch leitfähige Endlosfasern handeln, beispielsweise Kohlenstofffasern. Die Fasern 5 können homogen in der Kunststoffmatrix 4 verteilt sein. Auch eine statistische, d.h. ungeordnete Verteilung ist möglich. Beispielhaft ist eine statistische Verteilung der Fasern 5 in der Kunststoffmatrix 4 dargestellt. Die Fasern 5 können sich entlang der Längs- oder Querrichtung des Tapes erstrecken.
Nach der Anordnung des Verbindungsmediums 3 auf dem ersten Bauteil 1, wird das Verbindungsmedium über geeignete Kontaktmittel 6 elektrisch kontaktiert. Dies kann beispielweise an einem Ende des Verbindungsmediums 3 bzw. Tapes erfolgen, welches über den Rand des ersten Bauteils 1 hinausragt (1b). Die Kontaktmittel 6 können unterschiedlich ausgestaltet sein. Entscheidend ist die Bereitstellung eines elektrischen Kontakts mit dem Verbindungsmedium, dies bedeutet, dass auf irgendeine Art und Weise eine elektrischen Spannung U in das Verbindungsmedium 3 eingebracht wird. In 1b ist schemenhaft eine Kontaktiereinheit 7 dargestellt, die mit einer Spannungsquelle 9 verbunden ist und vermöge dessen eine elektrische Spannung U in das Verbindungsmedium 3 eingebracht wird. Bestandteil der Kontaktiereinheit 7 sind - gemäß dem dargestellten Beispiel - zahnförmige Kontaktstifte 8, die in Richtung des Verbindungsmediums 3 spitz zulaufen. Die Kontaktstifte 8 können in das Verbindungsmedium 3 bzw. das Tape eingestochen werden und dieses Kontaktieren. Sofern elektrisch leitfähige Fasern 5 in dem Verbindungsmedium 3 vorliegen, können diese direkt über die Kontaktstifte 8 kontaktiert werden, sodass eine eingebrachte Spannung U unmittelbar auf die Fasern 5 wirkt. Alternativ oder zusätzlich können in der Kunststoffmatrix 4 des Verbindungsmediums 3 elektrisch leitfähige Füllstoffe enthalten sein. In diesem Fall kann auch die Kunststoffmatrix 4 elektrisch über die Kontaktstifte 8 kontaktiert werden, eine Direktkontaktierung der Fasern 5 ist dann nicht erforderlich. Die Kontaktiereinheit 7 kann klemmenartig ausgebildet sein, wobei das Verbindungsmedium 3 bzw. das Tape zwischen Kontaktstiften 8 eingeklemmt und kontaktiert wird. Die Klemmkräfte halten die Kontaktstifte 8 in ihrer Position und gewährleisten eine zuverlässige Kontaktierung. Die Kontaktiereinheit 7 kann im Sinne einer Feder- oder Schraubklemme ausgebildet sein. Durch die elektrische Kontaktierung des Verbindungsmediums 3 wird in diesem Wärme erzeugt, sodass sich das Verbindungsmedium 3 bzw. die darin enthaltenen Fasern 5 und/oder die Kunststoffmatrix 4 aufheizen.
Wie in der 1c illustriert, dehnt sich das Verbindungsmedium 3 in Folge der elektrischen Kontaktierung bzw. der Wärmeeinbringung in Richtung des zweiten Bauteils 2 aus. Auch kann es sich in weiteren Richtungen ausdehnen. In Folge der Ausdehnung des Verbindungsmediums wird ein Kontakt zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 über das Verbindungsmedium 3 hergestellt. Das Verbindungsmedium 3 bzw. UD Tape kann adhäsive Eigenschaften aufweisen und eine feste Verbindung zwischen beiden Bauteilen 1, 2 gewährleisten. In diesem Fall werden die Bauteile 1, 2 über das Verbindungsmedium 3 aneinander befestigt. Zusätzlich kann das Verbindungsmedium 3 auch abdichtende Eigenschaften aufweisen und eine Dichtung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2 bereitstellen. Sofern die Bauteile 1, 2 über das Verbindungsmedium 3 aneinander befestigt werden, kann das Verbindungsmedium zusätzlich eine Abdichtung bereitstellen. Ferner kann das Verbindungsmedium eine Abdichtung zwischen beiden Bauteilen 1, 2 bereitstellen, wenn die Bauteile 1, 2 nicht über das Verbindungsmedium 3 aneinander befestigt sind. Im letzteren Fall liegt das die Bauteile 1, 2 abdichtende Verbindungsmedium passförmig zwischen beiden Bauteilen. In Folge der Materialausdehnung des Verbindungsmediums 3 können interne Materialspannungen bzw. Drücke gegen die Bauteile 1, 2 wirken, wodurch ein besonders fester Sitz, beispielsweise nach Art eines Presssitzes, erfolgen kann.
Die Kontaktierung des Verbindungsmediums 3 über die Kontaktmittel 6 sind in der 2 nochmals vergrößert dargestellt. Wie die Figur zu erkennen gibt, kann die Kontaktiereinheit 7 mehrere Kontaktstifte 8 aufweisen. Diese können an geeigneten Trägerplatten 10 vorgesehen bzw. befestigt sein. Die Kontaktstifte 8 können aus Metall gefertigt sein oder eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweisen. Die Kontaktstifte 8 können zahnförmig ausgebildet sein. Sofern mehrere zahnartige Kontaktstifte 8 an der Kontaktiereinheit 7 vorgesehen sind, so sind diese über einen an der Trägerplatte 10 ausgebildeten Zahngrund 11 voneinander getrennt. Ausgehend von dem Zahngrund 11 laufen die Kontaktstifte 8 in Richtung des Verbindungsmediums 3 spitz zu. Die Form der Zähne wird durch Zahnflanken 12 definiert. Auch eine einfache zylindrische, d.h. stabförmige Ausgestaltung der Kontaktstifte 8 ist möglich.
In der 3 sind in einer Übersichtsdarstellung wesentliche in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der zweiten Verfahrensvariante eingesetzte Komponenten wiedergegeben. Auch im Rahmen der zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird zunächst ein Verbindungsmedium 3 auf einem ersten Bauteil 1 angeordnet. Bei dem Verbindungsmedium 3 handelt es sich vorzugsweise um ein extrudiertes Kabel 25. Wie in der 5 angedeutet weist das Kabel 25 einen runden Querschnitt auf. Das Verbindungsmedium wird über Kontaktmittel 6, beispielsweise in Form einer mit Kontaktstiften 8 versehenen Kontaktiereinheit 7 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktiereinheit 7 ist mit einer Spannungsquelle 9 verbunden.
Das auf erste Bauteil 1 mit dem auf diesem angeordneten Verbindungsmedium 3, bzw. Kabel 25 ist in der 4 in einer einseitigen Draufsicht wiedergegeben. Das Kabel 25 ist vorzugsweise in einer an dem Bauteil 1 vorgesehenen Nut 30 (in 4 nicht dargestellt) angeordnet. Die Nut 30 umläuft das Bauteil 1, sodass das in die Nut eingelegte Kabel 25 ausgehend von einem Kabelende 17 entlang der Nut 30 bis zu einem anderen Kabelende 18 verläuft. Der Verlauf des Verbindungsmediums 3 bzw. Kabels 25 ist jedoch nicht auf den in 4 dargestellten Verlauf festgelegt. Die Nut 30 kann beispielsweise mittels eines geeigneten Fräswerkzeugs in das erste Bauteil eingearbeitet werden. Die Kabelenden 17, 18 werden von einer mit einer Spannungsquelle 9 verbundenen Kontaktiereinheit 7 elektrisch kontaktiert. Die Nut 30 bzw. das Kabel 25 kann in einem an dem ersten Bauteil 1 vorgesehenen Verbindungsflansch 20 ausgebildet bzw. angeordnet sein. Zu dem Verbindungsflansch 20 des ersten Bauteils 1 kann ein Verbindungsflansch des zweiten Bauteils 2 korrespondieren. Wie durch die Bauteilschraffierung in 4 kenntlich gemacht kann der Verbindungsflansch 20 in Bezug auf einen Mittelabschnitt 21 des ersten Bauteils 1 erhaben ausgebildet sein. Umgekehrt ist der Mittelabschnitt 21 im Vergleich zu dem Verbindungsflansch 20 vertieft ausgebildet.
Wie in der 5 schematisch illustriert, weist die Kontaktiereinheit 7 Kontaktstifte 8 auf, die die jeweiligen Kabelenden 17, 18 kontaktieren. Wie dargestellt, kann die Kontaktiereinheit 7 ausgehend von einer Trägerplatte 10 mehrere zahnartige Kontaktstifte 8 aufweisen. Diese durchdringen das Verbindungsmedium 3 bzw. Kabel 25 und stellen eine elektrische Kontaktierung des Verbindungsmediums bereit. Das Kabel 25 umfasst eine Kunststoffmatrix 4 und darin eingebettete Fasern 5. Die Fasern 5 können elektrisch leitfähig sein. Alternativ oder zusätzlich zu den elektrisch leitfähigen Fasern können in dem Kabel 25 bzw. Verbindungsmedium 3 elektrisch leitfähige Füllstoffe enthalten sein. Entweder werden die elektrisch leitfähigen Fasern 5 oder die elektrisch leitfähigen Füllstoffe über die Kontaktstifte 8 der Kontaktiereinheit 7 elektrisch kontaktiert und mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, möglich ist aber auch, zwei separate Kontaktiereinheiten 7 an jedem der Kabelenden 17, 18 vorzusehen.
Die 6a bis 6f geben schematisch den Ablauf des Verfahrens nach der zweiten Verfahrensvariante wieder. Die 6a zeigt in einer schematischen Seitenansicht das erste Bauteil 1 mit einer daran ausgebildeten Nut 30. In dieser Nut 30 wird das Verbindungsmedium 3 bzw. das Kabel 25 angeordnet. Das in die Nut 30 eingelegte Kabel 25 ragt in Bezug auf einer an die Nut 30 angrenzende Oberfläche 15 des ersten Bauteils aus der Nut 30 heraus.
Wie in der 6c illustriert, wird ein zweites Bauteil 2 in Richtung des ersten Bauteils 1, insbesondere in Richtung der mit der Nut 30 versehenen Oberfläche 15 bewegt. Die Bewegungsrichtung des zweiten Bauteils 2 ist durch die dargestellten Pfeile gekennzeichnet. Gleichermaßen kann auch das erste Bauteil 1 in Richtung des zweiten Bauteils 2 bewegt werden. Auch können beide Bauteile 1, 2 aufeinander zu bewegt werden. In jedem Falle werden die Bauteile 1, 2 zusammengepresst. Unter Einwirkung der Presskraft verteilt sich das Verbindungsmedium 3 in seitlicher Richtung (siehe Pfeildarstellung in 6d) in an die Nut 30 angrenzenden Bereichen. Sobald sich das Verbindungsmedium 3 über einen gewünschten oder vorgegebenen Bereich verteilt hat (6e), wird das Verbindungsmedium 3 elektrisch kontaktiert und mit einer Spannung U beaufschlagt (6f). In Folge der angelegten Spannung U kommt es zu einer Wärmeentwicklung in dem Verbindungsmedium 3. Die Wärme induziert eine Aushärtungsreaktion oder Aushärtung des Verbindungsmediums 3. Insbesondere kann es sich dabei um eine Vernetzungs- oder Polymerisationsreaktion in der in dem Verbindungsmedium enthaltenen Kunststoffmatrix 4 handeln. Auch kann durch die induzierte Wärme Lösungsmittel aus der Kunststoffmatrix 4 entweichen, was zu einer Aushärtung des Verbindungsmediums führen kann. Vorzugsweise weist das zwischen den Bauteilen 1, 2 verteilte und ausgehärtete Verbindungsmedium 3 adhäsive Eigenschaften auf und sorgt für einen stabilen Zusammenhalt beider Bauteile.
Bezugszeichenliste

1: erstes Bauteil
2: zweites Bauteil
3: Verbindungsmedium
4: Kunststoffmatrix
5: Faser
6: Kontaktmittel
7: Kontaktiereinheit
8: Metallstift/Kontaktstift
9: Spannungsquelle
10: Trägerplatten
11: Zahngrund
12: Zahnflanken
15: Oberfläche
17: erstes Kabelende
18: zweites Kabelende
20: Verbindungsflansch
21: Mittelabschnitt
25: Kabel
30: Nut

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

US 2004/0266899 A1 [0004]
US 6861138 B1 [0005]

Claims

Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen (1, 2), insbesondere von Bauteilen eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte: a. Anordnen eines Verbindungsmediums (3) auf einem ersten Bauteil (1), wobei das Verbindungsmedium (3) eine Kunststoffmatrix (4) und darin eingebettete Fasern (5) aufweist; b. Einbringen einer elektrischen Spannung (U) in das Verbindungsmedium (3) über eine elektrische Kontaktierung, wobei mit der Einbringung der elektrischen Spannung (U) eine Wärmeerzeugung in dem Verbindungsmedium (3) einhergeht; c. infolge der Wärmeerzeugung: Ausdehnen des Verbindungsmediums (3) in Richtung eines zweiten Bauteils (2) unter Bereitstellung einer Abdichtung und/oder Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2); d. Lösen der elektrischen Kontaktierung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern (5) um Endlosfasern handelt, die homogen oder statistisch in der Kunststoffmatrix (4) verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) ausgewählt sind aus einem oder mehreren der folgenden Fasertypen: Kohlenstofffasern, Glasfasern, Metallfasern und/oder Kunststofffasern.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern (5) um elektrisch leitfähige Fasern handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix (4) ein auf Epoxid, Elastomer und/oder Ethylen-Vinylacetat basierendes Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) bandförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) zur Einbringung der elektrischen Spannung (U) im Verfahrensschritt c. gemäß Anspruch 1 über elektrische Kontaktmittel (6) kontaktiert wird, wobei die Kontaktmittel (6) während der elektrischen Kontaktierung mit einer Spannungsquelle (9) verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (6) unmittelbar die elektrisch leitfähigen Fasern (5) kontaktieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (6) nach dem Lösen der elektrischen Kontaktierung in dem Verbindungsmedium (3) verbleiben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsmedium (3) elektrisch leitfähige Füllstoffe vorgesehen sind, die mittels der Kontaktmittel (6) kontaktiert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den elektrisch leitfähigen Füllstoffen um anorganische Partikel und/oder um Metallpartikel handelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) infolge seiner Ausdehnung eine stoffschlüssige oder formschlüssige Materialbindung mit dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) eingeht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) nach seiner Ausdehnung eine Dichtung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) bereitstellt.
Verfahren zum Abdichten und/oder Verbinden von Bauteilen (1, 2), insbesondere von Bauteilen eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte: a. Anordnen eines Verbindungsmediums (3) auf einem ersten Bauteil (1), wobei das Verbindungsmedium (3) eine Kunststoffmatrix (4) und darin eingebettete Fasern (5) aufweist; b. Zusammenpressen des ersten Bauteils (1) mit einem zweiten Bauteil (2) unter gleichzeitiger Kompression und/oder Verteilung des Verbindungsmediums (3); c. Einbringen einer elektrischen Spannung (U) in das Verbindungsmedium (3) über eine elektrische Kontaktierung, wobei mit der Einbringung der elektrischen Spannung (U) eine Wärmeerzeugung in dem Verbindungsmedium (3) einhergeht; d. Infolge der Wärmeerzeugung: Aushärten des Verbindungsmediums (3) unter Bereitstellung einer Abdichtung und/oder Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2); e. Lösen der elektrischen Kontaktierung.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern (5) um Endlosfasern handelt, die homogen oder statistisch in der Kunststoffmatrix (4) verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (5) ausgewählt sind aus einem oder mehreren der folgenden Fasertypen: Kohlenstofffasern, Glasfasern, Metallfasern und/oder Kunststofffasern.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern (5) um elektrisch leitfähige Fasern handelt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix (4) ein Epoxidharz, Polyurethan und/oder Polyesterharz umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) bandförmig oder kabelförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das kabelförmige Verbindungsmedium (3, 25) in einer an dem ersten Bauteil (1) ausgebildeten Nut (30) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das kabelförmige Verbindungsmedium (3, 25) nach dem Anordnen in der Nut (30) in Bezug auf eine an die Nut (30) angrenzende Oberfläche (15) des ersten Bauteils (1) aus der Nut herausragt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbindungsmedium (3) um ein extrudiertes Kabel (25) handelt, welches im Verfahrensschritt c. gemäß Anspruch 14 zur Einbringung der elektrischen Spannung (U) an zumindest einem Kabelende (17, 18) über elektrische Kontaktmittel (6) kontaktiert wird, wobei die Kontaktmittel (6) während der elektrischen Kontaktierung mit einer Spannungsquelle (9) verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (6) unmittelbar die elektrisch leitfähigen Fasern (5) kontaktieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (6) nach dem Lösen der elektrischen Kontaktierung in dem Verbindungsmedium (3) verbleiben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsmedium (3) elektrisch leitfähige Füllstoffe vorgesehen sind, die mittels der Kontaktmittel (6) kontaktiert werden.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den elektrisch leitfähigen Füllstoffen um anorganische Partikel und/oder um Metallpartikel handelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) während des Aushärtens eine stoffschlüssige Materialbindung mit dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) eingeht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmedium (3) nach dem Aushärten eine Dichtung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) bereitstellt.