DE102020115158A1

DE102020115158A1 - Verfahren und System zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils

Info

Publication number: DE102020115158A1
Application number: DE102020115158.6A
Authority: DE
Inventors: Thorge Hammer; Giovanni-Piero Scurria; Verena Wippo; Sven Blümel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2021-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils. Zudem wird ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil vorgestellt, welches mittels des vorgestellten Verfahrens unter Verwendung des vorgestellten Systems herstellbar ist.Es ist vorgesehen, dass ein Metallbauteil (22) und ein Kunststoffbauteil (24) miteinander verbunden werden. Zunächst werden dabei diese Bauteile (22, 24) in einer für diese Zwecke ausgelegten Spannvorrichtung (16) und Prozesswärmeeinheit (18) eingelegt. Anschließend wird Prozesswärme in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24) eingebracht. Es folgt ein Zusammendrücken der Prozesswärmeeinheit (18) und der Spannvorrichtung (16) in Abhängigkeit eines Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24), sodass eine Verbindung zwischen Metallbauteil (22) und Kunststoffbauteil (24) erstellt wird, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens (28) des Kunststoffbauteils (24) als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils (22) vorgesehen wird. Es wird zudem ein zu dem Verfahren zugehöriges System (10) vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils. Zudem wird ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil vorgestellt, welches mittels des vorgestellten Verfahrens unter Verwendung des vorgestellten Systems herstellbar ist.
Im modernen Fahrzeugbau stellt der Leichtbau ein zentrales Thema dar. Ein leichtes Fahrzeug benötigt weniger Energie, um es während des Lebenszyklus zu bewegen. Dabei ist bei Fahrzeugen, welche mit klassischen Verbrennungsmotoren betrieben werden, eine Gewichtseinsparung beispielsweise der Karosserie direkt mit einer geringeren CO₂-Emissionsrate verbunden. Bei zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist dies indirekt der Fall. Zudem lässt sich mit einem deutlich leichteren Fahrzeug die Reichweite, welche mit einer Batterieladung zu erreichen ist, erhöhen. Neben dem Ansatz, allgemein leichtere Materialien einzusetzen, steht zunehmend ein Materialmix an leichteren Materialien im Fokus. Insbesondere die Karosserie von heutigen Fahrzeugen besteht bereits aus verschiedensten Materialien, wobei diese häufig jeweils für einzelne in sich geschlossene Komponenten eingesetzt werden. So wird beispielsweise ein Kotflügel aus Kunststoff hergestellt oder allgemein ein für sich stehendes Bauteil aus einem leichten Material, beispielsweise Aluminium.
Um neben einer leichten Bauweise auch eine gewisse Stabilität und somit eine ausreichende Sicherheit zu erreichen, sind bereits Lösungen bekannt, welche einen Materialmix für einzelne Bauteile vorsehen. Für derartige Ansätze werden zukünftig neue Fügetechnologien benötigt. Insbesondere Fügetechnologien, welche es ermöglichen, grundverschiedene Materialien miteinander zu fügen und somit leichte Fahrzeugkonzepte hervorzubringen. Im Fokus stehen dabei in den letzten Jahren zunehmend Verfahren, welche es gestatten Kunststoffe direkt mit Metall zu verbinden. Dabei werden die metallischen Fügepartner mittels Laserstrahlung strukturiert, um sie mit dem Kunststoff zu verschweißen. Dieser Methode werden dabei Vorteile hinsichtlich der Gewichtseinsparung, Herstellkosten bei gleicher Stabilität zugesprochen. Als besondere Herausforderung bei derartigen Ansätzen werden derzeit Korrosionsprobleme mit dem metallischen Fügepartner diskutiert. Insbesondere Schnittkanten von metallischen Bauteilen stellen bei diesen Konzepten natürliche Schwachstellen dar, welche es gilt auch im Sinne einer Mindestlebensdauer bei gleichbleibend guter Qualität mit entsprechenden Lösungen zu begegnen. Nachfolgend wird eine bereits vorhandene Lösung aus dem Stand der Technik näher vorgestellt, welche sich im weitesten Sinne mit der zuvor angesprochenen Problematik beschäftigt.
So ist aus der Druckschrift WO 2015/188798 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aus Metall und Kunststoff zu einem Kunststoff-Metall-Hybridbauteil als bekannt zu entnehmen. Insbesondere wird ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aus Metall und Kunststoff zu einem Kunststoff-Metall-Hybridbauteil vorgestellt, bei dem zur Haftverbesserung von einer Metalloberfläche und mindestens einer Kunststoffkomponente in die Metalloberfläche zu deren Aufrauung mittels Kurzpulslaserstrahlung stochastisch willkürlich makroskopische und/oder mikroskopische Hinterschnitten eingebracht werden, die jeweils in einem Spritzgussprozess mit der mindestens einen Kunststoffkomponente zumindest teilweise so gefüllt werden, dass eine Hinterkrallung letzterer in den makroskopischen und/oder mikroskopischen Hinterschnitten erfolgt, wobei anschließend an die Aufrauung der Metalloberfläche vor und/oder während des Spritzgussprozesses der mindestens einen Kunststoffkomponente zumindest die aufgeraute Oberfläche des Metalls auf eine Temperatur erwärmt wird, die in der Verarbeitung im Bereich von der Raumtemperatur bis 100°C über der Verarbeitungstemperatur des Kunststoffes liegt.
Um den Korrosionsschutz von Schneidkanten zu gewährleisten, sind neben dem vorgestellten Konzept mittels Spritzgusstechnologie auch Lösungen bekannt, welche den Einsatz von Klebstoff vorsehen. Dieser Klebstoff wird dabei etwa bei einem Falzprozess derart aufgebracht, dass die Schnittkante von diesem zusätzlichen Klebstoffmaterial umschlossen und dadurch geschützt wird. Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass bei einer übermäßigen Verwendung dieses Materials eine ungewollte Verschmutzung auch von sichtbaren Bereichen eintreten kann. Der Klebstoff tritt dabei während des Falzprozesses aus und verschmutzt sowohl die Anlagenumgebung als auch das Falzbett, sodass diese Bereiche während des Fertigungsbetriebes immer wieder gereinigt werden müssen. Hierdurch entstehen Anlagenstillstände und somit zusätzliche Produktionskosten. Beim direkten Anspritzen des Kunststoffs ist ein weiterer Fertigungsprozess zu organisieren, welcher ebenfalls weitere Kosten verursacht. Zudem müsste dieser zuletzt genannte Prozessschritt bereits vor dem eigentlichen Fügeprozess stattfinden, sodass eine verlängerte Taktzeit ebenfalls die Kosten negativ beeinflusst.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils bereitzustellen, welche eine kostengünstige Erstellung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen mit einem ausreichenden Kantenkorrosionsschutz ermöglichen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

Bereitstellen einer Spannvorrichtung und einer Prozesswärmeeinheit mit Auflagefläche, Einlegen eines Metallbauteils mit zumindest bereichsweise aufgerauter Oberfläche auf einen Bereich der Spannvorrichtung und die Auflagefläche der Prozesswärmeeinheit, Anordnen eines Kunststoffbauteils auf das Metallbauteil, sodass das Kunststoffbauteil zumindest teilweise auf der aufgerauten Oberfläche aufliegt und zumindest teilweise das Metallbauteil benutzerdefiniert überlappt, Schließen der Spannvorrichtung.

Dabei weist das Verfahren zudem die folgenden weiteren Schritte auf: Aktivieren der Prozesswärmeeinheit, sodass Prozesswärme in das Metallbauteil und in das Kunststoffbauteil eingebracht wird, Zusammendrücken der Prozesswärmeeinheit und der Spannvorrichtung in Abhängigkeit eines Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil und in das Kunststoffbauteil, sodass eine Verbindung zwischen Metallbauteil und Kunststoffbauteil erstellt wird, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils vorgesehen wird.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine kostengünstige Erstellung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen mit einem ausreichenden Kantenkorrosionsschutz ermöglicht. Die aufgeraute Oberfläche des Metallbauteils kann beispielsweise bereits zuvor mittels für diese Zwecke ausgelegter Laserstrahlung erfolgen, sodass während des Zusammendrückens dann das erwärmte Kunststoffbauteil beziehungsweise zumindest ein Teilbereich des Aufschmelzvolumens in diese aufgeraute Oberfläche fließen kann, um sich dort zu verklammern und somit einen Zusammenschluss mit dem metallischen Fügepartner einzugehen. Der Kunststoff kann beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff sein. Aufgrund der Abhängigkeit des Prozesswärmeeintrags ist es mittels des vorgestellten Verfahrens möglich, den für diese Fügeoperation idealen Zeitpunkt auszuwählen. Dies kann beispielsweise mittels eines dafür vorgesehenen Regelkreises von dafür ausgelegten Komponenten erfolgen. Insbesondere zeichnet sich solch ein idealer Zeitpunkt dadurch aus, dass ein Pyrolyseschmelzpunkt des eingesetzten Kunststoffbauteils nicht überschritten wird. Mit anderen Worten werden die eingelegten Bauteile entweder erst erhitzt und dann zusammengedrückt oder während des Erhitzen bereits zusammengedrückt.
Das überschüssige Aufschmelzvolumen wird bei dem Verfahrensschritt des Zusammendrückens derart zwischen den Bauteilen hervorgedrückt, dass zumindest ein Anteil des Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils vorgesehen wird. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass dies unkoordiniert vorgesehen ist. Mittels eines geeigneten Nachbearbeitungsschrittes, beispielsweise eines definierten Schneideprozesses, ist es dann möglich, dieses nach dem Fügeverfahren erstarrte Aufschmelzvolumen optisch einwandfrei im Sinne eines Kantenkorrosionsschutz zu gestalten. Auch ist vorstellbar, dass die Spannvorrichtung und/oder das überlappende Kunststoffbauteil hier den Spielraum in dafür vorgesehener Weise derart begrenzen, dass direkt nach dem Fügevorgang ein optisch einwandfreier Kantenkorrosionsschutz resultiert. Der dafür vorgesehene Regelkreis kann dabei derart ausgelegt sein, dass die Form und Ausprägung dieses Kantenkorrosionsschutz in definierter und qualitativ hochwertiger Weise bereitgestellt wird.
Das Verfahren bietet somit den Vorteil, dass neben der Fügung von zwei verschiedenen Materialien, Metall und Kunststoff, zusätzlich im selben Herstellungsprozess die Problematik des ausreichenden Kantenkorrosionsschutzes gelöst wird. Aufgrund des Regelkreises kann die Temperatur des metallischen Fügepartners so eingestellt werden, dass genau soviel Kunststoff, beispielsweise aus einem konstruktiven Reservoir, schmilzt, wie benötigt wird, um eine Schnittkante des Metallbauteils, beispielsweise eines verzinkten Stahlblechs, zu umfließen. Mittels des vorgestellten Verfahrens ist zudem der vorgesehene Fügeprozess zwischen den Bauteilen zudem besonders genau steuerbar. Kostenaufwendige Nachbearbeitungsschritte fallen somit nicht an und der hervorgebrachte Werkstoffverbund aus Metall und Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, ist direkt nach dem Verfahren fertig für die nächsten Prozessschritte.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein System zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils bereitgestellt wird. Solch ein System umfasst dabei eine Steuer- und Recheneinheit, eine mit dieser Steuer- und Recheneinheit jeweils gekoppelten Spannvorrichtung und eine Prozesswärmeeinheit mit Auflagefläche, welche in Kombination ausgelegt sind, ein dafür ausgelegtes Metallbauteil und ein dafür ausgelegtes Kunststoffbauteil zusammen aufzunehmen. Die Prozesswärmeeinheit ist dabei ausgelegt, Prozesswärme in das Metallbauteil und über das Metallbauteil in das Kunststoffbauteil einzubringen. Zudem sind die Prozesswärmeeinheit und die Spannvorrichtung in Kombination ausgelegt, ein in Abhängigkeit des mittels einer systemeigenen Sensorvorrichtung erhobenen Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil und in das Kunststoffbauteil mittels eines definierten Zusammendrückens einen Fügeprozess der eingelegten Bauteile zu bewirken, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils verwendbar ist.
Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für das vorgestellte System.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil bereitgestellt wird, welches mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung des Systems gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9 gefertigt ist. Solch ein hergestelltes Kunststoff-Metall-Hybridbauteil ist nicht nur leicht und somit vorteilhaft in neuen Fahrzeugkonzepten einsetzbar, sondern weist gleichzeitig auch eine zuverlässige Langzeitstabilität auf, insbesondere hinsichtlich auftretender Korrosionsprobleme.
Beispielsweise kann es sich dabei um Tür- und Heckklappenkonstruktionen für die Fahrzeugindustrie handeln, welche entsprechende Kunststoffaußenhäute zur Gewichtsreduzierung aufweisen, sodass beispielsweise ein geringerer Energiebedarf während der einzelnen Fahrzyklen entlang des Lebenszyklus resultiert. Auf diese Weise kann zusätzlich eine gewünschte CO₂-Einsparung direkt oder indirekt herbeigeführt werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Prozesswärmeeinheit zumindest eine Lasereinheit, insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein transparentes Auflageelement umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit durch das zumindest eine transparente Auflageelement in Richtung der Auflagefläche geleitet wird, um das Metallbauteil und somit auch das Kunststoffbauteil mit Prozesswärme zu beaufschlagen oder wobei die Prozesswärmeeinheit zumindest eine Lasereinheit, insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein Auflageelement mit zumindest einem Öffnungsbereich umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit direkt durch den zumindest einen Öffnungsbereich in Richtung des auf der Auflagefläche liegenden Metallbauteils geleitet wird, um das Metallbauteil und somit auch das Kunststoffbauteil mit Prozesswärme zu beaufschlagen. Die auf diese Weise vorgesehene Prozesswärmeeinheit beinhaltet somit nicht nur Funktionen, um die benötigte Prozesswärme für den Fügeprozess bereitzustellen beziehungsweise definiert in die Bauteile einzubringen, sondern dient gleichzeitig als erweiterte Vorrichtung, um zum einen die Laserstrahlen definiert in das Metallbauteil zu lenken und zum anderen eine ausreichende Auflage bereitzustellen. Dies wird dabei derart vollzogen, dass zusammen mit der Spannvorrichtung die nötige Anordnung der eingelegten Bauteile bewirkt wird. Insbesondere sind somit die beiden Bauteile in einer idealen Position zueinander angeordnet, sodass die eingebrachte Prozesswärme zunächst das Metallbauteil und dann das Kunststoffbauteil erwärmt beziehungsweise erhitzt. Auf diese Weise wird das Kunststoffbauteil zumindest teilweise aufgeschmolzen, sodass dieses dann mit dem dafür ausgelegten Metallbauteil zusammengefügt wird. Aufgrund des Einsatzes von Lasereinheiten ist dieser Prozess besonders feinteilig steuerbar. Ein standardmäßiger Regelkreis kann dabei so vorgesehen und ausgelegt sein, dass lediglich ein für die Fügeoperation und den Kantenkorrosionsschutz ausreichendes Volumen des Kunststoffbauteils aufgeschmolzen wird. Das Herausdrücken des flüssigen Kunststoffes, der somit dann die Kanten des Metallbauteils umfließt, wird durch den Verfahrensschritt des Zusammendrückens bewirkt. Dies kann beispielsweise ungeordnet oder mittels der Spannvorrichtung und der Auslegung der Bauteile in geordneter Weise vollzogen werden. Es ist dabei vorstellbar, dass die Laserstrahlen entweder durch das zumindest eine transparente Auflageelement hindurchgeleitet werden oder durch den zumindest einen Öffnungsbereich direkt auf das Metallbauteil gelenkt werden. Mit anderen Worten ist das Auflageelement somit zumindest teilweise freigearbeitet, sodass sich durchgehende Öffnungsbereiche ergeben, sodass die Laserstrahlen ausgehend von der Lasereinheit direkt auf den entsprechenden auf der Auflagefläche liegenden Teil des Metallbauteils gelenkt werden. Auch eine Kombination der beiden Varianten ist vorstellbar.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Zusammendrücken mittels eines definierten Bewegungsablaufs der Spannvorrichtung und/oder mittels eines definierten Bewegungsablaufs der Prozesswärmeeinheit vollzogen wird. Der Schritt des Zusammendrückens kann beispielsweise dadurch vollzogen werden, indem die Prozesswärmeeinheit mittels einer dafür geeigneten Hubvorrichtung oder dergleichen gleichmäßig und gemäß des Steuerregelkreises und den gemessenen Parametern hinsichtlich der eingebrachten Prozesswärme in die Bauteile und/oder benutzerdefiniert in Richtung einer oberen Begrenzung der Spannvorrichtung beschleunigt wird. Auch kann vorgesehen sein, dass ein dafür ausgelegtes Bauteil der Spannvorrichtung zusätzlich in Richtung der Prozesswärmeeinheit entsprechend beschleunigt wird, um so den Verfahrensschritt des Zusammendrückens zu unterstützen und/oder mit zu bedingen. Ein dafür vorgesehener Regelkreis kann in dem vorgestellten Verfahren entsprechend ausgelegt sein, die einzelnen Parameter, wie beispielsweise die Menge an einzubringender Prozesswärme und die Art und Weise des Bewegungsablaufs, so zu steuern, dass ein schnelles und zuverlässiges Fügeverfahren resultiert, wobei zusätzlich ein benutzerdefinierter Kantenkorrosionsschutz resultiert. Die Nutzung des sonst überflüssigen schmelzförmigen Kunststoffmaterials zur Verhinderung von Korrosion an metallischen Schnittkanten führt dazu, dass hinsichtlich einer Anforderung an den Korrosionsschutz kein weiterer kostenintensiver Prozess einzubinden ist. Vielmehr ist das vorgestellte Verfahren auch deswegen vorteilhaft, da es mehrere einzelne Verfahrensschritte derart kombiniert, sodass verschiedene Aufgaben in nur einer begrenzten Anzahl von Verfahrensschritten oder sogar nur während eines Prozesstaktes durchführbar sind.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil und in das Kunststoffbauteil mittels einer Sensorvorrichtung gemessen wird. Solch eine Sensorvorrichtung stellt somit ausreichend Informationen beziehungsweise Messparameter zur Verfügung, sodass beispielsweise das Zusammendrücken definiert durchführbar ist und somit ein qualitativ hochwertiges Produkt beziehungsweise Metall-Kunststoff-Hybridbauteil resultiert. Ein dafür vorgesehener Regelkreis koordiniert die einzelnen Messparameter und Bewegungsabläufe, sodass ein benutzerdefiniertes Resultat bereitstellbar ist. Die Einstellungen können dabei materialspezifisch vor der Durchführung des Verfahrens in dem Regelkreis eingestellt werden, sodass je nach Bedarf ein gewünschtes Resultat herbeiführbar ist.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung zumindest ein Infrarotsensorelement umfasst. Die in das Metallbauteil eingebrachte Prozesswärme wird reflektiert und von solch einem Infrarotsensorelement entsprechend detektiert. In dem Regelkreis oder in einer entsprechenden Steuer- und Recheneinheit können beispielsweise die nötigen Umrechnungsschritte der detektierten Messwerte durchgeführt werden, sodass ein definiertes Zusammendrücken durchführbar ist.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Spannvorrichtung zumindest teilweise als formgebendes Element vorgesehen wird, sodass der zumindest eine Anteil des Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils in definierter Form als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils vorgesehen wird. Das aufgeschmolzene und austretende Kunststoffmaterial zur Verhinderung von Korrosion an metallischen Schnittkanten kann somit in eine gewünschte Form gebracht werden. Diese Formgebung und definierte Hinlenkung des in diesem Zustand fließfähigen Materials wird beispielsweise so vollzogen, dass ein gewünschter Kantenkorrosionsschutz resultiert, welcher somit kostengünstig und während des eigentlichen Fügevorgangs direkt mittels des vorgestellten Verfahrens herstellbar ist.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Zusammendrücken der Prozesswärmeeinheit und der Spannvorrichtung und der Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil und in das Kunststoffbauteil gleichzeitig oder seriell vollzogen wird. Eine Gleichzeitigkeit resultiert somit in einem besonders schnellen Verfahren. Ein serielles Vorgehen bietet den Vorteil, dass das herbeigeführte Aufschmelzvolumen besonders gut verarbeitbar ist, da es während des gesamten Verfahrensschritts des Zusammendrückens bereits ausreichend fließfähig ist. Die Entscheidung für die eine oder andere Variante wird beispielsweise je nach Komplexität der zu fügenden Bauteile entschieden. Auch eine gewisse Abhängigkeit der einzusetzenden Materialien bedingt eine entsprechende Vorgehensweise.
Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Prozesswärmeeinheit zumindest eine Lasereinheit, insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein transparentes Auflageelement umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit durch das zumindest eine transparente Auflageelement in Richtung der Auflagefläche leitbar ist, um das Metallbauteil und somit auch das Kunststoffbauteil mit Prozesswärme zu beaufschlagen oder wobei die Prozesswärmeeinheit zumindest eine Lasereinheit, insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein Auflageelement mit zumindest einem Öffnungsbereich umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit direkt durch den zumindest einen Öffnungsbereich in Richtung des auf der Auflagefläche liegenden Metallbauteils geleitet wird, um das Metallbauteil und somit auch das Kunststoffbauteil mit Prozesswärme zu beaufschlagen. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar auch für diese besondere Ausgestaltung des vorgestellten Systems.
Das vorgestellte Verfahren und das zugehörige System sind beispielsweise in der Fahrzeugindustrie einsetzbar. Beispielsweise sind mittels des vorgestellten Verfahrens und dem zugehörigen System Tür- und Heckklappenkonstruktionen mit Kunststoffaußenhäuten herstellbar. Auch für die Herstellung von Produkten der sogenannten weißen Ware sind sie vorteilhaft einsetzbar.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein Verfahrensablaufdiagramm von einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils;
2 eine schematische Darstellung von einem System zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils;
3 eine schematische Darstellung von einem Kunststoff-Metall-Hybridbauteil.

1 zeigt ein Verfahrensablaufdiagramm 100 von einem Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils 12. In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird eine Spannvorrichtung 16 und eine Prozesswärmeeinheit 18 mit Auflagefläche 20 bereitgestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird ein Metallbauteil 22 mit zumindest bereichsweise aufgerauter Oberfläche auf einen Bereich der Spannvorrichtung 16 und die Auflagefläche 20 der Prozesswärmeeinheit 18 eingelegt. In einem dritten Verfahrensschritt 130 wird ein Kunststoffbauteil 24 auf das Metallbauteil 22 angeordnet, sodass das Kunststoffbauteil 24 zumindest teilweise auf der aufgerauten Oberfläche aufliegt und zumindest teilweise das Metallbauteil 22 benutzerdefiniert überlappt. In einem vierten Verfahrensschritt 140 wird die Spannvorrichtung 16 geschlossen. In einem fünften Verfahrensschritt 150 wird die Prozesswärmeeinheit 18 aktiviert, sodass Prozesswärme in das Metallbauteil 22 und in das Kunststoffbauteil 24 eingebracht wird.
In einem sechsten Verfahrensschritt 160 werden die Prozesswärmeeinheit 18 und die Spannvorrichtung 16 in Abhängigkeit eines Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil 22 und in das Kunststoffbauteil 24 zusammengedrückt, sodass eine Verbindung zwischen Metallbauteil 22 und Kunststoffbauteil 24 erstellt wird, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils 24 als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils 22 vorgesehen wird. Die Prozesswärmeeinheit 18 umfasst beispielsweise zumindest eine Lasereinheit 30, insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein transparentes Auflageelement 32, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit 30 durch das zumindest eine transparente Auflageelement 32 in Richtung der Auflagefläche geleitet wird, um das Metallbauteil 22 und somit auch das Kunststoffbauteil 24 mit Prozesswärme zu beaufschlagen oder wobei die Prozesswärmeeinheit 18 zumindest eine Lasereinheit 30, insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein Auflageelement 32 mit zumindest einem Öffnungsbereich umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit 30 direkt durch den zumindest einen Öffnungsbereich in Richtung des auf der Auflagefläche 20 liegenden Metallbauteils 22 geleitet wird, um das Metallbauteil 22 und somit auch das Kunststoffbauteil 24 mit Prozesswärme zu beaufschlagen. Das Zusammendrücken wird beispielsweise mittels eines definierten Bewegungsablaufs der Spannvorrichtung 16 und/oder mittels eines definierten Bewegungsablaufs der Prozesswärmeeinheit 18 vollzogen. Der Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil 22 und in das Kunststoffbauteil 24 wird beispielsweise mittels einer Sensorvorrichtung 16 gemessen. Solch eine Sensorvorrichtung 16 umfasst beispielsweise zumindest ein Infrarotsensorelement. Die Spannvorrichtung 16 wird beispielsweise zumindest teilweise als formgebendes Element vorgesehen, sodass der zumindest eine Anteil des Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils 24 in definierter Form als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils 22 vorgesehen wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Zusammendrücken der Prozesswärmeeinheit 18 und der Spannvorrichtung 16 und der Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil 22 und in das Kunststoffbauteil 24 gleichzeitig oder seriell vollzogen wird. Es ist vorstellbar, dass das Auflageelement 32 lediglich einen im Wesentlichen mittig angeordneten Öffnungsbereich aufweist oder aber auch mehrere Öffnungsbereiche aufweist, welche beispielsweise in Abhängigkeit einer jeweils zu beaufschlagenden Fläche des Metallbauteils 22 vorgesehen sind. Die Öffnungsbereiche können dabei jegliche geometrische Formen aufweisen, wobei sie jeweils als durchgängige Öffnungsbereiche vorgesehen sind, sodass Laserstrahlen, welche von der Lasereinheit 30 ausgesendet werden, ungehindert das Auflageelement 32 passieren können. Mittels dieser Variante ist es somit möglich, die Laserstrahlen direkt auf den auf dem Auflageelement 32 liegenden Teil des Metallbauteils 22 zu lenken, sodass ein besonders direkter und somit vorteilhaft zu steuernder Eintrag der Prozesswärme ermöglicht wird. Auch sind Hybridlösungen vorstellbar, die sich dadurch auszeichnen, dass das Auflageelement 32 sowohl zumindest teilweise transparent als auch mit zumindest einem Öffnungsbereich vorgesehen ist. Auch ist vorstellbar, dass die Anordnung der Öffnungsbereiche und deren Ausformung und Querschnitt bereits einen zumindest teilweisen Effekt auf ein Ausmaß eines Eintrag der Prozesswärme in die Bauteile 22, 24 bedingt. Mit anderen Worten ist beispielsweise vorstellbar, dass somit ein zumindest bereichsweise gezielter direkter Eintrag in die Bauteile 22, 24 vorgesehen wird, sodass sich hiermit eine zusätzliche Steuerung des Prozess bereitstellen lässt. Die Hybridlösungen können beispielsweise auch einen Materialmix, bestehend aus zumindest teilweise transparenten Materialien und zumindest teilweise nicht transparenten Materialien des Auflageelements 32 umfassen, sodass eine besonders stabile Prozesswärmeeinheit 18 resultiert.
Das vorgestellte Verfahren ist demnach nicht nur zum Fügen, sondern gleichzeitig zum Umschmelzen von Schnittkanten des Metallbauteils 22 vorgesehen, wobei hierfür kein gesonderter Fertigungsprozess benötigt wird. Das vorgestellte Verfahren kann beispielsweise eingesetzt werden, um eine Kunststoffaußenhaut als Außenblech an einer Tür oder sonstiger Klappe eines Fahrzeugs mit einem metallischen Grundkörper zusammenzufügen. Die Verbindung des Kunststoffblechs auf eine metallische Innenkonstruktion kann beispielsweise dabei durch das Laserschweißen erfolgen. Dazu wird der metallische Fügepartner zuvor beispielsweise mittels entsprechender Laserstrahlung aufgeraut. Mit anderen Worten kann das Metallbauteil bereits in diesem vorgesehenen Zustand, also mit zumindest teilweise aufgerauter Oberfläche, in dem vorgestellten Verfahren verarbeitet werden. Mittels des vorgestellten Verfahrens wird dieser metallische Fügepartner beziehungsweise das Metallbauteil, beispielsweise ein verzinktes Stahlblech, wie es üblicherweise in der Fahrzeugindustrie im Karosseriebau eingesetzt wird, dann mit dem Kunststoffbauteil, beispielsweise einem thermoplastischen Kunststoffbauteil, erwärmt. Dabei wird das Kunststoffbauteil bis zur Schmelzgrenze erwärmt und danach oder gleichzeitig zusammengedrückt, wobei der folgende Eintrag von Prozesswärme entsprechend in der definierten Fließbewegung des Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteil resultiert.
Der Fügedruck sorgt dafür, dass sich aufgeschmolzenes Material des Kunststoffes in die aufgeraute Oberfläche hinterkrallt, sodass eine stabile Verbindung zwischen den Fügepartnern resultiert. Zudem wird in dem vorgestellten Verfahren durch einen Regelkreis die Temperatur des metallischen Fügepartners so eingestellt, dass genau so viel Kunststoff aus einem konstruktiven Reservoir schmilzt, wie benötigt wird, um eine Schnittkante des metallischen Fügepartners, beispielsweise in Form eines geschnittenen Stahlblechs mit Zinküberzug oder vergleichbarem Überzug, zu umfließen. Beispielsweise misst der Regelkreis über einen Infrarotmesssystem mit entsprechenden Infrarotmesselementen die Temperatur des Metalls des metallischen Fügepartners und regelt auf Basis entwickelter Algorithmen die Laserleistung der Lasereinheit, welche beispielsweise eine Diodenlasereinheit sein kann. Durch das Aufschmelzen und Wegfließen des Kunststoffes ändert sich die Gesamthöhe der beiden Bauteile. Dieses bietet eine weitere Möglichkeit, den Prozess zu regeln, indem Fügewegaufnehmer zum Einsatz kommen. Die Spannvorrichtung wirkt dabei beispielsweise als formgebendes Element, sodass der umfließende Kunststoff nicht einfach nur herausgedrückt wird, sondern so geformt wird, dass auch eine qualitativ hochwertige Kantenanmutung entsteht.
Das Endprodukt des vorgestellten Verfahrens kann beispielsweise eine Fahrzeugtür oder sonst eine Fahrzeugklappe sein, welche ein Kunststoffaußenblech aufweist, welches ohne Klebstoff und die damit einhergehenden Verunreinigungen herstellbar ist. Gleichzeitig ist der Fügeprozess sehr genau steuerbar, denn die Erwärmung des metallischen Fügepartners kann beispielsweise mittels der Lasereinheit, zum Beispiel mittels einer Diodenlasereinheit, und einer Rückkopplung mit einem Infrarotmesssystem genau gesteuert werden. Weiterhin wird durch das Herausdrücken des flüssigen Kunststoffes, der die Kanten dann umfließt und mittels wenigstens einem Bauteil der Spannvorrichtung in Form gehalten wird, die Wärmeschrumpfung, die physikalisch nicht unterdrückt werden kann, in einen anderen Bereich der Fügeebene verlegt, in dem Schrumpferscheinungen nicht zu Endkundenbeanstandungen führen. Auch ist das vorgestellte Verfahren so einzusetzen, dass bisher benötigte Klebstoffapplikationen entfallen können, welche ansonsten für den nötigen Kantenkorrosionsschutz vorgesehen werden müssten. Diese Investitionskosten sowie die damit einhergehenden Betriebskosten, etwa in Form von aufwendigen Instandhaltungskosten sowie Kosten für Betriebsmaterialien sowie den Klebstoff, sind somit einsparbar, sodass das vorgestellte Verfahren im direkten Vergleich als besonders kostengünstig anzusehen ist. Der Korrosionsschutz von Schneidkanten bei zum Beispiel feuerverzinkten Stahl ist deshalb nicht gegeben, da ja nur auf den Oberflächen Verzinkung vorhanden ist. Die Schnittkante ist immer ohne Korrosionsschutz und muss aufwendig gegen Korrosion geschützt werden. Ein Beispiel hierfür sind die Kanten der Kotflügel, die in Richtung Radhauses nach innen zeigen. Diese müssen mittels einer Kunststoffabdeckung separat geschützt werden, damit sie nicht im normalen Fahrbetrieb korrodieren. Bei dem Tür-Innenblech wird, wie bereits erwähnt, mittels Klebstoff, der beim Falzprozess aufgebracht wird, die Schnittkante umschlossen und dadurch geschützt. Der Klebstoff tritt aber beim Falzprozess aus und verschmutzt sowohl die Anlagenumgebung als auch das Falzbett, das immer wieder im Fertigungsbetrieb gereinigt werden muss. Hierdurch entstehen Anlagenstillstände und dadurch hohe Kosten.
2 zeigt eine schematische Darstellung von einem System 10 zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils 12. Das System 10 zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils 12 ist dabei mit einer Steuer- und Recheneinheit 14 dargestellt. Diese Steuer- und Recheneinheit 14 ist jeweils mit einer dargestellten Spannvorrichtung 16 und einer Prozesswärmeeinheit 18 mit Auflagefläche 20 gekoppelt, welche in Kombination ausgelegt sind, ein dafür ausgelegtes Metallbauteil 22 und ein dafür ausgelegtes Kunststoffbauteil 24 zusammen aufzunehmen. Ein Blockpfeil 15 verdeutlicht diesen Zusammenhang. Es sind jegliche Kopplungsvorrichtungen vorstellbar, wobei sowohl eine Verbindung über zugehörige nicht näher dargestellte Verbindungsleitungen als auch jegliche funkwellengesteuerte Konzepte vorstellbar sind. Die Prozesswärmeeinheit 18 ist dabei ausgelegt, Prozesswärme in das Metallbauteil 22 und über das Metallbauteil 22 in das Kunststoffbauteil 24 einzubringen und die Prozesswärmeeinheit 18 und die Spannvorrichtung 16 in Kombination sind dabei ausgelegt, ein in Abhängigkeit des mittels einer systemeigenen Sensorvorrichtung 26 erhobenen Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil 22 und in das Kunststoffbauteil 24 mittels eines definierten Zusammendrückens einen Fügeprozess der eingelegten Bauteile 22, 24 zu bewirken, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens 28 des Kunststoffbauteils 24 als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils 22 verwendbar ist.
Das dargestellte Aufschmelzvolumen 28 des Kunststoffbauteils 24 ist dabei einstückig mit dem Kunststoffbauteil 24 vorgesehen. Das Aufschmelzvolumen 28 des Kunststoffbauteils 24 kann dabei eine leicht andere Konsistenz als der Rest des Kunststoffbauteils 24 aufweisen, um den Aufschmelzvorgang zu erleichtern. Beispielsweise kann es körnig oder dergleichen sein. Die dargestellte Form, welche als im Wesentlichen rechteckig bezeichnet werden kann, kann in nicht näher dargestellten Varianten beliebig variieren. Beispielsweise kann sie kugel- und/oder linsenförmig sein. Die Prozesswärmeeinheit 18 ist mit einer Lasereinheit 30 dargestellt, welche beispielsweise als Diodenlasereinheit vorgesehen sein kann. Die nebengeordnete Sensorvorrichtung 26 kann beispielsweise zumindest eine Infrarotsensorvorrichtung mit zumindest einem Infrarotmesselement umfassen. Anstatt der dargestellten nebeneinander vorgesehenen Anordnung von der Lasereinheit 30 und der Sensorvorrichtung 26 sind auch andere Konstellationen vorstellbar. Beispielsweise können jeweils zwei oder mehrere dieser Lasereinheiten 30 und Sensorvorrichtungen 26 vorgesehen sein, welche dann jeweils abwechselnd in dem dargestellten Bereich angeordnet sind, um somit eine besonders genaue Steuerung des Systems 10 zu ermöglichen. Die Prozesswärmeeinheit 18 weist in dieser 2 zudem ein transparentes Auflageelement 32 auf, sodass Prozesswärme, dargestellt mittels Prozesswärmepfeile 34, in Richtung Metallbauteil 22 leitbar sind. Mit anderen Worten ist die Prozesswärmeeinheit 18 nicht nur für die Bereitstellung der Prozesswärme vorgesehen, sondern dient zusammen mit der Spannvorrichtung 16 auch als Auflagefläche 20 für die einzulegenden Bauteile 22, 24. Ein dargestellter Bewegungspfeil 36 verdeutlicht zudem, inwiefern die Prozesswärmeeinheit 18 oder zumindest das transparente Auflageelement 32 in Richtung der Spannvorrichtung 16 bewegbar ist, sodass die eingelegten Bauteile 22, 24 zusammengedrückt werden. Die Spannvorrichtung 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig. Auch eine einteilige Spannvorrichtung 16, welche eine vergleichbare Funktion aufweist, ist vorstellbar. Auch eine Spannvorrichtung 16, welche zumindest zweiteilig ist, ist vorstellbar.
Das erste Spannvorrichtungselement 38 dient dabei nicht nur als anteilige Auflagefläche, hier insbesondere für das zumindest teilweise überlappende Kunststoffbauteil 24, sondern dient auch als formgebendes Bauteil. Mit anderen Worten wird mittels dieses ersten Spannvorrichtungselements 38 ein Fließvolumenbereich 42 des Aufschmelzvolumens 28 des Kunststoffbauteils 24 begrenzt, sodass ein besonders geformter Kantenkorrosionsschutz resultiert. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist das Kunststoffbauteil 24 zudem so geformt, dass das in den Fließvolumenbereich 42 einfließende Aufschmelzvolumen 28 zudem durch einen dafür vorgesehenen Begrenzungsbereich 44 des Kunststoffbauteils 24 gelenkt wird. Dieser Begrenzungsbereich 44 ist wiederum von der Spannvorrichtung 16 und insbesondere von dem ersten Spannvorrichtungselement 38 derart eingespannt vorgehalten, dass das Aufschmelzvolumen 28 (oder zumindest ein Anteil davon) in bestimmte Bahnen gelenkt wird. Die Bedienweise der Lasereinheit 30 bedingt somit einen Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil 22 und über dieses dann auch in das Kunststoffbauteil 24. Je nachdem, wann eine Aktivität der Lasereinheit 30 heruntergeregelt oder sogar ausgeschaltet wird, ist somit steuerbar, bis wohin das Aufschmelzvolumen 28 fließt. Beispielsweise fließt es aufgrund der Wärme und des Zusammendrückens so lange, bis die Schnittkante 46 des Metallbauteils 22 vollständig umflossen ist und somit von dem Kunststoffmaterial zum Zwecke des Kantenkorrosionsschutzes ummantelt ist. Das zweite Spannvorrichtungselement 40 dient vor allem dazu, die eingelegten Bauteile 22, 24 zusätzlich einzuspannen, sodass ein Zusammendrücken der eingelegten Bauteile 22, 24 in dem System 10 gewährleistbar ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung von einem Kunststoff-Metall-Hybridbauteil 12. Insbesondere ist dieses Kunststoff-Metall-Hybridbauteil 12 mittels des in 2 dargestellten und näher erläutertem System 10 hergestellt. Es umfasst somit ein Metallbauteil 22 und ein Kunststoffbauteil 24. Das dargestellte Kunststoff-Metall-Hybridbauteil 12 ist dabei noch in dem System 10 eingespannt vorgesehen. Es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in den zuvor erläuterten Figuren, sodass diese an dieser Stelle nicht erneut eingeführt werden. Die Prozesswärmeeinheit 18 mit dem transparenten Auflageelement 32 ist dabei bereits nach oben in Richtung des zweiten Spannvorrichtungselements 40 verfahren worden, sodass das Aufschmelzvolumen 28 bezogen auf die Bildebene nach rechts und links gedrückt wurde. Zudem sind anteilig Teile davon in das Metallbauteil 22 und insbesondere in aufgeraute Bereiche von diesem gedrückt worden, sodass eine feste Verbindung dieser Bauteile 22, 24 resultiert. Insbesondere ist ein Anteil des Aufschmelzvolumens 28 nach links derart um die Schneidkante 46 herum geflossen, dass der dafür vorgesehene Fließvolumenbereich 42 nahezu vollständig ausgefüllt ist. Das fertige Kunststoff-Metall-Hybridbauteil 12 weist somit nicht nur eine besonders feste Fügeverbindung zwischen den Bauteilen 22, 24 auf, sondern umfasst auch einen qualitativ ausreichenden und besonders zuverlässigen Kantenkorrosionsschutz der Schnittkante 46 auf.
Bezugszeichenliste

10: System
12: Kunststoff-Metall-Hybridbauteil
14: Steuer- und Recheneinheit
15: Blockpfeil
16: Spannvorrichtung
18: Prozesswärmeeinheit
20: Auflagefläche
22: Metallbauteil
24: Kunststoffbauteil
26: Sensorvorrichtung
28: Aufschmelzvolumen
30: Lasereinheit
32: transparentes Auflageelement
34: Prozesswärmepfeil
36: Bewegungspfeil
38: erstes Spannvorrichtungselement
40: zweites Spannvorrichtungselement
42: Fließvolumenbereich
44: Begrenzungsbereich
100: Verfahrensablaufdiagramm
110: erster Verfahrensschritt
120: zweiter Verfahrensschritt
130: dritter Verfahrensschritt
140: vierter Verfahrensschritt
150: fünfter Verfahrensschritt
160: sechster Verfahrensschritt

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

WO 2015/188798 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils (12) umfassend die folgenden Schritte: • Bereitstellen einer Spannvorrichtung (16) und einer Prozesswärmeeinheit (18) mit Auflagefläche (20); · Einlegen eines Metallbauteils (22) mit zumindest bereichsweise aufgerauter Oberfläche auf einen Bereich der Spannvorrichtung (16) und die Auflagefläche (20) der Prozesswärmeeinheit (18); • Anordnen eines Kunststoffbauteils (24) auf das Metallbauteil (22), sodass das Kunststoffbauteil (24) zumindest teilweise auf der aufgerauten Oberfläche aufliegt und zumindest teilweise das Metallbauteil (22) benutzerdefiniert überlappt; · Schließen der Spannvorrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: • Aktivieren der Prozesswärmeeinheit (18), sodass Prozesswärme in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24) eingebracht wird; · Zusammendrücken der Prozesswärmeeinheit (18) und der Spannvorrichtung (16) in Abhängigkeit eines Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24), sodass eine Verbindung zwischen Metallbauteil (22) und Kunststoffbauteil (24) erstellt wird, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens (28) des Kunststoffbauteils (24) als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils (22) vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prozesswärmeeinheit (18) zumindest eine Lasereinheit (30), insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein transparentes Auflageelement (32) umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit (30) durch das zumindest eine transparente Auflageelement (32) in Richtung der Auflagefläche (20) geleitet wird, um das Metallbauteil (22) und somit auch das Kunststoffbauteil (24) mit Prozesswärme zu beaufschlagen oder wobei die Prozesswärmeeinheit (18) zumindest eine Lasereinheit (30), insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein Auflageelement (32) mit zumindest einem Öffnungsbereich umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit (30) direkt durch den zumindest einen Öffnungsbereich in Richtung des auf der Auflagefläche (20) liegenden Metallbauteils (22) geleitet wird, um das Metallbauteil (22) und somit auch das Kunststoffbauteil (24) mit Prozesswärme zu beaufschlagen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zusammendrücken mittels eines definierten Bewegungsablaufs der Spannvorrichtung (16) und/oder mittels eines definierten Bewegungsablaufs der Prozesswärmeeinheit (18) vollzogen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24) mittels einer Sensorvorrichtung (26) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Sensorvorrichtung (26) zumindest ein Infrarotsensorelement umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spannvorrichtung (16) zumindest teilweise als formgebendes Element vorgesehen wird, sodass der zumindest eine Anteil des Aufschmelzvolumens des Kunststoffbauteils (24) in definierter Form als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils (22) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Zusammendrücken der Prozesswärmeeinheit (18) und der Spannvorrichtung (16) und der Prozesswärmeeintrag in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24) gleichzeitig oder seriell vollzogen wird.
System (10) zur Herstellung eines Kunststoff-Metall-Hybridbauteils (12) umfassend eine Steuer- und Recheneinheit (14), eine mit dieser Steuer- und Recheneinheit (14) jeweils gekoppelten Spannvorrichtung (16) und eine Prozesswärmeeinheit (18) mit Auflagefläche (20), welche in Kombination ausgelegt sind, ein dafür ausgelegtes Metallbauteil (22) und ein dafür ausgelegtes Kunststoffbauteil (24) zusammen aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesswärmeeinheit (18) ausgelegt ist, Prozesswärme in das Metallbauteil (22) und über das Metallbauteil (22) in das Kunststoffbauteil (24) einzubringen und die Prozesswärmeeinheit (18) und die Spannvorrichtung (16) in Kombination ausgelegt sind, ein in Abhängigkeit des mittels einer systemeigenen Sensorvorrichtung (26) erhobenen Prozesswärmeeintrags in das Metallbauteil (22) und in das Kunststoffbauteil (24) mittels eines definierten Zusammendrückens einen Fügeprozess der eingelegten Bauteile (22, 24) zu bewirken, wobei zumindest ein Anteil eines Aufschmelzvolumens (28) des Kunststoffbauteils (24) als Kantenkorrosionsschutz des Metallbauteils (22) verwendbar ist.
System (10) nach Anspruch 8, wobei die Prozesswärmeeinheit (18) zumindest eine Lasereinheit (30), insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein transparentes Auflageelement (32) umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit (30) durch das zumindest eine transparente Auflageelement (32) in Richtung der Auflagefläche (20) leitbar ist, um das Metallbauteil (22) und somit auch das Kunststoffbauteil (24) mit Prozesswärme zu beaufschlagen oder wobei die Prozesswärmeeinheit (18) zumindest eine Lasereinheit (30), insbesondere zumindest eine Diodenlasereinheit, und zumindest ein Auflageelement (32) mit zumindest einem Öffnungsbereich umfasst, sodass der Prozesswärmeeintrag von der zumindest einen Lasereinheit (30) direkt durch den zumindest einen Öffnungsbereich in Richtung des auf der Auflagefläche (20) liegenden Metallbauteils (22) geleitet wird, um das Metallbauteil (22) und somit auch das Kunststoffbauteil (24) mit Prozesswärme zu beaufschlagen.
Kunststoff-Metall-Hybridbauteils (12) gefertigt mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung des Systems (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9.