DE102020134375A1

DE102020134375A1 - Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse und Verfahren zum Herstellen des Bauteils

Info

Publication number: DE102020134375A1
Application number: DE102020134375.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Werner; Hilrich Kardoes; Erhard Moog; Michael Meß
Original assignee: Vibracoustic SE
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN116615328A; WO2022135760A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein einen Luftfederdämpfer oder einem Topmountgehäuse, wobei das Bauteil (10) eine erste Bauteilkomponente (12) mit mindestens einem Nutelement (18), eine zweite Bauteilkomponente (14) mit mindestens einem zum Nutelement (18) korrespondierenden Federelement (20) und einen Fügewerkstoff (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) zumindest teilweise in dem Nutelement (18) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Nutelement (18) und dem Federelement (20) mindestens ein Kanal (44) erstreckt und die erste Bauteilkomponente (12) und die zweite Bauteilkomponente (14) durch Einführen des Fügewerkstoffs (16) in den Kanal (44) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Mit der Erfindung wird ein verbessertes Bauteil (10) geschaffen, bei dem unabhängig von einer Erreichbarkeit von außen Schweißnähte für eine Verbindung von Bauteilkomponenten (12, 14) erzeugt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse und ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils.
Bei der Herstellung von Bauteilen aus Kunststoff können z. B. Spritzgussverfahren verwendet werden. Um Bauteile mit Hohlräumen herzustellen, werden zunächst einzelne Komponenten des Bauteils z. B. mittels Spritzguss hergestellt. Diese Komponenten können Schalenstrukturen aufweisen. Nach ihrer Herstellung werden die Schalen zusammengesetzt und miteinander verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise mittels Klebe- oder Schweißverfahren durchgeführt werden.
In beiden Verfahren wird ein Fügewerkstoff verwendet, um Ränder der Komponenten miteinander zu verbinden. Bei einem Schweißverfahren werden die Werkstoffe der Komponenten an den Oberflächen der Ränder mit dem mit hoher Temperatur auf die Ränder aufgetragenen Fügewerkstoff verschmolzen.
Für die Herstellung gasdichter Verbindungen ist weiter bekannt, die Ränder zweier aufeinander platzierter Schalen mit einem Fügewerkstoff, der einen höheren Schmelzpunkt als die Werkstoffe der Schalen aufweist, von außen zu umspritzen. Die Werkstoffe der Schalen und der Fügewerkstoff sind dazu derart ausgewählt, dass sie sich miteinander verbinden können.
Es besteht weiterhin Bedarf, Bauteile mit unzugänglichen Strukturen, die eine Verbindung zwischen den verschiedenen, einzeln hergestellten Komponenten herstellen sollen, mittels Schweißverfahren herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Bauteil und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Bauteils zu schaffen.
Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1, 13 und 14 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12 und 15.
Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse, wobei das Bauteil eine erste Bauteilkomponente mit mindestens einem Nutelement, eine zweite Bauteilkomponente mit mindestens einem zum Nutelement korrespondierenden Federelement und einen Fügewerkstoff aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Federelement zumindest teilweise in dem Nutelement angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Nutelement und dem Federelement mindestens ein Kanal erstreckt und die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente durch Einführen des Fügewerkstoffs in den Kanal stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Mit der Erfindung können damit Bauteilkomponenten an bisher unzugänglichen Bereichen mit einer Schweißnaht miteinander verbunden werden. Dazu weist die erste Bauteilkomponente mindestens ein Nutelement auf und die zweite Bauteilkomponente mindestens ein dazu passendes Federelement auf. Das mindestens eine Nutelement und das mindestens eine Federelement sind beim Zusammenfügen der Bauteilkomponenten derart positioniert, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird. Die Bauteilkomponenten können damit über eine Nut-Feder-Verbindung aneinandergekoppelt werden. Zwischen dem Nutelement und dem Federelement erstreckt sich ein Kanal. Der Kanal kann durch lediglich teilweises Einführen des Federelements in das Nutelement entstehen oder er kann in das Federelement oder das Nutelement integriert sein. Der Kanal kann zu einer Seite eine Öffnung aufweisen oder geschlossen sein. Nach dem Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente mit der zweiten Bauteilkomponente wird ein erhitzter fließfähiger Fügewerkstoff in den Kanal eingebracht. Dazu kann der Kanal zum Beispiel eine Durchgangsöffnung in die äußere Umgebung des Bauteils aufweisen. Die Bauteilkomponenten können in ein Spritzgusswerkzeug in der Form eingelegt und angespritzt werden. Die Durchgangsöffnung wird wie der Kanal mit dem Fügewerkstoff verfüllt. Der Fügewerkstoff kann entlang des Kanals fließen und sich in dem Kanal verteilen. Er verschmilzt mit den Kontaktflächen zum Nutelement und zum Federelement. Beim Abkühlen erstarrt der Fügewerkstoff in dem Kanal und bewirkt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Nutelement und dem Federelement. Damit können von außen unzugängliche Strukturen des Bauteils, z. B. innenliegende Wände, die eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Bauteilkomponente herstellen, miteinander verschweißt werden. Die Bauteile können zum Beispiel für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse sein. Es wird mit der Erfindung ein verbessertes Bauteil geschaffen, bei dem unabhängig von einer Erreichbarkeit von außen Schweißnähte für eine Verbindung von Bauteilkomponenten erzeugt werden können.
Mit von außen erreichbar oder von außen zugänglich ist gemeint, dass mit einem Werkzeug Material für das Erzeugen einer Schweißnaht an das Bauteil geleitet werden kann.
Gemäß einem Beispiel kann der Kanal zumindest teilweise zwischen einer Bodenfläche des Nutelements und einer Stirnfläche des Federelements angeordnet sein.
In diesem Beispiel kann das mindestens eine Federelement lediglich teilweise in das mindestens eine Nutelement einführbar sein. Dies kann zum Beispiel dadurch bewirkt werden, dass das Federelement eine Form aufweist, die ein vollständiges Einführen des Federelements in das Nutelement verhindert. Nach dem Zusammenfügen der Bauteilkomponenten verbleibt daher ein Lumen zwischen der Stirnfläche des Federelements und der Bodenfläche des Nutelements. Das Lumen ist der Kanal durch den der Fügewerkstoff eingebracht werden kann. Der Kanal lässt sich auf diese Weise einfach und kostengünstig realisieren.
Gemäß einem Beispiel können die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum umschließen.
Die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente können dabei mindestens teilweise einen Hohlraum einschließen. Die Wände des Hohlraums, die auch innenliegen können, können mittels einer angespritzten Schmelze zum Spritzschweißen verbunden werden. Durch die besondere Ausgestaltung der Kanäle, insbesondere durch die Stützwirkung der zu den Kanälen korrespondierenden Federelementen, kann das Spitzschweißen so eingerichtet werden, dass ein Einfallen des Hohlraums durch den Spritzdruck verhindert werden kann und der Kanal gleichmäßig gefüllt werden kann.
Weiter kann das Federelement z. B. an einer Kante schmaler als die Breite des Nutelements ausgebildet sein und auf diese Weise ein Kanal offenlassen, wenn es vollständig in das Nutelement eingeführt ist. Auch in diesem Fall kann der Kanal einfach und kostengünstig erzeugt werden.
Das Bauteil kann weiter beispielsweise mindestens einen Abstandshalter zum Halten einer vorbestimmten Eindringtiefe des Federelements in dem Nutelement aufweisen.
Der Abstandshalter kann zum Beispiel zwischen dem Nutelement und dem Federelement in dem Kanal angeordnet sein.
Weiter kann der Abstandshalter gemäß einem Beispiel am Federelement angeordnet sein, wobei mindestens eine Seitenwand des Nutelements auf dem Abstandshalter abgestützt ist.
Der Abstandshalter kann in diesem Beispiel von einer Seitenoberfläche des Federelements hervorragen und eine Aufnahme für das Nutelement bilden. Beim Einführen des Federelements in das Nutelement wird die Seitenwand des Nutelements bei Erreichen der vorbestimmten Eindringtiefe auf dem Abstandshalter abgesetzt und verhindert ein weiteres Einführen des Federelements in das Nutelement. Damit kann auf einfache Weise ein Kanal zwischen dem Federelement und dem Nutelement erzeugt und vor dem Einführen des Fügewerkstoffs offengehalten werden.
In einem weiteren Beispiel kann die zweite Bauteilkomponente mindestens ein Rippenelement aufweisen, wobei das Federelement an einem freien Endstück des Rippenelements angeordnet ist.
Das Rippenelement erstreckt sich damit von der zweiten Bauteilkomponente zu der ersten Bauteilkomponente. Das Rippenelement kann innerhalb des Bauteils angeordnet sein.
Dabei ist weiter denkbar, dass das mindestens eine Rippenelement an den mindestens einen Hohlraum angrenzt, wobei die erste Bauteilkomponente in einem Bereich um den Hohlraum auf dem Rippenelement abstützt ist.
Der Kanal kann zum Beispiel mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisen, wobei der Kanal über die Durchgangsöffnung mit einer Außenfläche des Bauteils verbunden ist, wobei in der Durchgangsöffnung Fügewerkstoff angeordnet ist.
Die Durchgangsöffnung kann an einer von außen zugänglichen Position angeordnet sein. Durch die Durchgangsöffnung kann erhitzter Fügewerkstoff eingeführt und in dem Kanal verteilt werden. Dabei können die Kontaktflächen mit dem Nutelement und dem Federelement angeschmolzen werden. Beim Abkühlen erstarrt der Fügewerkstoff und verbindet die beiden Bauteilkomponenten miteinander. Der Kanal kann mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen. Damit kann an mehreren Positionen gleichzeitig Fügewerkstoff in den Kanal eingeführt werden. Dies vermeidet, dass der Fügewerkstoff beim Durchströmen des Kanals einer zu starken Abkühlung unterliegt.
Weiter kann das Bauteil an der Außenfläche zum Beispiel mindestens einen Verteilerkanal aufweisen, der mit Fügewerkstoff gefüllt ist, wobei der Verteilerkanal über den Fügewerkstoff und durch die Durchgangsöffnung mit dem Kanal verbunden ist.
Der Verteilerkanal kann sich über eine äußere Oberfläche einer der Bauteilkomponenten erstrecken und von außen zugänglich sein, so dass Fügewerkstoff in ihn eingeführt werden kann. Der Fügewerkstoff kann durch den Verteilerkanal und die Durchgangsöffnung in den Kanal fließen.
In einem weiteren Beispiel kann der Fügewerkstoff an dem Verteilerkanal einen Hinterschnitt zum Kanal aufweisen.
In diesem Beispiel kann der Kanal durch eine Durchgangsöffnung direkt befüllt werden. Der Hinterschnitt, die auch als Hinterschnittstruktur bezeichnet werden kann, kann über mindestens eine weitere Durchgangsöffnung mit dem Kanal verbunden sein. Der Hinterschnitt erstreckt sich vorteilhafterweise auf der einem Nutelement gegenüberliegenden Seite der Bauteilkomponente. Damit wird über den Fügewerkstoff zum einen eine verbesserte mechanische Verbindung zwischen den Bauteilkomponenten bewirkt. Weiter wirkt der Hinterschnitt beim Einführen des Fügewerkstoffs als Überlaufbohne. Diese verbessert die Entlüftung des Kanals beim Einführen des Fügewerkstoffs. Der durch den Kanal fließende, erhitzte Fügewerkstoff wärmt weiter den Kanal zunächst vor und fließt dann in den Bereich, in dem der Hinterschnitt gebildet wird. Nachfließender Fügewerkstoff unterliegt dann einer schwächeren Abkühlung und verbleibt im Kanal. Dadurch kann die Qualität der Schweißnaht erhöht werden.
Die erste Bauteilkomponente kann beispielsweise aus einem ersten Werkstoff besteht und die zweite Bauteilkomponente aus einem zweiten Werkstoff besteht, wobei der Fügewerkstoff einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff, wobei der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff jeweils mit dem Fügewerkstoff verschweißbar sind.
Der Fügewerkstoff kann dann die Werkstoffe der Bauteilkomponenten leicht aufschmelzen, wenn er mit ihnen in Kontakt kommt. Dies verbessert die Bildung und die Qualität der Schweißnaht.
Weiter ist denkbar, dass das Nutelement und/oder das Federelement zum Beispiel mindestens eine Einführschräge aufweist.
Damit wird das Zusammensetzen der Bauteilkomponenten erleichtert, da das Nutelement und das Federelement mittels der Einführschrägen geführt ineinandergesteckt werden können.
Um Lagetoleranzen des Federelements aufgrund von Verzug ausgleichen zu können, kann das Nutelement zum Beispiel einen Spalt von 0,2 mm auf jeder Seite des Federelements aufweisen. Das erleichtert auch das Einführen der Nut-Feder-Verbindung. Hierdurch kann bei einseitiger Toleranzverschiebung ein Spalt von bis zu 0,4 mm zwischen dem Federelement und dem Nutelement entstehen. Wenn die Spalttiefe jedoch tief genug ist, läuft sich die Schmelze im Spalt tot: der Kanal zwischen dem Nutelement und dem Federelement kann daher trotz der Spalte gefüllt werden.
Weiter betrifft die Erfindung eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse umfassend ein Bauteil nach der vorangegangenen Beschreibung, wobei das Bauteil an der Luftfeder, dem Luftfederbein, dem Luftfederdämpfer oder dem Topmountgehäuse angeordnet ist.
Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen der Luftfeder, des Luftfederbeins oder des Luftfederdämpfers ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen des oben beschriebenen Bauteils. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach der vorangegangenen Beschreibung oder einer Luftfeder nach der vorangegangenen Beschreibung, umfassend die Schritte: Herstellen einer ersten Bauteilkomponente mit mindestens einem Nutelement und einer zweiten Bauteilkomponente mit mindestens einem zum Nutelement korrespondierenden Federelement; Anordnen der erste Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente derart, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird, wobei zwischen dem Nutelement und dem Federelement mindestens ein Kanal gebildet wird; Einführen von geschmolzenem Fügewerkstoff in den Kanal.
Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen des oben beschriebenen Bauteils. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Gemäß einem Beispiel können in einem Bereich des Kanals das Nutelement und das Federelement durch den geschmolzenen Fügewerkstoff angeschmolzen und haftend verbunden werden.
Gemäß einem weiteren Beispiel können die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum umschließen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Bauteils;
2a, b eine schematische Schnittdarstellung des Bauteils beim Zusammenführen;
3a, b schematische Darstellungen der Bauteilkomponenten;
4a, b schematische Darstellungen des Fügewerkstoffs;
5a, b eine schematische Schnittdarstellung des Bauteils und eines Werkzeugs beim Einführen des Fügewerkstoffs mit einem Verteilerkanal innerhalb des Werkzeugs;
6a-c eine schematische Schnittdarstellung des Bauteils mit einem Verteilerkanal am Bauteil;
7 eine schematische Schnittdarstellung eines Details des Bauteils; und
8 ein Flussdiagramm des Verfahrens.

Im Folgenden wird das Bauteil in seiner Gesamtheit gemäß 1 mit dem Bezugszeichen 10 referenziert.
Das Bauteil 10 umfasst eine erste Bauteilkomponente 12, eine zweite Bauteilkomponente 14 und einen Fügewerkstoff 16, der die erste Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 stoffschlüssig verbindet. Das Bauteil 10 ist in diesem Beispiel eine Komponente einer Luftfeder und weist an zentraler Stelle einen Durchbruch 11 auf. Durch den Durchbruch kann zum Beispiel eine andere Komponente der Luftfeder oder die Luftfeder selbst geführt werden.
Das Bauteil 10 kann weiter eine Komponente eines Luftfederbeins, eines Luftfederdämpfers oder eines Topmountgehäuses sein.
In den 2a und 2b sind die erste Bauteilkomponente 12 und die zweite Bauteilkomponente 14 einzeln und vor dem Verbinden mit dem Fügewerkstoff 16 dargestellt.
Die erste Bauteilkomponente 12 umfasst mindestens ein Nutelement 18, das sich entlang eines Teils der ersten Bauteilkomponente 12 erstreckt. Das Nutelement 18 weist eine Seitenwand 40 auf, die sich von der ersten Bauteilkomponente 12 weg erstreckt.
Die zweite Bauteilkomponente 14 kann einen Raum aufweisen, der im Bauteil 10 einen Hohlraum 46 bildet, wenn die erste Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 zusammengesetzt wurde. Innerhalb des Hohlraums 46 kann ein Rippenelement 42 angeordnet sein, das den Hohlraum 46 im Bauteil 10 abstützt und das sich im Bauteil 10 von der zweiten Bauteilkomponente 14 zu der ersten Bauteilkomponente 12 erstreckt. An einem freien Ende des Rippenelements 42 ist ein Federelement 20 angeordnet, das passend zu dem korrespondierenden Nutelement 18 angeordnet und ausgebildet ist. Die Anordnung der Federelemente 20 und der Nutelemente 18 ist dabei derart, dass beim Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente 12 und der zweiten Bauteilkomponente 14 jeweils ein Federelement 20 mit einem Nutelement 18 zusammengefügt wird. Das Federelement 20 wird in diesem Beispiel dabei zumindest teilweise in das Nutelement 18 eingeführt.
Abstandshalter 38 an der Außenwand des zweiten Bauteilkomponente 14 legen die Eindringtiefe der Federelemente 20 in die Nutelemente 18 fest. Die Seitenwand 40 zumindest einiger Nutelemente 18 der ersten Bauteilkomponente 12 liegt dann, wie in 2b dargestellt, an den Abstandshaltern 38 an. Die Federelemente 20 können dann nicht weiter in die Nutelemente 18 eingeführt werden. Es können ebenfalls Abstandshalter 38 am Rippenelement 42 vorgesehen sein, welche die Bauteilkomponenten 12 und 14 zentral aufeinander abstützen (nicht dargestellt).
Zwischen den Federelementen 20 und den Nutelementen 18 verbleibt daher in diesem Beispiel ein Lumen, das einen Kanal 44 bildet, der sich entlang der Federelemente 20 und der Nutelemente 18 erstreckt. Er ist zwischen der Bodenfläche der Nutelemente 18 und einer Stirnfläche 21 der Federelemente 20 ausgebildet. Vorzugsweise weist der Kanal 44 mindestens eine Höhe von 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 2 mm, auf.
In 3a ist die erste Bauteilkomponente 12 aus 1 dargestellt. An zentraler Position weist die erste Bauteilkomponente 12 einen Durchbruch auf, der durch eine Wand 13 begrenzt wird. Von der Wand 13 erstreckt sich in diesem Beispiel ein flaches Deckelelement bis zur Außenwand 19 der ersten Bauteilkomponente 12, welches von Streben 17 sternförmig durchzogen ist.. Die Streben 17 sind dabei auf der Oberseite der ersten Bauteilkomponente 12 angeordnet und bilden zusammen mit einer andüsseitigen Werkzeughälfte, z. B. der in 6a dargestellten Deckelform 60, einen an der Oberseite den ersten Bauteilkomponente 12 angeordneten Verteilerkanal 26 des Deckelelements 12, in denen der Fügewerkstoff 16 eingespritzt und verteilt werden kann. Gleichzeitig bilden die Streben 17 gegenüberliegend auf der Unterseite der ersten Bauteilkomponente 12 zwischen der Wand 13 und der Außenwand 19 zumindest teilweise die Nutelemente 18. Die Nutelemente 18 sind in der 2a wie oben beschrieben dargestellt.
Entlang der Streben 17 sind zum Beispiel Verteilerkanäle 26 dargestellt, die über eine Durchgangsöffnung 22 mit dem Nutelement 18 auf der anderen Seite der ersten Bauteilkomponente 12 fluidkommunizierend verbunden sind. Andere Streben 17 weisen Hinterschnittformen 24 auf, die ebenfalls über Durchgangsöffnungen 22 mit dem entsprechenden Nutelement 18 auf der anderen Seite der ersten Bauteilkomponente 12 fluidkommunizierend verbunden sind.
Die Streben 17 können weitere Durchgangsöffnungen 22 umfassen, die am Bauteil 10 an von außen zugänglichen Stellen angeordnet sind.
3b zeigt die zweite Bauteilkomponente 14 aus 1. Sie weist einen Durchbruch 11 auf, der von einer zylindermantelförmigen Wand der zweiten Bauteilkomponente 14 begrenzt wird. Von dem Durchbruch 11 erstreckt sich mindestens ein Rippenelement 42 bis zu einer Außenwand 15. In diesem Beispiel ist eine Vielzahl von Rippenelementen 42 vorhanden. In dem zusammengesetzten Bauteil 10 begrenzen die Rippenelemente 42 Hohlräume 46 innerhalb des Bauteils 10. An einem freien Endstück mindestens eines Rippenelements 42 ist ein Federelement 20 angeordnet, das beim Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 in ein korrespondierendes Nutelement 18 der ersten Bauteilkomponente 12 eingeführt werden kann.
Beim Einführen der Federelemente 20 in die Nutelemente 18 entstehen zwischen den Federelementen 20 und den Nutelementen 18 Kanäle 44. Die Kanäle 44 können zwischen Seitenwänden der Nutelemente 18 und zwischen der Stirnfläche 21 der Federelemente 20 und einer Bodenfläche der Nutelemente 18 angeordnet sein.
In den 4a und 4b ist der Fügewerkstoff 16 dargestellt, wie er sich zwischen der ersten Bauteilkomponente 12 und der zweiten Bauteilkomponente 14 bzw. an den beiden Bauteilkomponenten 12, 14 erstreckt.
4a zeigt dabei Fügewerkstoff 16, der einen Ring 23 aufweist, der die erste Bauteilkomponente 12 und die zweite Bauteilkomponente 14 an einer Außenwand miteinander verschweißt. Die erste Bauteilkomponente 12 besteht dabei aus einem ersten Werkstoff, der mit dem Fügewerkstoff 16 verschweißbar ist. Die zweite Bauteilkomponente 14 besteht aus einem zweiten Werkstoff, der mit dem Fügewerkstoff 16 verschweißbar ist. Der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff können gleich sein. Weiter weisen der erste und zweite Werkstoff bevorzugt einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Fügewerkstoff 16 auf.
Der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff können z. B. ein Polyamid 6 aufweisen und der Fügewerkstoff 16 kann z. B. ein Polyamid 66 aufweisen.
Im Bauteil 10 entlang der Kanäle 44 erstrecken sich die Schweißnähte 32 von dem Ring 23 aus. Diese erstecken sich entweder unmittelbar von dem Ring 23 in die Kanäle 44 oder über Verteilerstrukturen 30 in die Kanäle 44, wobei die Verteilerstrukturen 30 im Bauteil 10 in den Verteilerkanälen 26 angeordnet sind. Verbindungen zwischen den Verteilerstrukturen 30 und den Schweißnähten 32 werden über Verbindungsstücke 34 bzw. 36 hergestellt, die im Bauteil 10 in den Durchgangsöffnungen 22 angeordnet sind.
Die Durchgangsöffnungen 22 können dabei verschiedene Formen aufweisen, sodass auch die Verbindungsstücke 34 bzw. 36 unterschiedlich ausgeformt sein können. So sind die Verbindungsstücke 34 rund bzw. zylindrisch ausgebildet und die Verbindungsstücke 36 rechteckig bzw. quaderförmig ausgebildet. Entsprechend sind die Durchgangsöffnungen 22 ausgebildet, in denen die Verbindungsstücke 34, 36 angeordnet sind. Weiter erstrecken sich die Verbindungsstücke 36 über eine längere Strecke entlang bzw. parallel zu den Schweißnähten 32 als die Verbindungsstücke 34, die lediglich über eine kleine Strecke entlang der Schweißnähte 32 ausgebildet sind.
Auch ist es möglich, dass die Schweißnähte 32 nicht über Verbindungsstücke 34 oder 36 an die Verteilerkanäle 26 angebunden sind. Sie sind dann stattdessen unmittelbar an den Ring 23 angebunden und werden über diesen gefüllt.
In 4b ist ebenfalls Fügewerkstoff 16 dargestellt, der einen weiteren Ring 25 aufweist, der in diesem Beispiel kreisrund ist. Dieser ist in dem Beispiel von 1 am Durchbruch 11 angeordnet und verbindet die erste Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 an einer Verbindungsstelle am Durchbruch 11.
Auch mit dem weiteren Ring 25 ist eine Schweißnaht 32 über eine Verteilerstruktur 30 verbunden. Zwei weitere Schweißnähte 32 sind unmittelbar mit dem weiteren Ring 25 verbunden. Sie weisen Verbindungsstrukturen 36 auf, die die Schweißnähte 32 mit den Hinterschnitten 28 verbinden.
Die 5a und 5b zeigen das Bauteil 10, das in einem Formwerkzeug angeordnet ist.
Gemäß 5a weist das Formwerkzeug 49 eine untere Form 48, eine mittlere Form 50 und eine obere Form 52 auf. Die untere Form 48 nimmt einen Teil der zweiten Bauteilkomponente 14 auf. Auf die zweite Bauteilkomponente 14 ist die erste Bauteilkomponente 12 aufgesetzt. Diese wird von außen von der mittleren Form 50 umschlossen. Auf der mittleren Form 50 ist die obere Form 52 angeordnet. Durch die obere Form 52 und die mittlere Form 50 erstrecken sich Durchflusskanäle 56, die über Durchgangsöffnungen 22 mit den Kanälen 44 des Bauteils 10 verbunden sind. Die Durchflusskanäle 56 sind mit Fügewerkstoff 16 befüllt. Der Fügewerkstoff 16 wird durch eine Eingangsöffnung 57 an der oberen Form 52 eingeführt. In diesem Beispiel erstreckt sich zwischen der oberen Form 52 und der mittleren Form 50 der Verteileranguss des Fügewerkstoffs 16, der in die Durchgangsöffnungen 22 des Bauteils 10 mündet. Im flüssigen Zustand kann der Fügewerkstoff 16 daher von der Eingangsöffnung 57 zu den Durchgangsöffnungen 22 fließen und sich entlang der Kanäle 44 zwischen dem Nutelement 18 und dem Federelement 20 verteilen. Insbesondere können Wandstrukturen, die innerhalb des Bauteils 10 angeordnet ist, wie zum Beispiel das Rippenelement 42, das an die Hohlräume 46 innerhalb des Bauteils 10 grenzt, mit Schweißnähten eine Verbindung zwischen den Bauteilkomponenten 12, 14 herstellen.
Nach dem Entformen der gefügten Bauteilkomponenten 12, 14, wird der zwischen der oberen Form 52 und der mittleren Form 50 positionierte Verteileranguss aus dem Fügewerkstoff 16 ausgeworfen, so dass ein neuer Zyklus erfolgen kann.
5b zeigt dabei eine Detailansicht aus 5a. Dabei wird ein Nutelement 18 mit einem Federelement 20 und einem Kanal 44 näher dargestellt. Das Nutelement 18 weist an seinen Seitenwänden 40 Einführschrägen 54 auf, die das Einführen des Federelements 20 in das Nutelement 18 erleichtern. Der Verteileranguss ist nach dem Entformen aus dem Spritzgusswerkzeug von der mit dem Fügwerkstoff 16 gefüllten Durchgangsöffnung 22 abgerissen, wobei ein kleiner Rest des Angusses noch stehen bleiben kann; eine weitere Nacharbeit ist nicht notwendig, so dass auf diese Art und Weise eine kostengünstige Verbindung der Bauteile 12 und 14 inklusive der kostengünstigen Entfernung des Verteilerangusses realisiert werden kann.
6a bis 6c zeigen eine weitere Ausführungsform des Bauteils 10 und des dazugehörigen Formwerkzeugs.
Gemäß 6a umfasst das Formwerkzeug 49 eine untere Form 48 sowie eine Deckelform 60, die unmittelbar an die untere Form 48 anschließt. Wie im Beispiel nach 5 a nimmt die untere Form 48 zumindest einen Teil der zweiten Bauteilkomponente 14 auf. Zwischen der Deckelform 60 und der erste Bauteilkomponente 12 ist dabei ein Verteilerkanal 26 angeordnet. Der Verteilerkanal 26 erstreckt sich dabei in diesem Beispiel auf einer nach außen weisenden Oberfläche der ersten Bauteilkomponente 12 entlang der in 3a gezeigten Streben 17 bis zu den Durchgangsöffnungen 22. Der Verteilerkanal 26 ist mit Fügewerkstoff 16 gefüllt und stoffschlüssig mit der ersten Bauteilkomponente 12 verbunden. Er muss nicht wie im Beispiel der 5a nachträglich entfernt werden. Vielmehr kann der entlang der Streben 17 stoffschlüssig mit der Bauteilkomponente 12 verbundene Fügewerkstoff zu der Versteifung der Bauteilkomponente beitragen. Die Einlassöffnung 57 ist ebenfalls an der Deckelform 60 angeordnet. Durch die Einlassöffnung 57 kann erhitzter, fließfähiger Fügewerkstoff 16 in den Verteilerkanal 26 eingeleitet werden. Der erhitzte Fügewerkstoff 16 kann entlang des Verteilerkanals 26 durch die Durchgangsöffnungen 22 in die Kanäle 44 fließen.
6b zeigt dabei das entformte Bauteil 10. Der Verteilerkanal 26 weist nun erstarrten Fügewerkstoff 16 auf, der den Verteilerkanal 26 vollständig füllt. Auch in den Kanälen 44 ist erstarrten Fügewerkstoff 16 angeordnet, der zumindest teilweise mit den Oberflächen der Nutelemente 18 und der Federelemente 20 verschmolzen ist.
6c zeigt eine Detailansicht der Darstellung aus 6b. Dabei wird der Kanal 44 mit dem Nutelement 18 und dem Federelement 20 dargestellt, der mit Fügewerkstoffe 16 befüllt ist. Der Werkstoff 16 erstreckt sich dabei durch die Durchlassöffnung 22 entlang des Verteilerkanals 26 an der äußeren Oberfläche der ersten Bauteilkomponente 12.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Verteilerkanäle 26 sich auch innerhalb der Bauteilkomponenten 12, 14 befinden können.
Die Seitenwände 40 des Nutelements 18 weisen in diesem Beispiel Einführschrägen 54 auf.
Wie in 7 dargestellt, können die Einführschrägen 54 auch an dem Federelement 20 angeordnet sein. Auch in diesem Fall erleichtern die Einführschrägen 54 das Einführen des Federelements 20 in das Nutelement 18.
8 zeigt das Verfahrens 100 zum Herstellen des Bauteils 10.
In einem ersten Schritt 102 werden die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente hergestellt. Die erste Bauteilkomponente wird mit mindestens einem Nutelement und die zweite Bauteilkomponente wird mit mindestens einem Federelement hergestellt. Das Nutelement und das Federelement korrespondieren dabei miteinander, sodass bei einem Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente das Federelement zumindest teilweise das Nutelement einführbar ist.
In einem weiteren Schritt 104 wird die erste Bauteilkomponente derart mit der zweiten Bauteilkomponente angeordnet, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird. Damit wird das Bauteil zusammengesetzt. Zwischen dem Nutelement und dem Federelement verbleibt mindestens ein Kanal. Weiter können die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum einschließen.
In einem weiteren Schritt 106 wird geschmolzener Fügewerkstoff in den Kanal eingeführt. Der geschmolzene Fügewerkstoff schmilzt weiter die Kontaktflächen zu dem Nutelement und dem Federelement an. Beim Erstarren des Fügewerkstoffs wird eine Schweißnaht zwischen der ersten Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente gebildet. Es entsteht eine haftende Verbindung zwischen dem Nutelement und dem Federelement im Bereich des Kanals.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil
11: Durchbruch
12: erste Bauteilkomponente
13: Wand
14: zweite Bauteilkomponente
15: Außenwand
16: Fügewerkstoff
17: Strebe
18: Nutelement
19: Außenwand
20: Federelement
21: Stirnfläche
22: Durchgangsöffnung
23: Ring
24: Hinterschnittform
25: weiterer Ring
26: Verteilerkanal
28: Hinterschnitt
30: Verteilerstruktur
32: Schweißnaht
34: Verbindungsstück
36: Verbindungsstück
38: Abstandshalter
40: Seitenwand
42: Rippenelement
44: Kanal
46: Hohlraum
48: untere Form
49: Formwerkzeug
50: mittlere Form
52: obere Form
54: Einführschräge
56: Durchflusskanal
57: Eingangsöffnung
60: Deckelform

Claims

Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder einem Topmountgehäuse, wobei das Bauteil (10) eine erste Bauteilkomponente (12) mit mindestens einem Nutelement (18), eine zweite Bauteilkomponente (14) mit mindestens einem zum Nutelement (18) korrespondierenden Federelement (20) und einen Fügewerkstoff (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) zumindest teilweise in dem Nutelement (18) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Nutelement (18) und dem Federelement (20) mindestens ein Kanal (44) erstreckt und die erste Bauteilkomponente (12) und die zweite Bauteilkomponente (14) durch Einführen des Fügewerkstoffs (16) in den Kanal (44) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) zumindest teilweise zwischen einer Bodenfläche des Nutelements (18), einer Seitenfläche des Nutelements (18) und einer Stirnfläche (21) des Federelements (20) angeordnet ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bauteilkomponente (12) und die zweite Bauteilkomponente (14) mindestens einen Hohlraum (46) umschließen.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandshalter am Federelement (20) angeordnet ist, wobei mindestens eine Seitenwand des Nutelements (18) auf dem Abstandshalter abgestützt ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bauteilkomponente (14) mindestens ein Rippenelement (42) aufweist, wobei das Federelement (20) an einem freien Endstück des Rippenelements (42) angeordnet ist.
Bauteil nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rippenelement (42) an den mindestens einen Hohlraum (46) angrenzt, wobei die erste Bauteilkomponente (12) in einem Bereich um den Hohlraum (46) auf dem Rippenelement (42) abstützt ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) mindestens eine Durchgangsöffnung (22) aufweist, wobei der Kanal (44) über die Durchgangsöffnung (22) mit einer Außenfläche des Bauteils (10) verbunden ist, wobei in der Durchgangsöffnung (22) Fügewerkstoff (16) angeordnet ist.
Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) an der Außenfläche mindestens einen Verteilerkanal (26) aufweist, der mit Fügewerkstoff (16) gefüllt ist, wobei der Verteilerkanal (26) über den Fügewerkstoff (16) und durch die Durchgangsöffnung (22) mit dem Kanal (44) verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügewerkstoff (16) an dem Verteilerkanal (26) einen Hinterschnitt zum Kanal (44) aufweist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bauteilkomponente (12) aus einem ersten Werkstoff besteht und die zweite Bauteilkomponente (14) aus einem zweiten Werkstoff besteht, wobei der Fügewerkstoff (16) einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff, wobei der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff jeweils vorzugsweise mit dem Fügewerkstoff (16) verschweißbar sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutelement (18) und/oder das Federelement (20) mindestens eine Einführschräge (54) aufweist.
Luftfeder, Luftfederbein, Luftfederdämpfer oder Topmountgehäuse umfassend ein Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Bauteil (10) an der Luftfeder, dem Luftfederbein, dem Luftfederdämpfer oder dem Topmountgehäuse angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder einer Luftfeder, Luftfederbein, Luftfederdämpfer oder einem Topmountgehäuse nach Anspruch 12, umfassend die Schritte: - Herstellen (102) einer ersten Bauteilkomponente mit mindestens einem Nutelement und einer zweiten Bauteilkomponente mit mindestens einem zum Nutelement korrespondierenden Federelement; - Anordnen (104) der erste Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente derart, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird, wobei zwischen dem Nutelement und dem Federelement mindestens ein Kanal gebildet wird; - Einführen (106) von geschmolzenem Fügewerkstoff in den Kanal.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Kanals das Nutelement und das Federelement durch den geschmolzenen Fügewerkstoff angeschmolzen und haftend verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum umschlie-ßen.