DE10307899A1

DE10307899A1 - Energiemanagementsystem und Schweißverfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE10307899A1
Application number: DE2003107899
Authority: DE
Inventors: Joerg Brahm; Robert Gifford
Original assignee: Branson Ultrasonics Corp
Current assignee: Branson Ultrasonics Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2003-08-28
Also published as: CH696581A5; US20030164218A1; US6797089B2; JP2003252154A

Abstract

Ein Energiemanagementsystem für ein Fahrzeug weist ein Substrat (14) und ein Schutzkissen (18) auf, die miteinander vibrationsverschweißt sind. Teile von Materialien, die für das Vibrationsverschweißen inkompatibel sind, können miteinander verschweißt werden, indem zunächst ein mit dem jeweils anderen Teil kompatibles Material aufgebracht wird (Fig. 3).

Description

Die gegenwärtige Erfindung betrifft Energiemanagementsysteme, wie etwa Dachverkleidungen, die in Fahrzeugen verwendet werden, sowie ein Herstellverfahren hierfür.

Bei heutigen Kraftfahrzeugen ist das Energiemanagement eine wichtige Komponente, um die Insassen eines Fahrzeugs im Falle eines Umfalls gegen Verletzungen zu schützen. Als solche weisen heutige Automobile typischerweise in ihrem Innenraum Energiemanagementsysteme auf, die die Energie, die im Falle eines Unfalls ein Fahrzeuginsasse durch Auftreffen darauf freisetzt, verteilen. Hier wird unter "Energiemanagementsystem" eine Struktur verstanden, bei der ein Substrat mit einem Energie absorbierenden Kissen oder Schutzkissen, wie etwa einer Wabenstruktur, verbunden ist. Solche Energiemanagementsysteme sind in Dachverkleidungen, A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen, Armaturentafeln, Seitentürverkleidungen, Stoßstangen, Handschuhfächern und Kniepolstern integriert. Beispielhaft ist eine Art einer Dachverkleidung 10 nach dem Stand der Technik in Fig. 1 gezeigt. Gemäß Fig. 1 besteht die Dachverkleidung 10 aus einer Schicht 12 aus einem Polyurethan- oder Polypropylenschaum, die eine Rückschicht 14 aus einem Polyester oder Polypropylen hat, sowie eine Vorderschicht 16 aus einem Textilerzeugnis, das, wie etwa Filz, für die Oberfläche, die sichtbar ist, wenn das Teil in einem Fahrzeug installiert wird (hier als sichtbare Oberfläche bezeichnet), ein gutes Aussehen bereitstellt. Im Zusammenhang mit Fahrzeuganwendungen wird die sichtbare Oberfläche eines Teils als die "Class-A-Oberfläche" bezeichnet. Die Rückschicht 14 aus Polyester/Polypropylen und die Vorderschicht 16 sind typischerweise mit einer Schaumstoffschicht 12 aus Polyester/Polypropylen durch einen Kleber verklebt. Schutzkissen, wie etwa Polypropylen-Wabenstrukturen, Polypropylen-Rippenstrukturen oder andere Schutzkissenstrukturen, werden dann mit der Dachverkleidung an geeigneten Stellen verbunden.

Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung eines solchen Energiemanagementsystems mit Dachverkleidung/Schutzkissen, bei dem das Schutzkissen 18 mit der Dachverkleidung 10 mittels eines Klebers wie nachfolgend erläutert verbunden ist. In dem sich ergebenden Energiemanagementsystem mit Dachverkleidung/Schutzkissen ist die Dachverkleidung das Substrat, und das Schutzkissen ist die Polypropylen-Wabenstruktur, Polypropylen-Rippenstruktur oder eine andere Schutzkissenstruktur.

Bislang wurden Energiemanagementsysteme hergestellt, indem die Substrate mit ihren Schutzkissen mittels Klebers verbunden wurden. Unter Bezugnahme auf Dachverkleidungen und Fig. 1 besteht eine typische Herstellfolge nach dem Stand der Technik darin, die Dachverkleidung 10 in eine Halterung in eine Presse einzulegen. Es wird dann Kleber auf die Dachverkleidung 10 aufgetragen. Nachdem der Kleber aufgetragen ist, werden Schutzkissen 18 auf den Kleber auf der Dachverkleidung 10 aufgesetzt und die Presse geschlossen. Nach einer geeigneten Haltezeit oder Aushärtezeit wird die Presse geöffnet, und das vervollständigte Energiemanagementsystem mit Dachverkleidung/Schutzkissen wird entfernt.

Das zuvor beschriebene Verfahren hat eine Anzahl von Nachteilen. Es werden typischerweise Klebepistolen verwendet, um den Kleber auf das Substrat aufzutragen. Diese können überschüssigen Kleber oder Fäden von Kleber auf der Rückschicht und auf der sichtbaren Oberfläche des Substrates hinterlassen. Eine nicht ausreichende Haltezeit und eine nicht ausreichende Kleberlage kann zu einer schlechten Verbindung zwischen dem Substrat und dem Schutzkissen führen. Eine ungeeignete Lage des Schutzkissens auf dem Substrat kann zu Problemen führen, wenn das Energiemanagementsystem mit Dachverkleidung/Schutzkissen im Fahrzeug montiert wird. Ferner vergrößert der Kleber die Kosten des Energiemanagementsystems.

Es ist daher die Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein verbessertes Energiemanagementsystem mit einem Substrat und einem Schutzkissen bereitzustellen. Ferner soll ein Dachverkleidungs-/Energiemanagementsystem und ein geeignetes Herstellverfahren hierfür angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Energiemanagementsystem gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Struktur gemäß Anspruch 16 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 17 oder gemäß der Ansprüche 20 oder 23 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Ein Energiemanagementsystem gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung weist ein Substrat und ein Schutzkissen auf, die miteinander vibrationsverschweißt sind. Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung bestehen das Substrat und das Schutzkissen wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material. Hierbei kann das Schutzkissen etwa eine Polypropylen-Wabenstruktur sein. Bei einer weiteren Ausführung ist das Schutzkissen eine Polypropylen-Rippenstruktur.

Gemäß einer anderen Ausführung hat das Schutzkissen eine Basisschicht aus einem wärmeausgehärtetem Material, wie etwa Polyurethan, und eine Rückschicht, die wenigstens zum Teil aus einem thermoplastischen Material besteht, wobei das Schutzkissen und das Substrat vibrationsverschweißt werden, so dass die Rückschicht des Schutzkissens mit dem Substrat vibrationsverschweißt ist. Das Substrat kann eine Rückschicht aufweisen, die wenigstens zum Teil aus einem thermoplastischen Material besteht, wobei das Schutzkissen und das Substrat miteinander vibrationsverschweißt werden, so dass die Rückschicht des Substrates und das Schutzkissen miteinander vibrationsverschweißt sind. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung können sowohl das Schutzkissen als auch das Substrat jeweils eine Rückschicht haben, die zum Teil aus einem thermoplastischen Material besteht, wobei das Schutzkissen und das Substrat mit ihren Rückschichten miteinander vibrationsverschweißt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführung besitzt ein Energiemanagementsystem mit Dachverkleidung eine Dachverkleidung, die eine Basisschicht und eine Rückschicht aus Polyester oder Polypropylen aufweist, sowie ein Schutzkissen. Die Dachverkleidung und das Schutzkissen werden miteinander vibrationsverschweißt, so dass die Rückschicht aus Polyester oder Polypropylen und das Schutzkissen miteinander vibrationsverschweißt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, erste und zweite Teile, die zum Vibrationsverschweißen inkompatibel sind, miteinander vibrationszuverschweißen, indem vor dem Vibrationsverschweißen des ersten und zweiten Teils auf eine Oberfläche wenigstens des ersten Teils eine Schicht aus zum Vibrationsverschweißen mit dem zweiten Teil kompatiblem Material aufgebracht wird. Bei einer Ausführung besteht diese Schicht aus kompatiblem Material wenigstens zum Teil aus einem Thermoplasten, wie etwa einer Polypropylenschicht. Bei einer Variante dieses Verfahrens werden betreffende Schichten aus kompatiblem Material sowohl auf das erste als auch auf das zweite Teil aufgebracht, bevor die beiden Teile miteinander vibrationsverschweißt werden.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Struktur, wie etwa ein Energiemanagementsystem, angegeben, das durch Einschließen einer Polypropylen-Wabenstruktur oder einer Polypropylen-Rippenstruktur zwischen Polypropylen-Basisplatten hergestellt wird. Die Polypropylen-Wabenstruktur oder Polypropylen-Rippenstruktur wird mit einer der Polypropylen-Basisplatten vibrationsverschweißt und dann mit der anderen Polypropylen-Basisplatte vibrationsverschweißt.

Die gegenwärtige Erfindung wird nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Dachverkleidung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines herkömmlichen Energiemanagementsystems mit Dachverkleidung;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Energiemanagementsystems in einer Vibrationsschweißvorrichtung;
Fig. 4 eine Explosionsdarstellung eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung eines Energiemanagementsystems gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenansicht einer Polypropylen-Rippenstruktur nach dem Stand der Technik;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Struktur;
Fig. 8 eine grafische Darstellung einer polymeren Verbindung nach dem Stand der Technik, die durch Vibrationsverschweißen hergestellt ist und
Fig. 9 eine grafische Darstellung einer mechanischen Verbindung nach dem Stand der Technik, die durch Vibrationsverschweißen hergestellt ist.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist lediglich beispielhafter Natur und keinesfalls dazu geeignet, die Erfindung, ihre Anwendungen oder ihre Verwendungen einzuschränken.
Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein Verfahren zum Vibrationsverschweißen eines Energiemanagementsystems 8 mit Dachverkleidung/Schutzkissen gemäß der Erfindung beschrieben ist. Das Energiemanagementsystem 8 mit Dachverkleidung/Schutzkissen weist eine Dachverkleidung 10 (Fig. 1) auf, die mit dem Schutzkissen 18 verklebt ist. Das Schutzkissen 18 besteht bspw. aus einer Polypropylen-Wabenstruktur. Es versteht sich, dass das Schutzkissen 18 aus anderen Schutzkissenstrukturen bestehen kann, wie etwa aus einer Polypropylen-Rippenstruktur 56 (vgl. Fig. 6). Bekanntlich ist eine Polypropylen-Rippenstruktur 56 eine Struktur, die aus Polypropylen formgepresst ist und Rippen 58 zur Stoßabsorption aufweist.
In Fig. 3 hat eine Reibungs- oder Vibrationsschweißvorrichtung 20 einen Vibrationskopf 22, der ein daran befestigtes oberes Werkzeug 24 aufweist. Die Vibrationsschweißvorrichtung 20 weist ferner eine untere Vorzentriereinrichtung 26 auf, die durch Zylinder 28 aufgenommen ist, die auf einer Platte 30 befestigt sind. Die Vibrationsschweißvorrichtung 20 weist ferner Druckzonen 32 auf, die Schutzkissen-Aufnahmeeinrichtungen 34 haben. Die Druckzonen 34 können bspw. Druckzonen des Typs VS-8101/1, VS-8101/2 oder VS-8101/7 sein, die von Branson Ultrasonics aus Rochester Hills, Michigan, USA, erhältlich sind. Auf dem oberen Werkzeug 24 sind aufgeraute Einsätze 36, wie etwa geriffelte Aluminiumeinsätze, befestigt.
Die Vibrationsschweißvorrichtung 20 kann bspw. eine Vibrationsschweißvorrichtung der Art sein, wie sie im US-Patent 3 920 504 für eine Vibrationsschweißvorrichtung offenbart ist, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Die Dachverkleidung 10 wird an der Vorzentrierhalterung 26 mit der Sichtseite (textile Schicht 16) der Dachverkleidung nach oben befestigt. Die Schutzkissen 18 werden auf den Schutzkissenhalterungen 34 befestigt, und der Schweißzyklus der Vibrationsschweißvorrichtung 20 wird begonnen. Die Platte 30 hebt die Zylinder 28 und die Druckzonen 32 an, wodurch die Dachverkleidung 10 in das obere Werkzeug 24 gelangt, wobei die Druckzonen 32 die Schutzkissen 18 gegen die Polyester-Rückschicht 14 der Dachverkleidung 10 drücken. Wenn die Dachverkleidung 10 in das obere Werkzeug angehoben ist, wird die Vorzentrierhalterung 26 abgesenkt. Der Vibrationskopf 22 wird dann aktiviert, um das Schutzkissen 18 gegen die Polyester-Rückschicht 14 der Dachverkleidung 10 zu vibrieren, um die Schutzkissen 18 mit der Dachverkleidung 10 vibrationszuverschweißen. Die aufgerauten Einsätze 36 werden in dem oberen Werkzeug 24 so befestigt, dass sie den Vibrationskissen 18 gegenüberliegen, wenn die Dachverkleidung 10 in das obere Werkzeug 24 angehoben wurde, und die Druckkissen 18 werden durch die Druckzone 32 gegen die Dachverkleidung 10 gepresst. Nach dem Abschluss des Vibrationsschweißzyklus hält die Vibrationsschweißvorrichtung 20 die Schutzkissen 18 über eine geeignete Haltezeit weiter gegen die Dachverkleidung 10 unter Druck. Nach dem Ablauf der Haltezeit wird die Platte 30 abgesenkt, und das vervollständigte Energiemanagementsystem 8 mit Dachverkleidung/Schutzkissen wird aus der Vibrationsschweißvorrichtung 20 entfernt.
Es versteht sich, das die Vibrationsschweißvorrichtung 20 so konfiguriert sein kann, dass die Schutzkissen 18 in das obere Werkzeug 24 verlegt werden, und dass die Dachverkleidung 10 gegen die Schutzkissen 18 angehoben wird.
Die Vibration von einem Teil gegen das andere, in diesem Fall der Polypropylen-Wabenstruktur, als die das Schutzkissen 18 beispielhaft ausgebildet sein kann, gegen die Polyester- Rückschicht 14 der Dachverkleidung 10, bewirkt eine ausreichende Reibungswärme, um den Polypropylen-Thermoplast des Schutzkissens 18 und den Thermoplast der Polyester-Rückschicht 14 der Dachverkleidung 10 zusammenzuschmelzen, wobei eine oder mehrere polymere Verbindungen und mechanische (ineinander greifende) Verbindungen erzeugt werden, in Abhängigkeit von den betreffenden Zusammensetzungen des Schutzkissens 18 und der Polyester- Rückschicht 14. Mit einer Polypropylen-Rückseite ist die Verbindung im Wesentlichen eine polymere Verbindung, und mit einer Polyester-Rückseite ist die Verbindung im Wesentlichen eine mechanische Verbindung, wobei der Thermoplast der Polypropylen- Wabenschutzkissen 18 um die Fasern der Polyester-Rückschicht 14herumgreifen (ineinander greifen). Es versteht sich, dass die Schutzkissen 18 andere Strukturen als Polypropylen-Wabenstrukturen sein können, wie etwa Schaum oder Polypropylen- Rippenstrukturen.
Das oben beschriebene Verfahren kann unter Verwendung von herkömmlichen Reibungs- oder Vibrationsschweißvorrichtungen ausgeführt werden, wie sie etwa in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 3 920 504 beschrieben sind. Die Schweißparameterzustände werden gemäß der Materialien modifiziert, aus denen die beiden zu verschweißenden Teile bestehen, um eine geeignete Vibrationsverschweißung oder Reibungsverschweißung der beiden Teile zu erreichen. Zu den signifikanten Schweißparametern gehören Druck, Amplitude, Frequenz, Schweißzeit und Haltezeit.
Die Polypropylen-Wabenstruktur, die beispielhaft als das Schutzkissen 18 ausgebildet ist, kann bspw. jede beliebige Polypropylen-Wabenstruktur sein, die unter dem Handelsnamen TRAUMA-LITE Honeycombs von Trauma Lite Ltd. aus Manchester, Großbritannien, vertrieben wird, die PP-8-80 TUBUS Honeycombs- Polypropylen, die von ATS, Inc. aus Canonsburg, Pennsylvania, USA, vertrieben wird, und die WAVECORE® Polypropylen-Wabenstruktur sein, die von ATS Inc. vertrieben wird. Beispielhafte Schweißparameter zum Verschweißen von Dachauskleidungsmaterial mit Polyester-Rücken mit solchen Polypropylen-Wabenstrukturen unter Verwendung eines Branson Ultrasonics Mini-Vibration Welder, der von Branson Ultrasonics erhältlich ist, sind:
Maximale Spannkraft: 331N-340N
Schweißamplitude: 1,70-180 mm (Spitze zu Spitze)
Schweißzeit: 1-8 sec
Schweißfrequenz 240 Hz.
Tabelle 1 zeigt Schweißparameter für einen Branson Ultrasonics MINI-VIBRATION WELDER, der verwendet wird, um Stücke eines solchen Dachverkleidungsmaterials mit solchen Wabenstrukturen zu verschweißen, wobei eine Verbindung erreicht wurde. Die Schweißparameter zur Erzeugung von zufriedenstellenden und optimalen Verbindungen können durch Routineversuche bestimmt werden (Wabenmaterial mit 10 mm und 20 mm Dicke (70 mm × 70 mm), Dachverkleidungsmaterial mit und ohne Schauminnenseite und Polyester-Rücken). Tabelle 1
Tabelle 2 zeigt Schweißparameter für einen Branson Ultrasonics MINI-VIBRATION WELDER, der verwendet wird, um Sandwich-Strukturen aus Polypropylen-Wabenstrukturen des oben beschriebenen Typs zwischen zwei Polypropylen-Plattensubstraten zu verschweißen. In diesem Zusammenhang wird eine Seite der Wabenstruktur 52 (Fig. 7) mit einer der Polypropylen-Platten 54 vibrationsverschweißt, und die andere Polypropylen-Platte wird dann mit der anderen Seite der Wabenstruktur vibrationsverschweißt (Sandwich). Die Wabenstrukturen waren 10 und 20 mm dick, und die Polypropylen-Platten waren zu 20% mit Mineral gefüllt (MFR) und zu 30% mit Talkum gefüllt (TF). (Es wurde Wabenmaterial mit 10 mm und 20 mm Dicke (70 mm × 700 mm) verwendet). Tabelle 2
Gemäß einer Ausführung der Erfindung können Teile von Materialien, die "inkompatibel" sind, vibrations- oder reibungsverschweißt werden, indem sie an einer Schicht von "kompatiblem" Material an einem oder beiden Teilen befestigt werden, etwa durch einen Kleber. Unter "kompatiblem" Material wird hier Material verstanden, das mit dem anderen Teil oder ggf. der anderen Schicht aus kompatiblem Material vibrationsverschweißt werden kann. Zum Beispiel ist Polyurethanschaum ein Material, das verwendet wird, um das Schutzkissen in Energiemanagementstrukturen bereitzustellen. Jedoch ist Polyurethanschaum ein wärmeausgehärtetes Material und kann nicht wirkungsvoll vibrations- oder reibungsgeschweißt werden. Um ein wärmeaushärtendes Material, wie etwa Polyurethan, mit einem thermoplastischen Material, wie etwa Polypropylen, vibrations- oder reibungszuverschweißen, wird eine Schicht aus kompatiblem thermoplastischem Material, wie etwa eine Polypropylenschicht, auf die Oberfläche des Teils, das aus dem wärmeaushärtenden Material besteht, das mit dem aus thermoplastischem Material hergestellten Teil verschweißt werden soll, aufgeklebt. Das aus dem wärmeaushärtenden Material hergestellte Teil kann dann mit dem aus thermoplastischem Material bestehenden Teil vibrations- oder reibungsverschweißt werden, indem die beiden Teile durch Vibration verschweißt werden, so dass die Schicht aus thermoplastischem Material, die auf dem aus wärmeaushärtendem Material bestehenden Teil anhaftet, mit dem anderen Teil vibrationsverschweißt wird. Zwei aus wärmeaushärtendem Material bestehende Teile können in ähnlicher Weise vibrations- oder reibungsverschweißt werden, indem zunächst an den Oberflächen jedes zu verschweißenden Teils entsprechende Schichten aus kompatiblem thermoplastischem Material aufgebracht werden. Zum Beispiel können Schichten aus Polypropylen-Vlies auf den Oberflächen der betreffenden zu verschweißenden Teile etwa durch einen Kleber aufgebracht werden. In ähnlicher Weise können Teile, die aus "inkompatiblen" Thermoplasten bestehen, vibrationsverschweißt werden, indem an der Oberfläche von einem oder beiden Teilen, die miteinander zu verschweißen sind, eine Schicht (oder mehrere Schichten) von kompatiblem thermoplastischem Material aufgebracht wird. Inkompatible Thermoplasten sind Thermoplasten, die Schmelztemperaturen und Flussindices haben, die deutlich abweichen, so dass eine effektive Vibrations- oder Reibungsverschweißung der beiden Materialien ausgeschlossen ist. Kompatible Thermoplasten sind Thermoplasten, die ausreichend ähnliche Schmelztemperaturen und Flussindices haben, so dass die beiden Materialien vibrations- oder reibungsverschweißt werden können.
Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, in der eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiemanagementstruktur 38 gezeigt ist, bei der ein Polyurethan-Schutzkissen 40 mit einer Dachverkleidung 10 verbunden ist. Das Substrat 42 ist bspw. faserverstärktes Dachverkleidungsmaterial der oben beschriebenen Art. Elemente in Fig. 4, die Elementen in Fig. 3 entsprechen, sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das Schutzkissen 40 besteht bspw. aus einer Schicht aus Polyurethanschaum 44 mit einer Rückschicht aus Polyestervlies oder Polypropylen 46, die auf der Schicht aus Polyurethanschaum 44 in bekannter Weise, wie etwa durch einen Kleber oder ein Klebeband, befestigt ist. Das Schutzkissen 40 kann optional auch eine Deckschicht 48 aufweisen, wie etwa Filz, ein Polyestervlies oder dergleichen.
Die Dachverkleidung 10 wird in der Vibrationsschweißvorrichtung 20 (Fig. 3) in der oben beschriebenen Weise eingesetzt, und das Schutzkissen oder die -kissen 40 werden auf den Schutzkissenhalterungen 34 (Fig. 3) platziert, wobei die Polyester-Rückschicht 44 der Dachverkleidung 10 zugewandt ist. Die Dachverkleidung 10 und das (die) Schutzkissen 40 werden dann in der oben beschriebenen Weise miteinander vibrationsverschweißt.
Tabelle 3 zeigt Schweißparameter für Strukturen, die durch Schweißen auf einem Branson Ultrasonics MINI-VIBRATION WELDER von Stücken eines typischen Dachverkleidungsmaterials mit Polyester-Rücken mit einer Schicht aus Polyurethanschaum hergestellt sind, die wie oben beschrieben eine Polypropylenylies- Rückschicht aufweist. Bei den Schweißungen gemäß Tabelle 3 dringt das thermoplastische Material der Polypropylenylies- Rückschicht des Schutzkissens in die Polyester-Rückschicht 14 der Dachverkleidung 10 ein und bildet eine mechanische Verbindung. In jedem Fall wurde eine Verbindung erreicht. Die optimalen Schweißparameter werden z. B. heuristisch bestimmt. (Es wurden Polyurethanteile mit einer Polypropylenylies-Rückschicht verwendet, die ungefähr 10 mm dick und 60 mm × 15 mm waren.) Tabelle 3
In einigen Fällen sind zwei Teile aus ähnlichem Material hergestellt, das thermoplastische Eigenschaften hat, jedoch nicht ausreichend ist, um eine wirkungsvolle Vibrations- oder Reibungsverschweißung zu erlauben. Zum Beispiel ist es schwierig, zwei Teile des oben beschriebenen Dachauskleidungsmaterials wirkungsvoll miteinander vibrations- oder reibungszuverschweißen, selbst dann, wenn ihre Polyester-Rückschichten Thermoplaste sind. In solchen Fällen wird eine Zwischenschicht aus thermoplastischem Material, die mit den beiden Teilen vibrations- oder reibungsverschweißt werden kann, zwischen den beiden Polyester-Deckschichten eingefügt. Die Zwischenschicht aus thermoplastischem Material kann an einem der Teile durch einen Kleber befestigt werden oder kann mit dem Teil vibrations- oder reibungsverschweißt werden. Das andere Teil wird dann mit dem ersten Teil vibrations- oder reibungsverschweißt und insbesondere mit der thermoplastischen Schicht, die an dem ersten Teil anhaftet.
Ein Beispiel, gemäß dem der oben beschriebene Prozess verwendet werden kann, ist das Vibrations- oder Reibungsschweißen von zwei Teilen des oben beschriebenen typischen Dachverkleidungsmaterials. Wie oben diskutiert wurde, weist eine aus diesem typischen Dachverkleidungsmaterial hergestellte Dachverkleidung 50 eine Polyurethanschaum-Schicht 12 mit einer Polyester-Rückschicht 14 und einer textilen Vorderschicht 16, wie etwa Filz, auf. Obwohl Polyester ein Thermoplast ist, können zwei Schichten aus Polyester typischerweise nicht wirkungsvoll reibungsverschweißt werden. Fig. 5 ist eine Explosionsdarstellung von zwei Teilen 50 eines solchen Dachverkleidungsmaterials, die vibrations- oder reibungsverschweißt wurden, indem eine Polypropylenschicht 51 zwischen die Polyester-Rückschichten 14der beiden Teile der Dachverkleidung 50 eingelegt wurde. Die Polypropylen-Schicht 51 wird mit der Polyester-Rückschicht 14 von einem der Teile 50 etwa durch einen Kleber, ein Klebeband oder dergleichen oder durch Vibrations- oder Reibungsschweißen verbunden. Das sich ergebende Dachverkleidungsteil 50 mit seiner Polypropylen-Schicht 51, die mit seiner Polyester-Rückschicht 14 verbunden ist, wird dann mit dem anderen Teil 50 vibrations- oder reibungsverschweißt, wobei die Polypropylen- Schicht 51 mit der Polyester-Rückschicht 14 des anderen Teils 50 vibrations- oder reibungsverschweißt ist.
Tabelle 4 zeigt beispielhaft Schweißparameter für eine Anzahl von Schweißungen, wobei zwei solche Teile 50 in einer solchen Weise mittels eines Branson Ultrasonics MINI-VIBRATION WELDERs vibrationsgeschweißt werden (Teile ungefähr 50 mm × 50 mm). Tabelle 4
Fig. 8 zeigt eine molekulare Polymerbindung zwischen zwei Teilen, die aus Polymeren hergestellt ist, wobei die Polymere aneinander anhaften. Bekanntlich mischen sich die Polymere der beiden Teile in einer molekularen Polymerbindung und werden zu einem Polymer. Somit müssen bekanntlich die beiden Polymere, falls sie nicht die gleichen Polymere sind, vergleichbare Schmelztemperaturen und Schmelzflussindices haben, so dass beide Polymere zusammenschmelzen können, um eine Polymerbindung zu bilden.
Fig. 9 zeigt eine mechanische oder ineinander eingreifende Bindung, die durch Zusammenschmelzen der Polymere der beiden Teile gebildet wurde. Bei einer mechanischen Bindung schmelzen die Polymere eines Teils, wie etwa eines thermoplastischen Teils, und verbinden sich um die Elemente des Polymers des anderen Teils, wie etwa eines Fasermaterials, herum. Bei einer rein mechanischen Bindung vermischen sich jedoch die Polymere der beiden Teile nicht, wie oben im Zusammenhang mit der molekularen Polymerbindung gemäß Fig. 8 beschrieben wurde.
Tabelle 5 zeigt Schweißparameter für einen Branson Ultrasonics MINI-VIBRATION WELDER Typ VW4, die verwendet werden, um ein Wabenmaterial (Typ "WAVE CORE" mit Vliesauflage auf beiden Seiten von der Firma Trauma Lite) mit Dachverkleidungsmaterial mit einer Polypropylenauflage (Typ "AZDEL" von Lear Corporation) zu verschweißen. Die Teile werden mit einem Streifen dazwischen zwecks Ziehversuchen verschweißt (Wabenmaterial des Typs "WAVE CORE", 15 mm dick mit Vliesauflage, Teilegröße 70 × 120 mm; Dachverkleidungsmaterial des Typs AZDEL" mit Polypropylenauflage, Teilegröße 200 × 150 mm). Tabelle 5
Tabelle 6 zeigt Schweißparameter für einen Branson Ultrasonics MINI-VIBRATION WELDER Typ VW4, die verwendet werden, um einen Polypropylen-Sicherheitskunststoff (von der Oakwood Group) mit Dachverkleidungsmaterial mit einer Polypropylenauflage (Typ "AZDEL" von der Lear Corporation) und mit Dachverkleidungsmaterial mit einer Polyesterauflage (von der Lear Corporation) zu verschweißen. (Sicherheitskunststoff, Teilegröße 100 × 140 mm; Dachverkleidungsmaterial mit Polypropylen/Polyesterauflage, Teilegröße 120 × 160 mm.) Tabelle 6
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich, soweit diese in den zugehörigen Ansprüchen unter Schutz gestellt sind.

Claims

1. Energiemanagementsystem, umfassend ein Substrat (10) und wenigstens ein Schutzkissen (18, 40, 56), die miteinander vibrationsverschweißt sind.

2. Energiemanagementsystem nach Anspruch 1, bei dem das Substrat (10) wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht und das wenigstens eine Schutzkissen (18, 40, 56) wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht.

3. Energiemanagementsystem nach Anspruch 2, bei dem das Schutzkissen (18, 40, 56) wenigstens ein Schaumstoff- Schutzkissen (40), ein Wabenstruktur-Schutzkissen oder eine Rippenstruktur (56) aufweist.

4. Energiemanagementsystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Schutzkissen (18, 40, 56) wenigstens eine Polypropylen-Wabenstruktur aufweist.

5. Energiemanagementsystem nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Schutzkissen (40) eine Basisschicht (44) aus wärmeaushärtendem Material und eine Rückschicht (46) aus thermoplastischem Material aufweist, wobei das Schutzkissen (40) und das Substrat (10) derart miteinander vibrationsverschweißt sind, dass das Substrat (10) und die Rückschicht (46) des Schutzkissens (40) miteinander verbunden sind.

6. Energiemanagementsystem nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das Schutzkissen (40) eine Basisschicht (44) aus Polyurethan-Schaum und eine Rückschicht (46) aus Polypropylen-Vlies aufweist, und bei dem das Schutzkissen (40) und das Substrat (10) miteinander derart vibrationsverschweißt sind, dass das Substrat (10) und die Polypropylen-Vlies-Rückschicht (46) des Schutzkissens (40) miteinander verbunden sind.

7. Energiemanagementsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Substrat (10) wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht, das wenigstens eine Schutzkissen (40) eine Basisschicht (44) und eine Rückschicht (46) aufweist, die wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material bestehen, wobei das Schutzkissen (40) und das Substrat (10) miteinander vibrationsverschweißt sind.

8. Energiemanagementsystem nach Anspruch 7, bei dem die Basisschicht (44) und das Schutzkissen (40) aus einem Material bestehen, das inkompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem Substrat (10) ist.

9. Energiemanagementsystem nach Anspruch 7, bei dem die Basisschicht (44) des Schutzkissens (40) aus einem wärmeaushärtenden Material besteht.

10. Energiemanagementsystem nach Anspruch 7, bei dem die Basisschicht (44) des Schutzkissens (40) aus einem Polyurethan Schaum besteht.

11. Energiemanagementsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Substrat (10) eine Rückschicht (14) aufweist, die wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht, und das wenigstens eine Schutzkissen (40) wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht, wobei das Schutzkissen (40) und die Rückschicht (14) des Substrates (10) miteinander vibrationsverschweißt sind.

12. Energiemanagementsystem nach Anspruch 11, bei dem das Substrat (10) eine Dachverkleidung umfasst, die eine Basisschicht (12) mit einer Rückschicht (14) auf der Basisschicht (12) aufweist, wobei die Rückschicht (14) eine Polyesterschicht aufweist, und wobei das Schutzkissen (40) und die Polyester-Rückschicht (14) des Substrates (10) miteinander vibrationsverschweißt sind.

13. Energiemanagementsystem nach Anspruch 12, bei dem das Schutzkissen (40) eine Basisschicht (44) aus wärmeaushärtendem Material sowie eine Rückschicht (46) aus thermoplastischem Material aufweist, wobei das Schutzkissen (40) und das Substrat (10) an der Rückschicht (46) des Schutzkissens (40) und der Polyesterdeckschicht (14) miteinander vibrationsverschweißt sind.

14. Energiemanagementsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Substrat (10) Teil einer Dachverkleidung ist, mit einer Basisschicht (12) und einer Polyester-Rückschicht (14), sowie ferner ein Polypropylen- Waben-Schutzkissen, wobei das Schutzkissen und die Polyester-Rückschicht (14) der Dachverkleidung miteinander vibrationsverschweißt sind.

15. Energiemanagementsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Substrat ein Teil einer Dachverkleidung ist (10), mit einer Basisschicht (12) und einer Polyester-Rückschicht (14), sowie ein Schutzkissen (40) mit einer Basisschicht (44) und einer Rückschicht (46), die wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht, wobei die Polyester-Rückschicht (14) der Dachverkleidung (10) und die Rückschicht (46) des Schutzkissens (40) miteinander vibrationsverschweißt sind.

16. Struktur, umfassend eine Polypropylen-Wabenstruktur und eine Polypropylen-Struktur, die an gegenüberliegenden Seiten mit Polypropylen-Platten vibrationsverschweißt sind.

17. Verfahren zum Vibrationsschweißen eines ersten und zweiten Teils, das die Schritte aufweist, vor der Vibrationsverschweißung der beiden Teile auf die Oberfläche wenigstens eines Teils eine Schicht aus einem Material, das wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht, aufzubringen, die kompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem zweiten Teil ist, und das Vibrationsverschweißen der beiden Teile aufweist, indem das erste und das zweite Teil so miteinander verschweißt werden, das die Schicht aus Material des ersten Teils mit dem zweiten Teil vibrationsverschweißt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das zweite Teil wenigstens zum Teil aus einem thermoplastischen Material besteht, das kompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem thermoplastischen Material der Schicht aus Material auf der Oberfläche des ersten Teils ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das thermoplastische Material des zweiten Teils und das thermoplastische Material der Schicht aus Material auf der Oberfläche des ersten Teils vergleichbare Schmelztemperaturen und Flussindices haben.

20. Verfahren zum Vibrationsverschweißen eines ersten und eines zweiten Teils, das die Schritte aufweist, vor der Vibrationsverschweißung der beiden Teile auf die Oberfläche beider Teile Schichten aus Materialien aufzubringen, die kompatibel zur Vibrationsverschweißung miteinander sind, und das Vibrationsverschweißen der beiden Teile miteinander umfasst, indem die beiden Teile so vibrationsverschweißt werden, dass die Schicht des auf die Oberfläche des ersten Teils aufgebrachten Materials mit der Schicht des auf das zweite Teil aufgebrachten Materials vibrationsverschweißt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Schichten aus Materialien auf den Oberflächen des ersten und zweiten Teils jeweils wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material bestehen, wobei das thermoplastische Material der auf der Oberfläche des ersten Teils anhaftenden Schicht kompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem thermoplastischen Material der auf der Oberfläche des zweiten Teils anhaftenden Schicht ist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das thermoplastische Material der auf der Oberfläche des zweiten Teils anhaftenden Schicht und das thermoplastische Material der auf der Oberfläche des ersten Teils anhaftenden Schicht vergleichbare Schmelztemperaturen und Flussindices haben.

23. Verfahren zum Vibrationsverschweißen eines ersten und eines zweiten Teils, die aus zur Vibrationsverschweißung inkompatiblen Materialen bestehen, umfassend die Schritte, vor der Vibrationsverschweißung der beiden Teile auf die Oberfläche wenigstens des ersten Teils eine Schicht von Material aufzubringen, das wenigstens teilweise aus Material besteht, das kompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem zweiten Teil ist, ferner das Vibrationsverschweißen der beiden Teile miteinander umfasst, so dass das zweite Teil und die Schicht von Material auf der Oberfläche des ersten Teils miteinander vibrationsverschweißt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das zweite Teil wenigstens zum Teil aus einem thermoplastischen Material besteht, wobei die Schicht von auf der Oberfläche des ersten Teils anhaftendem Material wenigstens teilweise aus einem Thermoplasten besteht, der kompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem thermoplastischen Material des zweiten Teils ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Schicht des auf der Oberfläche des ersten Teils anhaftenden Materials ein Polypropylenfilm ist.

26. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem das zweite Teil wenigstens zum Teil aus thermoplastischem Material besteht, umfassend den Schritt, vor der Vibrationsverschweißung der beiden Teile miteinander auf die Oberfläche des ersten Teils eine Schicht aufzubringen, die wenigstens zum Teil aus einem Thermoplasten besteht, der kompatibel zur Vibrationsverschweißung mit dem thermoplastischen Material des zweiten Teils ist.

27. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem vor der Vibrationsverschweißung des ersten und des zweiten Teils miteinander auf die Oberfläche des ersten Teils und die Oberfläche des zweiten Teils entsprechende Schichten aus Material aufgebracht werden, die zur Vibrationsverschweißung miteinander kompatibel sind.