DE19801987A1 - Verfahren zum Fügen von Kunststoffschaum mit einem kompakten Kunststofformteil - Google Patents

Verfahren zum Fügen von Kunststoffschaum mit einem kompakten Kunststofformteil

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DE19801987A1
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Ottmar Bauer
Werner Klos
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Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Kunststoffschaum mit einem kompakten Kunststofformteil durch Erwärmen auf Schmelztemperatur und polyme­ rem Fügen unter Druck.
Die Anwendung der Erfindung liegt im Fügen von Verbundbauteilen, bei denen die Werkstoffkombination Kunststoffschaum mit Kompaktkunststoff verbun­ den werden muß. Solche Verbundbauteile werden z. B. in der Automobilindustrie benötigt, um Innenverkleidungen, wie Türverkleidungen, Dachhimmel- und Koffer­ raumauskleidungen, Instrumententafeln, Stoßfänger, auch Sonnenblenden und Hutablagen usw. herzustellen. Auch in der Haushaltsindustrie kommen solche Ver­ bundsysteme für Gehäuse und Bauteile in Frage. Es handelt sich dabei regelmäßig um ein verhältnismäßig großflächiges und dünnwandiges Bauteil aus Kunststoff­ schaum, das mit einem Kunststofformteil als Spritzgußteil, Extrusionsteil oder Blas­ formteil verbunden werden soll. Bei einer Kraftfahrzeuginnenverkleidung kann bei­ spielsweise das Kunststoffschaumteil ein dekorkaschierter Partikelschaumträger sein, an dem Kunststoffhalter gefügt sind, mit denen die Innenverkleidung in die Blechkarosserie geclipst wird.
Nach dem Stand der Technik werden für solche Anwendungen Klebe- und Schweißtechniken verwendet, bei denen stets jeweils die zwei zu fügenden Flächen behandelt werden müssen. So werden beispielsweise beim Heizspiegelschweißen die beiden Fügeflächen am Kunststoffschaum und Kunststofformteil mittels Heiz­ spiegel erwärmt, um die erforderliche Kunststoff-Schmelztemperatur zu erzeugen. Zum Fügen ist auch das Vibrationsschweißen bekannt, bei dem die beiden Fügeflä­ chen mittels Reibung auf die erforderliche Schmelztemperatur gebracht werden. Beide Fügeverfahren haben jedoch Einschränkungen hinsichtlich der Dichte und Wanddicke des Kunststoffschaumteils. Mit anderen Worten: zu geringe Formteil­ dichte des Kunststoffschaums und/oder verhältnismäßig dünne Kunststoffschaum­ teile lassen sich nicht verschweißen, so daß dann nur aufwendige Klebetechniken in Frage kommen.
So liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kunststoffschaumteile mit kompakten Kunststofformteilen in einfacher Weise zu fügen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem Verfahren des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem Kunststoffschaum handelt es sich insbesondere um Thermoplast- Partikelschaum, der in der Literatur auch als Thermoplast-Schaumstoff beschrieben wird, beispielsweise expandiertes Polypropylen EPP oder expandiertes Polystyrol EPS. Bei den kompakten Kunststofformteilen handelt es sich um Thermoplast- Formteile, die durch Spritzgießen, Extrudieren oder Blasverformen hergestellt sind. Darunter sollen ferner auch Thermoplast-Partikelschaumteile verstanden werden, die einen unterschiedlichen Strukturaufbau hinsichtlich der Dichte aufweisen, also eine unterschiedliche Dichteverteilung, wobei die Fügefläche dann an Stellen bzw. Flächen hoher Dichte vorgesehen sind, die z. B. mindestens 70 g/Liter aufweisen.
Erfindungsgemäß wird so für das Fügen eines Partikelschaumteils, z. B. EPP, mit einem Thermoplast-Spritzgußteil, beispielsweise einem Halter einer Verstär­ kung o. ä. ausschließlich die Fügefläche des Spritzgußteils auf Schmelztemperatur gebracht. Dies kann durch Kontakt mit einem Heizelement oder Heizspiegel oder kontaktfrei mit Infrarot oder Heißluft erfolgen, die durch Düsen ausgeblasen wird. Anschließend wird das wärmebehandelte Spritzgußteil mit einem vorbestimmten Druck auf das Partikelschaumteil gedrückt.
Jetzt findet ein Wärmetransfer statt, der die geschlossenzelligen Schaum­ stoffpartikel zum Schmelzen bringt und damit das gewünschte polymere Fügen er­ folgt. Gleichzeitig mit dem Wärmetransfer wird die Wärme bis zur Erstarrungstem­ peratur abgeführt. Da nur eine aufgeheizte Fügefläche abkühlen muß, bedeutet dies eine Verkürzung der Fügezeit.
Die Fügefläche ist in der Regel eben. Die Formgebung der Fügefläche am Spritzgußteil kann aber der jeweiligen Anforderung und Werkstoffkombination an­ gepaßt werden. So kann die Fügefläche mit Rippen, Nocken, Dornen usw. versehen sein. Bei Spritzgußteilen mit größeren Flächen lassen sich auch Teilflächen als Fü­ gefläche definieren.
Bei schwierigen Werkstoffkombinationen kann durch Vibrationsschweißen mit orbitaler oder linearer Bewegung die Fügefestigkeit ermöglicht oder verbessert werden. So kann eine bekannte Vibrationsschweißmaschine mit einer zusätzlichen Aufheizstation in Form von Heißluftdüsen versehen werden, über die die Fügeflä­ che auf Schmelztemperatur gebracht wird. Dann kann bei dem vorbestimmten Fü­ gedruck oder dem erfolgenden Wärmetransfer durch Vibration zusätzlich zur poly­ meren Verbindung eine Verkrallung oder bei nicht sortenreinen Werkstoffkombina­ tionen ausschließlich eine Verkrallung hergestellt werden, um die Bauteile zu fügen.
Erfindungsgemäß lassen sich so Kunststoffhalter oder andere Funktionsteile auf ein insbesondere dünnwandiges Partikelschaumteil fugen, das mit einer Dekor­ schicht aus Stoff oder Folie kaschiert ist und/oder eine geringe Formteildichte auf­ weist, beispielsweise weniger als 50 g/l. Die Fügezeit wird verkürzt, und die Schweißmaschine vereinfacht, da nur eine Fügefläche aufgeheizt werden muß. So lassen sich erfindungsgemäß die Werkstoffkombinationen und Anwendungsmög­ lichkeiten für Bauteile aus Partikelschaum mit Kompakt-Thermoplastbauteilen er­ weitern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 bis 3 einen beispielhaften Fügeprozeß und
Fig. 4 als Anwendungsbeispiel einen Schnitt durch eine Instrumenten­ tafel eines Fahrzeugs.
In Fig. 1 ist ein großflächiges Partikelschaumteil 1 aus EPP und ein Spritz­ gußteil 2 in Form eines Halters dargestellt. Die untere Fügefläche 3 des Spritzguß­ teils 2 ist mit Vorsprüngen 4 versehen.
In Fig. 2 ist zwischen Spritzgußteil 2 und Partikelschaumteil 1 eine Wärme­ quelle 6 eingeschoben, die mit Düsen 7 versehen ist, aus denen Heißluft auf die Er­ hebungen 4 ausströmt, bis der Kunststoff im Bereich der Erhebungen 4 aufge­ schmolzen ist.
In Fig. 3 ist dargestellt, daß das Spritzgußteil 2 mit einem vorbestimmten Druck auf das Partikelschaumteil 1 gedrückt wird, wobei der Wärmetransfer erfolgt, bis ein polymeres Fügen in der Fügezone 8 erfolgt ist. Der Fügedruck wird bis zum Erstarren des Kunststoffs in der Fügezone 8 aufrechterhalten.
In Fig. 4 ist ein Anwendungsbeispiel dargestellt, wonach ein Partikelschaum­ teil 10 bzw. 11 mit einem Spritzgußteil 12 zu einer Instrumententafel eines Kraft­ fahrzeuges verbunden wird. Mit den Pfeilen sind die Fügeflächen bezeichnet, an denen das Spritzgußteil 12 erwärmt wird, worauf das Fügen mit den Schaumteilen 10 und 11 durch Druck erfolgt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Fügen von Kunststoffschaum mit einem kompakten Kunststofformteil durch Erwärmen auf Schmelztemperatur und polymeres Fügen unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die Fügefläche am kom­ pakten Kunststofformteil auf Schmelztemperatur des Kunststoffs gebracht wird und das wärmebehandelte Kunststofformteil mit einem vorbestimmten Druck auf den Kunststoffschaum gedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunst­ stofformteil ein Spritzgußteil, Extrusionsteil, Blasformteil oder ein Thermoplast- Partikelschaum mit unterschiedlichem Strukturaufbau verwendet wird, wobei die Fügefläche in einem Bereich höherer Dichte ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffschaum ein Thermoplast-Partikelschaum wie expandiertes Polypropylen (EPP) oder expandiertes Polystyrol (EPS) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen auf Schmelztemperatur mit einem Heizelement oder Heizspiegel er­ folgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen auf Schmelztemperatur mit Infrarotstrahlung oder Heißluft erfolgt
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügefläche am Kunststofformteil mit Rippen, Noppen oder Dornen versehen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügefläche am Kunststofformteil von einer Teilfläche des Kunststofformteils gebildet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erwärmen des Kunststofformteils und Aufsetzen des Kunststofformteils auf den Kunststoffschaum mit dem vorbestimmten Druck ein Reibschweißvorgang durch orbitale oder lineare Vibration der zu fügenden Teile durchgeführt wird.
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