DE202005013901U1

DE202005013901U1 - Verschweißte Bauteile aus Polymermaterial

Info

Publication number: DE202005013901U1
Application number: DE202005013901U
Authority: DE
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2015-09-03

Abstract

Verschweißte Bauteile aus Polymermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Schweißstellen aufweisen, durch die die Bauteile verbunden sind und die punktuell an den Bauteilen zugeordneten Stegen angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft verschweißte Bauteile aus Polymermaterial.
Das Verschweißen von Bauteilen aus Polymermaterial ist lange Zeit bekannt. Es ermöglicht, komplexe zusammengesetzte Strukturen aus einzelnen Bauteilen aufzubauen.
Das Verschweißen wird beispielsweise bei der Fertigung von Bauteilen für Automobile angewandt.
Dort werden großdimensionierte Bauteile, beispielsweise Stoßfängerverkleidungen aus Polymermaterial oder Kotflügel aus den jeweiligen flächigen, die Außenhaut bildenden Teilen und aus strukturellen Elementen, die beispielsweise zur Versteifung dienen, durch Verschweißen zusammengefügt.
Die strukturellen Elemente dienen auch zur Formgebung, Versteifung und Befestigung der die Außenhaut bildenden Bauteile.
Hierbei werden höchste Ansprüche hinsichtlich der Maßhaltigkeit und der Optik dieser Bauteile gestellt.
Die Verschweißung erfolgt im allgemeinen mit sogenannten Schweißdomen, d. h. Laschen, die auf einem Teil angeordnet sind und die entsprechende Durchbrüche des zweiten Bauteils durchdringen und in diesem Zustand beispielsweise mittels Ultraschallschweißen bzw. Ultraschallnieten durch eine Formänderung im plastifizierten Zustand dieses nietend verbinden.
Es gibt aber auch Schweißtechniken, wie das Vibrationsschweißen, das Rotationsschweißen, oder das Schweißen mittels Hitze- oder Strahlungseinwirkung, die hierbei ebenfalls angewandt werden.
Auch werden Teile geklebt, wobei aber meist noch eine Vorbehandlung der Bauteiloberfläche notwendig ist.
Bei den so hergestellten Verbindungen von Bauteilen sind meist Festigkeiten von größer 200 N Abzugskraft bei minimierter Verbindungsfläche zu erreichen.
Nachteil dieser Techniken ist, dass im allgemeinen hohe Energieeinträge in Form von Wärme in das Bauteil einzutragen sind, wobei Abzeichnungen an den Sichtflächen entstehen, die nicht den hohen optischen Anforderungen an solche Sichtbauteile entsprechen. Weiterhin ist bei den Schweißtechniken ein hoher Aufwand an Abstimmungsarbeit an den Bauteilen vorzunehmen ist, um den Forderungen nach Maßhaltigkeit und optimaler Verschweißung nachzukommen.
Dies ist durch das Schwund- und Schrumpfverhalten der Polymere während und nach der Herstellung der Bauteile begründet, das dazu führt, dass sich Maße der Bauteile verändern, also dass die Positionierung der beiden Bauteile und damit die Passung der für das Verschweißen vorgesehenen Laschen und Durchbrüche zueinander erschwert ist.
Es ist dabei zu beachten, dass die Abstimmung gerade bei großdimensionierten Bauteilen viele solcher Schweißdom/Durchbruch-Anordnungen bezüglich deren Passungen betrifft. Diese liegen bedingt durch die dreidimensionale Form der Bauteile auch nicht in einer Ebene, was die Abstimmung weiter verkompliziert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verschweißte Bauteile anzugeben, die ohne die oben dargelegten Nachteile einfach und genau positioniert und verschweißt werden können, ohne dass es zu Abzeichnungen auf der Sichtoberfläche kommt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein verschweißtes Bauteil mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine besondere Steganordnung das einfache Verschweißen der Bauteile ermöglicht.
Dadurch lassen sich die Bauteile genau positionieren, ohne dass ein erheblicher Abstimmungsaufwand gemäß der bisher bekannten Technik zu betreiben ist, dabei bleiben die Sichtoberflächen abzeichnungsfrei.
Schweißdom am ersten Bauteil und Durchbruch am zweiten Bauteil sind nicht mehr intensiv aufeinander abzustimmen, da diese entfallen.
Für die Verschweißung der Bauteile sind sich geradlinig erstreckende Stege derart angeordnet, dass diese komplementär an den zu verschweißenden Bereich der beiden Bauteile vorhanden sind, wobei sich diese Stege in Kontakt bringen lassen und sich kreuzen.
Die Verschweißung der Bauteile erfolgt an den in Kontakt gebrachten sich kreuzenden Stegen.
Die sich kreuzenden Stege sind zueinander winklig angeordnet, der Winkel zwischen den Stegen kann dabei bis zu 90 ° betragen.
Vorteilhaft sind Winkel zischen 45 ° und 90 °.
Der Abstimmaufwand kann durch die erfindungsgemäßen Stege wesentlich minimiert werden.
Durch Wahl der Steganordnung kann auf einfache Weise die Anzahl der Schweißpunkte vorgegeben werden, auch lässt sich diese leicht ändern, indem beispielsweise die Anzahl der Stege pro Flächeneinheit erhöht oder erniedrigt wird.
Dies ist vorteilhaft zu nutzen, wenn Abschnitte von Bauteilen besonders fest verbunden werden sollen, was einfach durch eine große Anzahl von Stegen mit entsprechend vielen sich kreuzenden Stegabschnitten vorgesehen werden.
Bei vielen entsprechenden Schweißstellen wird eine sehr feste und insbesondere belastbare Verbindung der Bauteile erreicht.
Durch die Art und Anordnung der Stege wird die Steifigkeit der Bauteile einzeln und im Verbund erhöht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen verschweißten Bauteile ist in der Vermeidung von Oberflächenabzeichnungen auf der Sichtfläche zu sehen.
Diese unterliegt höchsten optischen Anforderungen, wie sie insbesondere für Automobilanbauteile notwendig ist.
Die Stege sind erfindungsgemäß schlank ausgebildet, besitzen also eine schmale Basis, mit der sie aus der Oberfläche des Bauteiles herausragen.
Im Gegensatz zu massigen Schweißdomen oder Laschen, die immer an der Sicht-Oberfläche des Bauteiles zur Bildung von Einfallstellen wegen der dortigen Massenanhäufung neigen, gibt es bei den Stegen keine Beeinträchtigung der Oberflächenqualität. Durch die Verschweißung an einzelnen Punkten an den in Kontakt gebrachten sich kreuzenden Stegen ist der in das Bauteil eingebrachte Energieeintrag vergleichsweise gering, so dass auch von dieser Seite aus Abzeichnungen zu vermeiden sind.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Ausdehnung, d. h. die Länge der sich geradlinig erstreckenden Stege groß ist, so dass entlang des Steges viele Schweißpunkte anordenbar sind, oder dass die Länge klein ist, dass also nur ein oder Schweißpunkte in geringer Zahl diesen Steg mit dem Steg eines anderen Bauteiles verbinden.
Eine Ausführungsart der Erfindung kann auch Stege betreffen, die sich nicht geradlinig erstrecken, sondern die eine krummlinige Form aufweisen.
Diese krummlinige Form kann s-förmige Strukturen oder mäanderförmige Strukturen und weitere umfassen.
Auch hierbei ist erfindungswesentlich, dass die krummlinig sich erstreckenden Stege mit den Stegen des zu verschweißenden Bauteiles kreuzend in Kontakt gebracht werden. Die jeweiligen Stegformen und -anordnung sowie -positionen auf den Bauteilen sind dazu entsprechend den Erfordernissen der Verschweißung auszulegen.
In einer anderen Ausführungsart der Erfindung können anstelle von Stegen auch gitterartige Strukturen vorgesehen sein, die ebenfalls an in Kontakt gebrachten Stellen sich kreuzend positioniert und dann verschweißt werden können.
Hierdurch sind besonders feste Verschweißungen von Bauteilen möglich.
Die Auswahl der Dimensionierung der Stege bzw. deren Struktur ist abhängig von der Materialstärke der zu verschweißenden Bauteile, also von deren Wanddicke, aber auch von den zu erreichenden Bauteiltoleranzen und der zu realisierenden Festigkeit der Verschweißung.
Die Anzahl der Verschweißungspunkte, die die beiden Bauteile miteinander verbindet, kann dabei maximal so groß sein, wie die Anzahl der Kreuzungspunkte der Stege der beiden Bauteile, die kreuzend in Kontakt gebracht sind.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stege eines Bauteils einen Abstand voneinander aufweisen, der zwischen 2 und 50 mm beträgt.
Besonders vorteilhaft wird ein Abstand von 5 bis 15 mm gewählt.
Die Breite der Stege beträgt erfindungsgemäß 0,5 bis 5 mm, wobei eine Breite von 1 bis 2 mm (ca. 1/3 der Wandstärke der zu verschweißenden Teile) besonders bevorzugt ist.
Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass Spannungen durch den Zusammenbau der Bauteile vermieden werden, da die Toleranzen der Bauteile in der aus den Stegen gebildeten Schweißstruktur aufgefangen werden.
Auch ist es möglich, folienkaschierte und/oder lackierte bzw. andersartig beschichtete Teile nach dieser Schweißtechnik ohne Beschädigung zu verbinden.
Die Erfindung wird durch die im folgenden beschriebenen Figuren verdeutlicht. Hierbei bedeuten:
1 zeigt in Aufsicht ein erstes Bauteil mit Stegen, die vier voneinander verschiedene Formen aufweisen;
2 zeigt in Aufsicht ein zweites Bauteil mit Stegen, das mit dem ersten Bauteil verschweißt werden kann;
3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das verschweißte erste und zweite Bauteil.
Die Erfindung ist im Detail wie folgt:
Ein erstes Bauteil (1) gemäß 1 weist auf der Oberfläche, die mit einem zweiten Bauteil verschweißt werden soll, also der „Innenseite", Stege auf.
Diese sind bei (1a) als geradinige in kurzen Abschnitten und parallel zueinander ausgebildete Stege angeordnet. Bei (1b) sind diese als lange Abschnitte vorgesehen, bei (1c) als zickzack-förmige Anordnung.
(1d) zeigt eine mehrfache s-förmige Ausbildung eines Steges.
Ein zweites Bauteil (2) gemäß 2 trägt ebenfalls an der Oberfläche, die zur Verschweißung mit dem ersten Bauteil vorgesehen ist, Stege (2a), (2b), (2c), (2d). Diese Oberfläche ist auch hier als „Innenseite" zu bezeichnen, da sie nach der Verschweißung nicht mehr sichtbar ist.
Die Stege des zweiten Bauteils (2) sind derart angeordnet, dass sie sich beim Inkontaktbringen mit den Stegen des ersten Bauteils (1) bei korrekter Positionierung kreuzen und auf diese Art Verschweißungspunkte entstehen, an denen die zwei Bauteile (1) und (2) miteinander verschweißt werden.
(3) zeigt schließlich die beiden miteinander verschweißten Bauteile (1) und (2), die an den Stegen (1a), (1b), (1c) und (1d) des ersten Bauteils (1) mit den korrespondierenden Stegen (2a), (2b), (2c), (2d) des zweiten Bauteils (2) verbunden sind.
Hierbei ist zu erkennen, dass im Bereich der Stege (1b) des ersten Bauteils (1) bei entsprechender Wahl der Anzahl der Stege und/oder des Abstandes der parallel angeordneten Stege in Verbindung mit der Anordnung der korrespondierenden Stege des zweiten Bauteils (2) eine große Anzahl von Verschweißungspunkten erzeugt werden kann, womit eine besonders feste Verschweißung möglich wird.
Das Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen läuft wie folgt ab:
Zunächst erfolgt die Herstellung von Stegen an den Anbauteilen, dies geschieht am günstigsten bereits bei der Urformung der Bauteile, also im allgemeinen bei der Herstellung der Bauteile im Spritzgussprozess.
Hierzu sind in der Spritzgussform die zur Bildung der Stege notwendigen Aussparungen vorgesehen.
Grundsätzlich lassen sich die Stege aber auch nachträglich an den Bauteilen herstellen. Dies kann beispielsweise durch Anschweißen, Kleben oder auch durch Materialabtrag geschehen.
Dann erfolgt das Einlegen der Bauteile in die Vorrichtung zum Verschweißen.
Hierzu sind die Bauteile so zu positionieren, dass sie lagerichtig in der nach der Verschweißung gewünschten Position zueinander angeordnet sind.
Beim Verschweißen wird zunächst durch Energieeintrag das Plastifizieren eines Teils der Stege erreicht, wobei diese flächig abschnittsweise an den zur Verschweißung vorgesehenen Stellen plastifiziert werden.
Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Heizelements bewirkt werden. Hierdurch wird Wärme im Kontakt in die Schweißzone des Steges eingebracht. Alternativ kann auch Wärme durch Strahlung in den Steg übertragen werden.
Nach der Positionierung der Bauteile zueinander werden diese gefügt und zusammengedrückt, dabei verbinden sich die Stege abschnittsweise an den Schweißstellen.
Nach dem Abkühlen und Verfestigen der Schweißstellen kann das verschweißte Bauteil aus der Vorrichtung zum Verschweißen entnommen werden.
Nach dem beschriebenen Verfahren können verschweißte Bauteile einfach, schnell, präzise und kostengünstig gefertigt werden.
Insbesondere ist es möglich, auf diese Weise dreidimensionale Teile auf einfache Art zu verschweißen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung gelingt es, insbesondere großdimensionierte Bauteile aus Polymermaterial einfach und ohne besonderen Abstimmaufwand miteinander zu verschweißen.
Vorteilhaft lässt sich die Erfindung anwenden bei Automobilanbauteilen, wie Stoßfängersystemen, Frontends, Kotflügel und Schweller sowie Spoilern; insbesondere bei der Verschweißung bzw. Einschweißung von Adaptern in Stoßfängern, beispielsweise Abstandssensoren.
Die Erfindung ist weiterhin anwendbar beim Anschweißen von Clipsen und Befestigungen an dünnwandigen Bauteilen, bei Rahmenanordnungen für Scheibenreinigungsanlagen/Scheinwerferreinigungsanlagen und Anhängevorrichtungen bei Automobilen, bei Spoilerlippen.
Ebenso ist eine vorteilhafte Anwendung möglich bei hochpräzisen Teilen in den Bereichen Medizintechnik, Pharma- und Lebensmitteltechnik, Elektrotechnik, bei Teilen mit Oberflächenveredelungen im Möbelbau, bei Weißgeräten und in der Konsumgüterproduktion.

Claims

Verschweißte Bauteile aus Polymermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Schweißstellen aufweisen, durch die die Bauteile verbunden sind und die punktuell an den Bauteilen zugeordneten Stegen angeordnet sind.
Verschweiße Bauteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege sich geradlinig und/oder krummlinig erstrecken.
Verschweißte Bauteile nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege ein Gitterwerk bilden.
Verschweißte Bauteile nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Stege eines Bauteils zueinander 2 bis 50 mm beträgt.
Verschweißte Bauteile nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Stege 0,5 bis 5 mm beträgt.
Verschweißte Bauteile nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege der beiden Bauteile sich kreuzend verschweißt sind.
Verschweißte Bauteile nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schweißpunkte gleich der Anzahl der Kreuzungspunkte der sich kreuzenden Stege der beiden Bauteil ist.