DE3807976A1 - Verfahren zum schweissen oder loeten eines mit kunststoff verbundenen metallteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schweißen oder Löten eines mit Kunststoff verbundenen Metallteiles.

Auf zahlreichen technischen Gebieten werden Metallteile in Verbindung mit Kunststoffteilen verwendet. Wenn Schweiß- oder Lötvorgänge am Metallteil vorzunehmen sind, erfolgt dieses vor dem Zusammenfügen der beiden Teile unterschied­ licher Materalien, um eine Beschädigung durch Wärmeeinwirkung des Kunststoffbauteiles zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem ein Schweiß- oder Lötvorgang auch bei mit dem Kunststoff verbundenen Metallen durchführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Mit dem Zwischenraum ist zwischen der Schweißstelle und dem Kunststoffteil ein wärmeisolierendes Luftpolster geschaffen, das so breit ausgelegt werden muß, daß eine schädliche Wärme­ übertragung über die noch bestehenden Kontaktbereiche zwischen Metall und Kunststoff nicht mehr in einem schädigenden Maße stattfinden kann. Die Erfindung ermöglicht es somit, bei Metall/Verbundgegenständen Schweißvorgänge auch nach deren Montage durchzuführen, was insbesondere in den Fällen von Vorteil ist, bei denen eine Zusammenfügung nach einem Schweiß­ vorgang nicht mehr möglich ist, wie beispielsweise bei der Anbringung einer Manschette auf ein Kunststoffrohr, die in belastbarer kraftschlüssiger Verbindung mit dem Rohr stehen soll, insbesondere bei Hinterschneidungen.

Der Zwischenraum kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in Form einer Nut hergestellt werden, die entweder im Metall­ teil oder im Kunststoffteil oder gleichzeitig in beiden Teilen eingearbeitet wird.

Zur Verstärkung der wärmeisolierenden Wirkung können vorzugs­ weise wärmeisolierende Materialien in den Zwischenraum einge­ führt werden, die diesen Raum entweder teilweise oder voll­ ständig ausfüllen.

Gut geeignet sind Folien oder Folienpakete, die durch Reflek­ tieren der Wärmestrahlung zur Wärmedämmung beitragen. Der­ artige Folien können aus Metall, Glimmer oder ähnlichen Materialien bestehen.

Eine einfache Art, die Wärmeisolierung zu stärken, besteht darin, daß durch den Zwischenraum ein Kühlmedium durchge­ leitet wird, wie z. B. ein Schußgas.

Die vorstehenden Zusatzmaßnahmen haben den Vorteil, daß sie im Endprodukt nicht verbleiben müssen. Die Folien können so angeordnet werden, daß sie nach dem Schweiß- bzw. Lötvor­ gang wieder entfernt werden können, indem sie herausgezogen werden. In besonderen Fällen können die obigen Zusatz­ maßnahmen miteinander kombiniert werden.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Metallbauteile mit Kunststoffbauteilen in einer neuartigen Form zu verbinden, wobei weder die Festigkeit des Endproduktes beeinträchtigende Befestigungsmittel, wie Schrauben und dergleichen, noch ein räumlich auftragendes Überwickeln der Metallmanschette verwendet werden muß.

Durch die Möglichkeit, ein Metallteil in Kontaktverbindung mit einem Kunststoffteil direkt zu verschweißen, können nämlich Verbindungen vorgesehen werden, bei denen das Metall­ teil direkt oder ein Hilfsteil so ausgebildet wird, daß es ein Kunststoffteil umgreift und durch Verschweißen der Metallenden mit dem Kunststoffbauteil kraftschlüssig verankert wird.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet für derartige Verbundbauteile ist die Raumfahrt. Hier spielt sowohl die Festigkeit als auch die Raumgröße und Geometrie eine wichtige Rolle. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist hier eine weitere Verbindungs­ möglichkeit geschaffen, die die Einhaltung von Randbedingungen bei der Herstellung bzw. Kombination von Metall- und Kunst­ stoffbauteilen erleichtert.

Ein Problem in der Raumfahrt ist beispielsweise die An­ bringung von Manschetten an Raketengehäusen aus Kunststoff bzw. faserverstärktem Kunststoff. Im konventionellen Verfahren würde die Manschette mit einer Lasche versehen, die auf das Raketengehäuse aufgelegt und umwickelt wird. Eine derartige Verbindung führt jedoch zu ungünstigen Krafteinleitungen in das Faser-Kunststoffgehäuse. Die nunmehr aufgrund der Erfin­ dung erhaltene Möglichkeit, direkt am Faser-Kunststoffgehäuse zu schweißen, erlaubt die Verwendung eines Metallbandes mit entsprechendem Aufnahmestück für die Manschette, wobei das Metallband um das Faser-Kunststoffgehäuse umgelegt und durch Verschweißen dessen Enden mit dem Faser-Kunststoffgehäuse fixiert wird.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1

Fig. 3-5 je ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein Teil eines Rohres 10 aus Kunststoff, das beispielsweise das Gehäuse einer Rakete sein kann. Das Material des Rohres 10 kann aus einem homogenen Kunststoff oder aus irgendeinem Kunststoffverbund oder faserverstärktem Verbundwerkstoff sein.

Um eine Verbindung des Rohres 10 mit einem nicht dargestellten Gerät herzustellen, ist eine Manschette 11 aus Metall vorge­ sehen. Um diese Manschette 11 am Kunststoffrohr fest zu verankern, ist die Manschette 11 in einem Metallband 12 inte­ griert, das um das Kunststoffrohr 10 gelegt wird und an seinen Enden 13 verschweißt werden soll. Im Schweißvorgang entwickelt sich an der Nahtstelle 14 eine hohe Temperatur, die das Material des Rohres 10 stark beeinträchtigen kann. Um diese Wärmeeinwirkung zu vermeiden, werden, wie in Fig. 2 näher gezeigt, die Enden 13 des Metallteiles so ausgebildet, daß sie nach dem Umlegen des Bandes 12 um das Rohr 10 einen Zwischenraum 15 zwischen dem Fügebereich 14 und dem Kunst­ stoffteil 10 freilassen. Dieses kann dadurch geschehen, daß die Enden 13 des Metallteiles 11, 12 entweder entsprechend gebogen oder mit einer entsprechenden Nut versehen werden. Der Zwischenraum 15 wird so dimensioniert, daß die verbleiben­ de Wärmeeinleitung 16 durch die angrenzenden, mit dem Kunst­ stoff in Kontaktverbindung stehenden Metallteile so gering ist, daß eine Beeinträchtigung des Kunststoffrohres 10 an den Stellen ausgeschlossen wird.

Im Bereich des Zwischenraumes 15 wird das darin enthaltene Luftpolster für eine entsprechende Wärmeisolierung sorgen, so daß die von der Schweißnaht 14 ausgehenden Wärmestrahlen so abgeschwächt werden, daß die den Kunststoff erreichende Reststrahlung keine nachteilige Wirkung mehr hat.

Nach den Fig. 1, 2 ist der Zwischenraum 15 durch ent­ sprechende Formgebung des Metallteiles gebildet. Je nach Anwendungsfall wird dieser Zwischenraum mit gleicher Wirkung durch Einarbeitung einer entsprechenden Nut im Kunststoffteil ebenfalls erreicht. Eine solche Ausführung ist in Fig. 3 gezeigt, in der ein Längsschnitt durch die Naht 20 des Metall­ teiles 21 dargestellt ist. Für den Schweißnahtabschnitt 20 ist im Kunststoffteil 22 eine quaderförmige Nut 23 ausgearbei­ tet, die länger ist als die Schweißnaht. Damit verbleibt an den Enden der als Zwischenraum dienenden Nut 23 je ein freier Zugang 24 bzw. 25. Die Öffnungen 24 und 25 können dazu genutzt werden, um Mittel einzubringen, mit denen die Wärmeisolierung verstärkt werden kann. Diese Mittel können beispielsweise ein Gasstrom 26, vorzugsweise ein Schutzgas sein. Eine andere Möglichkeit ist die Einführung von wärmeisolierenden Gegen­ ständen, wie z. B. Folien 27 mit wärmestrahlenreflektierenden Eigenschaften. Diese können bei dem Beispiel nach Fig. 3 nach dem Schweißvorgang über die Öffnung 24 oder 25 wieder ent­ nommen werden.

Die die wärmeisolierende Wirkung stützenden Maßnahmen können vielseitig sein. Hierfür eignen sich alle Arten von tempera­ turbeständigen, wärmeisolierenden Materialien und Ausgestal­ tungen. Diese werden je nach Anwendungsfall nach dem Schweiß­ vorgang wieder entfernt. In vielen Fällen können sie auch im Zwischenraum verbleiben.

Fig. 3 und 4 zeigen nur einige weitere Beispiele von Isolier­ körpern. In Fig. 3 ist ein Folienpaket dargestellt, mit dem die Reflektionswirkung verstärkt wird und in Fig. 4 ist ein poröser Körper 40 mit Strömungskanälen 41 für ein Schutz­ gas gezeigt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Schweißen oder Löten eines mit Kunststoff verbundenen Metallteiles, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Löt- bzw. Schweißstelle (14, 20) und dem Kunststoff (10, 22) ein Zwischenraum (15, 23) zur Wärme­ isolierung vorgesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Zwischenraumes (15) eine Nut im Metall­ teil (11, 12) eingearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß zur Bildung des Zwischenraumes eine Nut (23) in das Kunststoffteil eingearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum durch das Metallteil und das Kunststoff­ teil gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (23) zumindest teilweise mit einem wärmeisolierenden Material (27) ausgefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Folie aus einem strahlenreflektierenden Material, wie Glimmer, Metall in den Zwischenraum (23) eingelegt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichent, daß während des Schweiß- bzw. Löt­ prozesses ein Kühlmedium (26) durch den Zwischenraum (23) geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium ein Schutzgas ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Verbindung von Metallteilen (11, 12 bzw. 21) mit Kunststoffbau­ teilen (10 bzw. 22) angewendet wird.