DE4141616A1 - Verfahren zum befestigen eines halteteils in einer ausnehmung eines bauteils - Google Patents
Verfahren zum befestigen eines halteteils in einer ausnehmung eines bauteilsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen eines
Halteteils in einer Ausnehmung eines Bauteils, das einen eine Vielzahl
von Hohlräumen enthaltenden Kern z. B. in Schaumstoff- oder Waben
struktur enthält, der aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf die durch dieses
Verfahren hergestellte Schweißverbindung.
Zur Befestigung von Halteteilen in sogenannten Leichtbau-Sandwichplat
ten hat man bisher ein Verfahren angewendet, gemäß dem in eine
solche Platte mit einem Schneidwerkzeug eine Ausnehmung eingeschnitten
wird, in die dann das Halteteil eingesetzt und mittels eines eingefüllten
Klebers befestigt wird. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der
DE-AS 28 34 237 beschrieben. Bei diesem Verfahren müssen also min
destens drei Arbeitsschritte ausgeführt werden, nämlich zunächst das
Einschneiden der Ausnehmung, danach das Einsetzen des Halteteils in
die Ausnehmung und schließlich das Einfüllen des Klebstoffs. Dabei ist
es auch möglich, in die Ausnehmung den Klebstoff vor dem Einsetzen
des Halteteils einzufüllen, so daß dieser von dem Halteteil verdrängt
wird und verbleibende Zwischenräume zwischen Halteteil und der Wan
dung der Ausnehmung vollständig ausfällt. Dabei soll jedoch, wie in der
Einleitung der DE-AS 28 34 237 erwähnt wird, die Gefahr eines Ver
kantens des Bauteils bestehen, außerdem verhältnismäßig viel Kleber
gebraucht werden, da dieser in die offenen Hohlräume des Kerns ein
dringen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorgang des Befestigens
eines Halteteils in der Ausnehmung einer derartigen Leichtbau-Sandwich
platte, also einem Bauteil, das einen eine Vielzahl von Hohlräumen
enthaltenen Kern enthält, zu erleichtern und zu beschleunigen. Erfin
dungsgemäß geschieht dies dadurch, daß das Halteteil, das im wesentli
chen als Rotationskörper aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet ist,
auf das Bauteil gedrückt und mit solcher Drehzahl gegenüber dem
Bauteil verdreht wird, daß an den Berührungsflächen von Halteteil und
Bauteil das Material beider Teile sich bis zum Erschmelzen erwärmt,
wobei das Halteteil unter Ausbildung der Ausnehmung mit sich axial
erstreckenden Berührungsflächen aufgrund schnelleren Abschmelzens des
Materials des Bauteils gegenüber dem des Halteteils in das Bauteil
vordringt und sich über die Berührungsflächen mit dem Bauteil nach
Stillsetzen des Halteteils verschweißt.
Bei diesem Verfahren spielt sich die Ausbildung der Ausnehmung und
die Herstellung der Verbindung zwischen Halteteil und Bauteil in der
Ausnehmung in einem einzigen Arbeitsschritt ab, nämlich durch das Auf
drücken des Halteteils auf das Bauteil und die Verdrehung des Halteteils
gegenüber dem Bauteil in einer solchen Weise, daß sich an den Berüh
rungsstellen beider Teile durch Reibungswärme ein Erschmelzen der
Oberflächen der Teile ergibt, wobei sich die Schmelzen miteinander
vermischen und nach Stillsetzen des Halteteils erstarren, so daß sich um
das in der Ausnehmung befindliche Bauteil eine feste Verschweißung
gegenüber dem Bauteil ergibt. Das schnellere Abschmelzen des Materials
des Bauteils gegenüber dem des Halteteils erlaubt dabei das Vordringen
des Halteteils in das Bauteil und dabei die Ausbildung der Ausnehmung,
so daß trotz Abschmelzens des Materials des Halteteiles dieses auch
nach dem Erstarren der Schmelze im Prinzip mit seiner ursprünglichen
Struktur im Bauteil existiert und somit seine ursprünglichen Eigenschaften
insbesondere hinsichtlich Festigkeit aufrechterhält.
Das im wesentlichen als Rotationskörper ausgebildete Halteteil ergibt sich
axial erstreckende Berührungsflächen zwischen Halteteil und Bauteil, die
sich um so mehr axial verlängern, je tiefer das Halteteil in das Bauteil
vordringt. Sie bleiben in Form abgeschmolzenen Materials beider Teile
erhalten, bis die Schmelze aushärtet. Damit ergibt sich eine sich in
axialer Richtung erstreckende Haltezone für das Halteteil im Bauteil, die
zu einer erheblichen Stabilität der Verschweißung führt. Dabei kommt es
für die Gestaltung des Rotationskörpers darauf an, daß dieser im Bereich
der sich axial erstreckenden Berührungsflächen im wesentlichen allseitig
in Berührungskontakt mit dem Material des Bauteiles gelangt, was natür
lich auch dann der Fall ist, wenn der Querschnitt des Halteteils geringfü
gig von demjenigen eines Rotationskörpers abweicht (symmetrische viel
eckige Gestaltung), sofern nur aufgrund des Berührungskontaktes die axial
sich erstreckende Oberfläche des Halteteils beim Vordringen in das
Bauteil aufgeschmolzen wird.
Der Effekt des schnelleren Abschmelzens des Materials des Bauteils
gegenüber dem des Halteteils läßt sich vorteilhaft dadurch erzielen, daß
für das Material des Halteteils ein solches gewählt wird, daß einen
höheren Schmelzpunkt besitzt als das Material des Bauteils. In diesem
Falle sorgt der höhere Schmelzpunkt das Materials des Halteteils dafür;
daß beim Eindrehen des Halteteils in das Bauteil letzteres schneller zum
Schmelzen kommt als das Halteteil. Es ist auch möglich, für das Materi
al des Halteteils ein solches zu verwenden, daß eine das Bauteil an
greifende Faserverstärkung, insbesondere Glasfaserverstärkung, aufweist,
die den Effekt der Erzeugung von Reibungswärme besonders auf das
Material des Bauteils ausrichtet, da die Faserverstärkung selbst durch die
Reibungswärme nicht angegriffen wird und diese sich daher in erster
Linie auf das Material des Bauteils auswirkt. Eine weitere Möglichkeit
der schnelleren Erwärmung des Materials des Bauteils besteht darin, für
das Halteteil einen massiven Kunststoff zu verwenden, der gegenüber der
Struktur des Bauteils ein höheres Wärmeaufnahmevermögen besitzt, so
daß sich die entstehende Reibungswärme vor allem auf das Material des
Bauteils auswirkt.
Um den Vorgang des Eindrehens des Halteteils in das Bauteil unter
Aufschmelzen der gegenseitigen Reibungsflächen zu beschleunigen, kann
man ein oder beide Teile vor dem Aufdrücken des Halteteils vorwärmen.
Die Herstellung der festen Schweißverbindung läßt sich dadurch beschleu
nigen, daß man dem Halteteil nach dessen Stillsetzen ein Kühlmittel
zuführt, wodurch sich dann in kurzer Zeit die Aushärtung der sich
miteinander vermengten Schmelzen herbeiführen läßt.
Um den Vorgang der Aushärtung zu beschleunigen, kann man das
Halteteil vor dem Aufdrücken auf das Bauteil gegenüber der Temperatur
des Bauteils abkühlen. Hierdurch ergibt sich möglicherweise zwar eine
gewisse Verzögerung des Prozesses des Aufschmelzens der Materialien,
jedoch nach dem Stillsetzen eine besonders schnelle Aushärtung der
Schmelze, was bei bestimmten Materialien von Bedeutung sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft auch dann anwen
den, wenn es sich um ein Bauteil mit einem Kern handelt, der mit einer
gegenüber dem Kern härteren Deckschicht versehen ist. In diesem Falle
gibt man dem Halteteil an seiner Stirnseite eine die Deckschicht an
greifende Verstärkung, die beim Andrücken des Halteteils und seinem
Verdrehen die Deckschicht durchdringt. Dabei kann die Deckschicht
durch die Verstärkung zerspant werden, es ist aber auch möglich, die
Verstärkung nach Art der Wirkung einer Blechschraube zu verdrängen.
In jedem Falle wird durch die Verstärkung dafür gesorgt, daß das Halte
teil die Deckschicht durchdringt, woraufhin dann der vorstehend beschrie
bene Vorgang des Aufschmelzens der Reibflächen eintritt, wobei das
Halteteil unter Ausbildung der Ausnehmung in das Bauteil eindringt.
Eine andere Möglichkeit des Durchdringens der Deckschicht besteht
darin, daß das Halteteil während des Durchdringens der Deckschicht mit
höherer Drehzahl als während des Eindringens in den Kern gedreht
wird. In diesem Fall ergibt sich durch die höhere Drehzahl eine höhere
Reibung und damit ein Aufschmelzen der härteren Deckschicht. Dieser
Verfahrensschritt wird dann nach Durchdringen der Deckschicht so
abgewandelt, daß zum Eindringen des Halteteils in den Kern dieses mit
der hierfür notwendigen Drehzahl weiterhin gedreht wird.
Schließlich ist es für das Durchdringen der Deckschicht auch möglich,
das Halteteil während des Durchdringens der Deckschicht mit höherem
Druck gegen das Bauteil zu drücken als während des Eindringens in den
Kern. In diesem Fall ergibt sich aufgrund des stärkeren Andrückens
gegen die Deckschicht eine erhöhte Reibung, die zum Aufschmelzen der
Deckschicht fährt, woraufhin nach Durchdringen der Deckschicht der
Druck so eingestellt wird, wie dies für das Eindringen in den Kern
erforderlich ist.
Aufgrund der Anwendung des vorstehend geschilderten Verfahrens ergibt
sich eine sichere Schweißverbindung eines Halteteils und eines Bauteils
der eingangs beschriebenen Gestaltung, bei der das Halteteil in die
Ausnehmung im Bauteil zumindest teilweise versenkt ist und die Über
gänge von Halteteil zu Bauteil aus einer Mischung der erstarrten Schmel
zen beider Teile besteht. Diese Schweißverbindung besitzt eine hohe
Festigkeit, so daß auf diese Weise Halteteile in Leichtbau-Sandwich
platten eingesetzt werden können, wie sie beispielsweise im Automobil- und
Flugzeugbau vielfältig Verwendung finden.
Das Halteteil kann so gestaltet sein, daß es nur teilweise in das Bauteil
eindringt, es ist aber möglich, daß das Halteteil das Bauteil vollständig
durchdringt, so daß es an dessen Rückseite herausragt.
Wenn das Halteteil nur teilweise in das Bauteil eindringt, kann man zur
Verstärkung der Verankerungswirkung der Schweißzonen die Oberfläche
des Bauteils vergrößern, und zwar dadurch, daß das Halteteil auf seiner
dem Bauteil zugewandten Seite mit einer koaxialen Ausnehmung ver
sehen wird, deren Oberfläche in die Schmelze einbezogen ist. In diesem
Fall werden die Berührungsflächen zwischen Halteteil und Bauteil ent
sprechend erweitert, so daß sich eine entsprechend intensivere Veranke
rung des Halteteils in dem Bauteil ergibt.
An das Halteteil kann man zweckmäßig Haltemittel für weitere Bauele
mente anformen. Es ist aber auch möglich, im Halteteil eine Bohrung
für das Einsetzen des Befestigungsmittels, z. B. einer Schraube, vorzuse
hen. In diesem Fall können an dem Halteteil irgendwelche weiteren
Bauelemente angebracht werden.
Um mögliche Ausdehnungen der eine solche Bohrung umgebenden
Wandung zu vermeiden, die möglicherweise zu einer Beeinträchtigung der
Verschweißung führen könnte, kann die Bohrung von einer gegebenenfalls
von Querstegen unterbrochenen Ringnut umgeben sein. Hierdurch wird
erreicht, daß zwischen der Ringnut und der Bohrring eine Wandung
stehen bleibt, die eine gewisse Ausdehnung beim Eindrehen einer
Schraube in die Bohrung ermöglicht, ohne daß dabei die von der Boh
rung durch die Ringnut getrennte Verschweißung beeinträchtigt werden
könnte. Damit hierbei keine unerwünschte Flexibilität zwischen dem
Bereich der Bohrung und der Verschweißung entsteht, kann man die
koaxiale Ringnut durch Querstege unterbrechen, die die Erweiterung der
Wandung um die Bohrung ermöglichen, aber die Stabilität der Wandung
innerhalb des gesamten Halteteils sicherstellen.
Um das Halteteil für das Eindrehen in das Bauteil günstig erfassen zu
können, ist es zweckmäßigerweise mit einem koaxialen Zapfen zum
Einsetzen in ein Antriebswerkzeug versehene.
Mit dem Halteteil lassen sich auch weitere Bauelemente an dem Bauteil
anbringen, z. B. aus Blech gefertigte Bauelemente. Zu diesem Zweck ist
das Halteteil mit einer kopfartigen Erweiterung zum Anbringen eines von
dem Halteteil durchsetzten Bauelements versehen.
Wenn mit dem Halteteil eine Deckschicht des Bauteils mittels einer
Verstärkung durchdrungen werden soll, dann bildet man die Stirnseite
des Halteteils zweckmäßig so aus, daß diese im Bereich ihrer Verstär
kung gegenüber dem axial folgenden Bereich des Halteteils einen gerin
geren Durchmesser aufweist. In diesem Falle wird nach dem Aufdrücken
des Halteteils auf das Bauteil von der Verstärkung im Bereich ihres
Durchmessers die Deckschicht zunächst durch Zerspanen weggefräst,
wobei der axial folgende Bereich des Halteteils mit seinem größeren
Durchmesser in das entstandene Loch der Deckschicht hineingezwängt
wird und dabei an seiner Oberfläche abschmilzt. Dabei entsteht auch
eine Erweiterung des Lochs in der Deckschicht, so daß in das Material
des Kerns des Bauteils der der Verstärkung folgende Bereich des Halte
teils mit ausreichend großem Durchmesser eindringt, um innerhalb des
Kerns axiale Berührungszonen und damit Reibung zu erzeugen, so daß
sich anschließend an das Durchdringen der Deckschicht eine ausreichend
dicke Schmelzezone in den axial sich erstreckenden Berührungszonen aus
bildet, die dann zu der gewünschten Verschweißung innerhalb des Kerns
führt.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es
zeigen:
Fig. 1 ein in ein Bauteil einzusetzendes Halteteil, das vor
der Ausführung des ersten Verfahrensschritts von
dem Futter eines Werkzeugs gegenüber dem Bau
teil gehalten wird,
Fig. 2 das teilweise in das Bauteil eingedrungene Halte
teil unter Ausbildung einer Schmelze an den Be
rührungsflächen,
Fig. 3 die endgültige Lage des mit dem Bauteil verbun
denen Halteteils, das außerdem zur Befestigung
einer Platte an dem Bauteil dient,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 3,
die die Wabenstruktur des Bauteils erkennen läßt,
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform des Halteteils
mit einer vom Material des Bauteils ausgefüllten
koaxialen Bohrung,
Fig. 6 ein in ein Bauteil eingebrachtes Halteteil mit einer
Bohrung zur Aufnahme z. B. einer Schraube, wo
bei die Bohrung auf ihrer einen Seite eine Sechs
eck-Erweiterung zur Aufnahme eines entsprechen
den Antriebswerkzeugs besitzt,
Fig. 7 ein Halteteil mit einer Bohrung zur Aufnahme
einer Schraube und einer die Bohrung umgebenden
Ringnut,
Fig. 8 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 7.
Fig. 9 ein Halteteil mit einer Verstärkung an seiner
Stirnseite zum Wegfräsen einer Deckschicht,
Fig. 10, 11 und 12 abgewandelte Ausführungsformen der Anordnung
gemäß Fig. 9,
Fig. 13 den dem Bauteil zugewandten Teil eines Halteteils
mit einer durch ein Gewinde ausgebildeten Ver
stärkung.
Anhand der Fig. 1 bis 3 seien nunmehr die wesentlichen Merkmale
des oben behandelten Verfahrens erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 den
Beginn des Verfahrens, bei dem das Halteteil 1 von einem Futter 2
eines nicht dargestellten Antriebswerkzeugs gehalten wird. Hierbei ergreift
das Futter 2 den koaxialen Zapfen 3 des Halteteils 1. Das Halteteil 1
ist außerdem mit dem Bund 4 versehen, auf dessen Wirkung weiter
unten näher eingegangen wird. Das Halteteil 1 besitzt weiterhin das Ein
schweißteil 5, das im Verlauf der weiteren Verfahrensschritte in das
Bauteil 6 eingeführt wird. Das Bauteil 6 besteht hier aus einem mit
einer Wabenstruktur aufgebauten Platte aus einem thermoplastischen
Kunststoff. Auf das Bauteil 6 ist das Blechstück 7 aufgelegt, das mit der
Bohrung 8 versehen ist, um das Hindurchführen des Einschweißteils 5 zu
ermöglichen.
Im Verlauf des ersten Verfahrensschritts wird das Bauteil 1 mit der
Stirnseite 9 des Einschweißteils gegen die das Blechstück 7 tragende
Oberfläche des Bauteils 6 gedrückt und mittels des Antriebswerkzeugs in
Drehung versetzt. Es bildet sich hierdurch zunächst im Bereich der
Stirnseite 9 eine Reibungszone gegenüber dem Material des Bauteils 6
aus, wodurch das Material des Einschweißteils 5 und des Bauteils 6 zum
Schmelzen gebracht wird. Unter dem weiteren von dem Antriebswerkzeug
über das Futter 2 auf das Bauteil 1 ausgeübten Druck dringt dieses in
das Material des Bauteils weiter ein und erreicht im Verlaufe dieses
Vorganges die in der Fig. 2 dargestellte Lage, in der das Einschweißteil
5 etwa zu 1/3 seiner Länge in das Bauteil 6 eingedrungen ist. Im
Bereich der Berührungsflächen zwischen Einschweißteil 5 und dem
Material des Bauteils 6 bildet sich die als Zackenlinie angedeutete
Schmelzezone 10 aus.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens dringt unter der Wirkung des vom
Einschweißteil 5 auf das Bauteil ausgeübten Druckes und der Rotation
des Halteteils 1 eine ständige Verlängerung der Schmelzezone 10 ein, d. h.
das Einschweißteil 5 dringt weiter in das Bauteil 6 ein, bis schließlich
die in der Fig. 3 dargestellte Lage erreicht ist, in der der Bund 4 das
Blechstück 7 gegen das Bauteil 6 drückt. In dieser Lage wird das An
triebswerkzeug stillgesetzt. Die Schmelze in der Schmelzezone 10 kann
nunmehr erstarren und bildet eine feste Verschweißung zwischen Ein
schweißteil 5 und Bauteil 6, womit das Halteteil 1 fest an dem Bauteil
6 verankert ist. Gleichzeitig wird hierdurch eine Befestigung des Blech
stücks 7 an dem Bauteil 6 bewirkt. Abschließend wird das in Fig. 1
dargestellte Futter 2 abgezogen.
Bei diesem Aufschmelzvorgang geht Material des Einschweißteils 5 in die
Schmelzezone 10 ein, womit die ursprünglichen Konturen des Einschweiß
teils 5 leicht abgerundet werden, im Prinzip aber in ihrer ursprünglichen
Gestaltung erhalten bleiben.
Fig. 4 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 3 in Draufsicht, wobei aus
Gründen der Vereinfachung der Darstellung das Blechstück 7 weggelassen
ist. Die Fig. 4 zeigt von dem Halteteil den koaxialen Zapfen 3 und
den Bund 4. Diese Teile decken in ihrem Umfang die darunterliegende
Wabenstruktur des Bauteils 6 ab.
In der Fig. 5 ist die Schweißverbindung zwischen einem abgewandelten
Halteteil 1 und einem Bauteil 6 dargestellt. Letzteres besteht aus einem
Kern 11 mit den beiden Deckschichten 12 und 13. Der Kern 11 besteht
hier aus einem Schaumstoff. Das Bauteil 1 ragt mit seinem Einschweiß
teil 5 in den Kern 11 hinein und ist in diesem über die Schmelzezone
10 verankert. Die Schmelzezone 10 ist hier dadurch in besonderer Weise
erweitert, daß das Einschweißteil 5 an seiner dem Bauteil 6 zugewandten
Seite die als Bohrung ausgebildete koaxiale Ausnehmung 14 aufweist.
Das Einschweißteil 5 ragt nur teilweise in den Kern 11 hinein, so daß
die gesamte, in den Kern 11 hineinragende Oberfläche einschließlich der
Oberfläche der Ausnehmung 14 aufgeschmolzen ist und sich mit Er
starren der Schmelze zu der entsprechend verlängerten Verschweißung
verbindet. Voraussetzung für die Verwendung des in der Fig. 5 darge
stellten Einschweißteils 5 ist, daß das Einschweißteil 5 den Kern 11 nicht
vollständig durchdringt.
Das Einschweißteil 5 durchdringt die Deckschicht 12, die hierfür entwe
der mit einem entsprechenden Loch versehen ist oder in die das Loch
beim Einsetzen des Einschweißteils 5 eingebracht wird. Auf die Art und
Weise des Eindringens wird weiter oben hingewiesen. Im einzelnen wird
hierzu nachstehend ein Ausführungsbeispiel noch behandelt werden. Das
Einschweißteil 5 stützt sich gegen die Deckschicht 12 ab, womit die
Deckschicht 12 dem Halteteil 1 in dem Bauteil 6 zusätzliche Stabilität
gibt. Für die Anbringung des Halteteils 1 ist der koaxiale Zapfen 3
vorgesehen, der hier mit der Umfangsnut 15 versehen ist, die zum
Anbringen weiterer Bauelemente z. B. durch Anklemmen, vorgesehen ist.
In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Halteteils 1
dargestellt, das in dem Bauteil 6 so eingebracht ist, daß es dieses voll
ständig durchdringt. Das Bauteil 6 ist hier ähnlich wie beim Ausführungs
beispiel gemäß Fig. 5 mit einem Kern 11 aus Schaumstoff und den
beiden Deckschichten 12 und 13 versehen. In das Einschweißteils 5 des
Halteteils 1 ist die Bohrung 16 eingelassen, die z. B. für das Eindrehen
einer Befestigungsschraube vorgesehen ist. Die Bohrung 16 geht in die
Sechskant-Erweiterung 17 über; die dazu dient, einen Sechskant-Schlüssel
aufzunehmen, um das Halteteil 1 in das Bauteil 6 in der oben beschrie
benen Weise einzudrehen. Die Verschweißung zwischen Bauteil 6 und
Halteteil 1 findet hier wieder über die Schmelzezone 10 statt.
Bei dem Material für den Kern 11 gemäß den Fig. 5 und 6 handelt
es sich, wie gesagt, um Schaumstoff, und zwar einen sogenannten Hart
schaumstoff, mit dem in bekannter Weise sogenannte Sandwich-Platten
aufgebaut werden.
Fig. 7 zeigt ein Halteteil 1, das ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 6 mit einer Bohrung 16 versehen ist, um beispielsweise eine
selbstfurchende Schraube aufzunehmen. Der neben dem Bauteil 1 von
oben nach unten gezeichnete Richtungspfeil deutet die Richtung des
Aufsetzens des Halteteils 1 auf ein nicht dargestelltes Bauteil 6 an. Um
durch Eindrehen einer Schraube in die Bohrung 16 möglicherweise
entstehende Spannungen aufzufangen, ist die Bohrung 16 von der Ring
nut 18 umgeben, in die hinein sich die Wandung 19 der Bohrung 16
ausdehnen kann. Auf diese Weise wird vermieden, daß bei derartigen
Ausdehnungen evtl. Drücke auf die erstarrte Schmelzezone, die sich längs
der Oberfläche 20 des Halteteils 1 ausbildet, ausgeübt werden. Die
Bohrung 16 endet an ihrem rückwärtigen Ende ähnlich wie beim Aus
führungsbeispiel gemäß Fig. 6 in der Sechskant-Erweiterung 17 zum
Aufnehmen eines Sechskant-Schlüssels.
Um bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 zu vermeiden, daß sich
aufgrund der Ringnut 18 eine gewisse Instabilität zwischen dem Bereich
der Oberfläche 20 und der Wandung 19 ergibt, sind in die Ringnut 18
Querrippen 21 eingesetzt, die in der Fig. 8 gezeigt sind. Fig. 8 zeigt
eine Draufsicht auf das Halteteil 1 gemäß Fig. 7. Die Querrippen 21
verlaufen hier spiralförmig, um der Wandung 19 die Möglichkeit einer
gewissen Ausdehnung bei Eindrehen einer Schraube zu lassen.
Fig. 9 zeigt ein Halteteil 1 mit einem koaxialen Zapfen 3, einem Bund
4 und einem Einschweißteil 5, an dessen Stirnseite 22 eine Verstärkung
23 angebracht ist, die dazu dient, in der oben beschriebenen Weise eine
Deckschicht wegzufräsen, wie sie z. B. in den Fig. 5 und 6 darge
stellt ist. Die Verstärkung dient dazu, bei Aufsetzen des Einschweißteils
5 auf eine Deckschicht diese im Umfang der Verstärkung wegzufräsen.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Ver
stärkung aus Kohlefasern, die bei der Herstellung des aus massivem
Kunststoff bestehenden Halteteils 1 in dessen Stirnseite 22 sinnvollerweise
eingespritzt sind. Es ist auch das Einbringen abrasiv wirkender Metall-
Späne oder keramischer Teilchen möglich. Ihr Einsatz richtet sich nach
der Art der zu durchdringenden Deckschicht und den Herstellungskosten.
Die Verstärkung 23 weist gegenüber dem daran anschließenden Bereich
des Einschweißteils 5 einen geringeren Durchmesser auf, was zur Folge
hat, daß beim Andrücken des Halteteils 1 gegen eine Deckschicht ein
Loch in die Deckschicht in der Größe des Durchmessers der Verstärkung
23 eingefräst wird. Das gegenüber der Deckschicht weichere Material des
Einschweißteils 5 muß dann gegenüber der Deckschicht zurückweichen,
zwängt sich jedoch in das von der Verstärkung 23 eingefräste Loch
hinein, wobei einerseits dieses Loch gegenüber dem Durchmesser der
Verstärkung 23 noch etwas erweitert wird, andererseits aber von dem
Material des Einschweißteils 5 gegenüber dem Durchmesser der Ver
stärkung 23 etwas stehen bleibt. Es ergibt sich somit ein Abschmelzen
einer Schicht 24 von der axialen Oberfläche des Einschweißteils 5, wobei
dieser Bereich einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der Durch
messer der Verstärkung 23, so daß beim weiteren Eindringen des Ein
schweißteils 5 in ein Bauteil genügend Reibkontakt zwischen dem Ein
schweißteil und der betreffenden Oberfläche im inneren des Bauteils
verbleibt. Hierdurch wird erreicht, daß es zu einer entsprechenden Auf
schmelzung auch von Material des Bauteils kommt, bis schließlich nach
Aufsetzen des Bundes 4 auf die betreffende Oberfläche einer Deckschicht
das Einschweißteil 1 stillgesetzt wird und sich im wesentlichen über seine
sich axial erstreckende Oberfläche mit dem Bauteil verschweißt.
In den Fig. 10 und 11 sind zwei Abwandlungen der Gestaltung des
Einschweißteils 5 gemäß Fig. 9 gezeigt. Gemäß Fig. 10 besteht die
Verstärkung aus einem Kegel 25 und gemäß Fig. 11 aus einer Vier
kantpyramide 26. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 wird die
Verstärkung durch eine ballige Fläche 27 gebildet. Dabei kann die
Verstärkung auch auf bestimmte Segmente der Stirnfläche des Halteteils,
z. B. strahlenförmig, beschränkt sein.
Eine weitere Ausführungsform für die Ausbildung einer Verstärkung zeigt
die Fig. 13. Hier wird die Verstärkung durch ein Gewinde 28 gebildet,
das nach Art eines Blechschraubengewindes geformt ist. Das Gewinde 28
bildet den vorderen Teil des Einschweißteils 5, das hier konisch ausgebil
det ist. Das Einschweißteil 5 geht über die radiale Ringfläche 29 in das
Gewinde 28 über. Beim Eindrehen des Einschweißteils 5 bewirkt das
Gewinde zunächst ein Aufbohren einer Deckschicht, dringt unter seiner
Wirkung ähnlich der einer Blechschraube in die Deckschicht ein und
drückt diese zur Seite. Es gelangt dann die radiale Ringfläche 29 in
Berührungskontakt mit der Deckschicht und durch Hineinzwängen in das
entstandene Loch in der Deckschicht mit dem Material des unter der
Deckschicht liegenden Kerns, von wo ab dann der oben beschriebene
Vorgang des Reibkontaktes mit Aufschmelzen des Materials des Kerns
und des Einschweißteils 5 stattfindet.
Claims (19)
1. Verfahren zum Befestigen eines Halteteils (1) in einer Ausneh
mung eines Bauteils (6), das einen eine Vielzahl von Hohlräu
men enthaltenden Kern z. B. in Schaumstoff- oder Wabenstruk
tur enthält, der aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (1), das im wesentli
chen als Rotationskörper aus thermoplastischem Kunststoff aus
gebildet ist, auf das Bauteil (6) gedrückt und mit solcher Dreh
zahl gegenüber dem Bauteil (6) verdreht wird, daß an den
Berührungsflächen von Halteteil (1) und Bauteil (6) das Materi
al beider Teile sich bis zum Erschmelzen erwärmt, wobei das
Halteteil (1) unter Ausbildung der Ausnehmung mit sich axial
erstreckenden Berührungsflächen aufgrund schnelleren Abschmel
zens des Materials des Bauteils (6) gegenüber dem des Halte
teils (1) in das Bauteil (6) vordringt und sich über die Berüh
rungsflächen mit dem Bauteil nach Stillsetzen des Halteteils ver
schweißt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Material des Halteteils (1) einen höheren Schmelzpunkt besitzt
als das Material des Bauteils (6).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material des Halteteils (1) eine das Bauteil angreifende
Faserverstärkung aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Halteteil (1) aus massivem Kunststoff besteht,
der gegenüber der Struktur des Bauteils (6) ein höheres Wär
meaufnahmevermögen besitzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein oder beide Teile vor dem Aufdrücken des
Halteteils vorgewärmt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Halteteil (1) nach dessen Stillsetzen ein
Kühlmittel zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnete, daß das Halteteil (1) vor dem Aufdrücken gegenüber
der Temperatur des Bauteils (6) gekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Anwendung
auf ein Bauteil (6) mit einer gegenüber dem Kern härteren
Deckschicht (12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil
(1) an seiner Stirnseite (22) eine die Deckschicht (12, 13) an
greifende Verstärkung (23) aufweist, die beim Andrücken des
Halteteils (1) und seinem Verdrehen die Deckschicht (12, 13)
durchdringt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Anwendung
auf ein Bauteil (6) mit einer gegenüber dem Kern härteren
Deckschicht (12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil
(1) während des Durchdringens der Deckschicht (12, 13) mit
höherer Drehzahl als während des Eindringens in den Kern (11)
gedreht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Anwendung
auf ein Bauteil (6) mit einer gegenüber dem Kern härteren
Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (1)
während des Durchdringens der Deckschicht (12, 13) mit höhe
rem Druck gegen das Bauteil (6) gedrückt wird als während des
Eindringens in den Kern (11).
11. Schweißverbindung eines Halteteils und eines Bauteils nach
einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halteteil (1) in die Ausnehmung im Bauteil (6) zumindest
teilweise versenkt ist und der Übergang von Halteteil (1) zu
Bauteil (6) aus einer Mischung der erstarrten Schmelzen (10)
beider Teile besteht.
12. Schweißverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halteteil (1) auf seiner dem Bauteil (6) zugewandten
Seite mit einer koaxialen Ausnehmung (14) versehen ist, deren
Oberfläche in die Schmelze (10) einbezogen ist.
13. Schweißverbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halteteil (1) das Bauteil (6) vollständig durchdringt.
14. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß an das Halteteil (1) Haltemittel (3)
für weitere Bauelemente angeformt sind.
15. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß das Halteteil (1) eine Bohrung (16)
für das Einsetzen eines Befestigungsmittels, z. B. einer Schraube,
aufweist.
16. Schweißverbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung (16) von einer gegebenenfalls von Querrippen
(21) unterbrochenen koaxialen Ringnut (18) umgeben ist.
17. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß das Halteteil (1) einen koaxialen
Zapfen (3) zum Einsetzen in ein Antriebswerkzeug (2) aufweist.
18. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß das Halteteil (1) mit einer kopfarti
gen Erweiterung (4) zum Anbringen eines von dem Halteteil
durchsetzten Bauelements (7) versehen ist.
19. Schweißverbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stirnseite des Halteteils (1) im Bereich
ihrer Verstärkung (23, 25, 26, 27, 28) gegenüber dem axial
folgenden Bereich des Halteteils (1) einen geringeren Durch
messer aufweist.
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