EP4171861A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mit einer kunststoffschicht überzogenen metallbauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mit einer kunststoffschicht überzogenen metallbauteils

Info

Publication number
EP4171861A1
EP4171861A1 EP21735620.3A EP21735620A EP4171861A1 EP 4171861 A1 EP4171861 A1 EP 4171861A1 EP 21735620 A EP21735620 A EP 21735620A EP 4171861 A1 EP4171861 A1 EP 4171861A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal component
plastic
laser device
welding laser
welded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21735620.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Wittko
Axel Bormann
Johannes Hagen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4171861A1 publication Critical patent/EP4171861A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/242—Fillet welding, i.e. involving a weld of substantially triangular cross section joining two parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/354—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/3568—Modifying rugosity
    • B23K26/3584—Increasing rugosity, e.g. roughening

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for producing a welded metal component which is at least partially coated with a plastic layer and which is produced by welding at least two individual metal parts by means of a welding laser device.
  • the field of application of the invention extends primarily to components in automotive engineering.
  • armatures are usually overmolded with a polymer layer, for example with polyoxymethylene, in order to minimize eddy losses.
  • Other metallic components to which plastic encapsulation is applied are electrical plug-in contacts, labeling surfaces for metallic components, corrosion protection layers against aggressive media, components of a direct fuel injection system and the like.
  • Metal components of the type of interest here are assembled from various individual parts during the manufacturing process and welded together.
  • DE 102011 058 674 A1 shows a component welded together from several individual metal parts, here in the form of an armature for an electrical machine, the cylindrical outer surface of which is covered with a polymer layer, the outer surface at a border area of the polymer layer and an uncoated area has a microstructuring.
  • This microstructuring consists primarily of an irregular structure, which is produced by selective evaporation and condensation of a metal and thermoset surface. This microstructuring can be applied by means of a laser, the specification of which, however, is not set out in more detail.
  • the surface processing of a metal component for a subsequent plastic coating can be carried out by a so-called ultrashort pulse laser, which creates a kind of irregular cauliflower structure on the surface of the metal component, which forms an adequate adhesive base for the plastic layer.
  • this special laser beam source including a suitable processing station must be integrated into the manufacturing process.
  • the object of the present invention is to create a method and a device for producing a plastic-coated, previously welded metal component, the plastic layer of which can be produced in a permanently stable overall composite in a simple manner in terms of production technology. Disclosure of the invention
  • claim 1 In terms of process technology, the object is achieved by claim 1. With regard to a device for carrying out the method, reference is made to claim 6. The further independent claim 10 specifies a novel use of a welding tool.
  • the invention includes the procedural teaching that after a weld connection of at least two individual metal parts to form a welded metal component by means of a welding laser device, a surface machining of at least part of the surface of the welded metal component by the same or another welding laser device is suitable for generating a form fit with the plastic layer Rough surface structure with undercut occurs, after which the metal component is then coated with a plastic to form a plastic layer that is positively connected to the rough surface structure.
  • the surface machining can also be carried out prior to the weld joining.
  • the manufacturing measure that the welding laser device, which is usually provided for welding components, is now used in an unusual way for surface processing in order to produce a rough surface structure suitable for a form fit with the plastic layer, for which according to the prior art known to date other, specific tools were used.
  • the specially rough, form-fitting surface structure is characterized by microscopic undercuts, which preferably form a mushroom shape. This makes it possible for them to get caught in the plastic layer.
  • the invention is based on the knowledge that the size of the image field of the scanner of welding laser devices, preferably single-mode fiber lasers, are also suitable for processing points on the workpiece that are further away from the weld seam.
  • the essence of the invention is thus that a modified metal surface is generated by a welding laser, which subsequently enables a form-fitting plastic-metal connection with correspondingly improved properties of the overall compound to be generated, namely with regard to a high level of tightness, improved absorption of external forces and avoidance of relative movements of the workpiece components.
  • the surface processing with the welding laser device is preferably carried out in such a way that a type of wobble movement is carried out by means of a programmable beam oscillation.
  • This wobbling movement represents a spatially fast beam oscillation, with the laser beam moving, for example, on a circular path, an eight-shaped path or an elliptical path. Other path shapes that can be repeated without jumps are also conceivable.
  • the process parameters such as beam intensity, beam focusing, processing speed and the like
  • the form-fitting surface structuring according to the invention which is provided with undercut areas, is achieved in this way.
  • the beam oscillation results in a spatial displacement of the melt in order to produce bead-like structures with an undercut, which are preferably mushroom-shaped.
  • These undercut areas serve as a fixed point for a subsequent overmolding of the metal component in order to improve the component composite in the sense described above.
  • the wobbling movement generated by the welding laser device for surface processing can be superimposed with an additional feed movement along the surface of the metal component.
  • the metal component can be firmly clamped and does not require any additional device that executes the feed movement on the workpiece side.
  • the method generally described above can be carried out in a simple manner with a device which in principle only consists of the welding laser device and a plastic coating device.
  • the welding laser device is used to weld the individual metal parts to form a welded metal component and to process at least part of the surface of the metal component before or after welding to produce a rough surface structure suitable for a form fit.
  • the plastic coating device is assigned to this welding laser device in order to subsequently carry out an at least partial coating of the welded and surface-structured metal component with a plastic. In this way, a plastic coating that is permanently connected to the rough surface structure in a form-fitting manner can be created.
  • the plastic coating device can be arranged directly downstream of the welding laser device in the context of a production line. However, it is also possible to carry out a remote plastic coating of the metal component prepared for this purpose.
  • the solution according to the invention is of course only particularly efficient if a welding laser device is provided for the material connection of individual metal parts anyway, so that the solution according to the invention is in principle an expansion of functions with regard to surface processing for the subsequent Ku Plastic coating of the arstel It.
  • Single-mode fiber lasers with which a spot size of 20 to 40 ⁇ m, preferably approx. 30 ⁇ m, can usually be generated on the surface of the metal component, have proven particularly suitable for this.
  • Experiments with a single-mode fiber laser with a wavelength of 1070 nm in combination with a scanner have resulted in a beam deflection that is sufficiently fast for surface processing.
  • a laser power of 150 to 200 W, a speed of rotation between 1 to 5 revolutions per second in connection with a scanning speed of the scanner between 2 to 8 m per second are preferably considered as process parameters.
  • the laser source can be operated under any protective gas such as helium, nitrogen or argon.
  • a plastic coating device can be used for coating, which preferably processes a plastic selected from one of the plastic groups: thermoplastics, thermosets, elastomers.
  • the surface structuring according to the invention is therefore advantageously suitable for several groups of plastics, which are to be selected depending on the coating purpose.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device with
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through the plastic-coated, welded metal component, produced with a device according to FIG. 1.
  • a device for producing a metal component 2 welded from two individual metallic parts la and lb with the option of subsequently applying a plastic layer 3 consists essentially of a welding laser device 4 for welded joining A of the two cylindrical metal individual parts la and lb to form a welded one Metal component 2.
  • the same welding laser device 4 is then used to process the surface B of the front part of the surface of the welded metal component 2 to produce a rough surface structure 5 suitable for a form fit.
  • the rotationally symmetrical metal component 2 is rotated about the longitudinal axis.
  • the surface processing B takes place by a beam oscillation with the welding laser device 4 to generate a wobbling movement, indicated here by a rotary arrow, along a circular path.
  • the welded and surface-structured metal component 2 is coated C with a plastic layer 3 connected in a form-fitting manner via the rough surface structure 5, implemented in a plastic coating device 6 known per se.
  • the welded metal component 2 which is shown schematically here and coated with the plastic layer 3, is produced.
  • a weld seam 7 runs between the previously separated metal parts 1 a and 1 b the surface of the welded metal component 2 generates a rough surface structure 5 suitable for a form fit with the applied plastic layer 3, which in this respect has several undercut areas 8 (exemplary) which were generated by a fast beam oscillation of the laser beam and the plastic layer positively connected to the rough surface structure 5 3 enable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise mit einer Kunststoffschicht (3) überzogenen, geschweißten Metallbauteils (2), umfassend die folgenden Herstellungsschritte: - Schweißverbinden (A) von mindestens zwei metallischen Einzelteilen (1a, 1b) zu einem geschweißten Metallbauteil (2) mittels einer Schweißlasereinrichtung (4), - Oberflächenbearbeiten (B) zumindest eines Teils der Oberfläche des geschweißten Metallbauteils (2) durch dieselbe Schweißlasereinrichtung (4) zu Erzeugung einer für einen Formschluss mit der Kunststoffschicht (3) geeignet hinterschnittbehafteten rauen Oberflächenstruktur (5), - Kunststoffbeschichten (C) des Metallbauteils (2) zur Bildung einer formschlüssig mit der Oberflächenstruktur (5) verbundenen Kunststoffschicht (3).

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines mit einer Kunststoffschicht überzogenen Metallbauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines zumindest teilweise mit einer Kunststoffschicht überzogenen, geschweißten Metallbauteils, welches durch Schweißverbinden von mindestens zwei metallischen Einzelteilen mittels Schweißlasereinrichtung hergestellt ist.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Bauteile der Kraftfahrzeugtechnik. So werden beispielsweise bei Elektromotoren, welche bei Intank- Kraftstoffpumpen eingesetzt werden, üblicherweise Anker mit einer Polymerschicht umspritzt, beispielsweise mit Polyoxymethylen, um Wirbelverluste zu minimieren. Andere metallische Bauteile, auf welche eine Kunststoffumspritzung aufgebracht wird, sind elektrische Steckkontakte, Beschriftungsflächen für metallische Bauteile, Korrosionsschutzschichten gegenüber aggressiven Medien, Komponenten eines Kraftstoff- Direkteinspritzungssystems und dergleichen. Metallbauteile der hier interessierenden Art werden beim Herstellungsprozess aus verschiedenen Einzelteilen zusammengesetzt und miteinander verschweißt.
Ohne eine Vorbehandlung der metallischen Bauteiloberfläche ist dabei kein haftfester Kunststoff- Metall- Verbund im Rahmen einer nachträglichen Kunststoffumspritzung herstellbar. Oftmals müssen zum Erreichen einer ausreichenden Dichtheit des Kunststoff- Metall- Verbundes gegenüber äußeren Medieneinflüssen oder zur Einleitung von Betriebskräften zusätzliche Geometrien aufwendig in das Metallteil eingebracht werden, wie beispielsweise Hinterschnitte, Labyrinth-Dichtungen, Nuten, Verzahnungen und dergleichen. Stand der Technik
Aus der DE 102011 058 674 Al geht ein aus mehreren metallischen Einzelteilen zusammengeschweißtes Bauteil, hier in Form eines Ankers für eine elektrische Maschine, hervor, dessen zylindrische Außenmantelfläche mit einer Polymerschicht bedeckt ist, wobei die Außenmantelfläche an einem Grenzbereich der Polymerschicht zu einem nicht beschichteten Bereich eine Mikrostrukturierung aufweist. Diese Mikrostrukturierung besteht vornehmlich aus einer unregelmäßigen Struktur, welche durch punktuelles Verdampfen und Kondensieren einer Metall- und Duroplast-Oberfläche erzeugt ist. Dabei kann diese Mikrostrukturierung mittels eines Lasers aufgebracht werden, dessen Spezifikation jedoch nicht näher dargelegt ist.
Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik kann das Oberflächenbearbeiten eines Metallbauteils für eine nachträgliche Kunststoffbeschichtung durch einen so genannten Ultrakurzpulslaser erfolgen, welcher eine Art unregelmäßige Blumenkohlstruktur auf der Oberfläche des Metallbauteils erzeugt, die eine hinreichende Haftgrundlage für die Kunststoffschicht bildet. Hierfür ist diese spezielle Laserstrahlquelle inklusive einer geeigneten Bearbeitungsstation mit in den Herstellungsprozess zu integrieren.
Alternative hierzu ist es gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik auch möglich, andere formgebende Verfahren - beispielsweise Fräsen, Drehen, Schleifen - zur Oberflächenbearbeitung des Metallbauteils zu nutzen, derart, dass diese spanenden Werkzeuge Oberflächenstrukturen schaffen, welche einen Formschluss mit dem anschließend aufzubringenden Kunststoff ermöglichen, beispielsweise durch Einfräsen von Nuten zur Realisierung einer Labyrinth- Dichtung. Auch hierfür ist ein zusätzlicher Arbeitsschritt mit entsprechendem Werkzeugaufwand erforderlich.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines kunststoffüberzogenen, zuvor geschweißten Metallbauteils zu schaffen, dessen Kunststoffschicht sich in fertigungstechnisch einfacher Weise in einem dauerfesten Gesamtverbund hersteilen lässt. Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird auf den Anspruch 6 verwiesen. Der weiterhin nebengeordnete Anspruch 10 gibt eine neuartige Verwendung eines Schweißwerkzeugs an.
Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass nach einem Schweißverbinden von mindestens zwei metallischen Einzelteilen zu einem geschweißten Metallbauteil mittels einer Schweißlasereinrichtung ein Oberflächenbearbeiten zumindest eines Teils der Oberfläche des geschweißten Metallbauteils durch dieselbe oder eine andere Schweißlasereinrichtung zur Erzeugung einer für einen Formschluss mit der Kunststoffschicht geeignet hinterschnittbehafteten rauen Oberflächenstruktur erfolgt, wonach dann ein Beschichten des Metallbauteils mit einem Kunststoff zur Bildung einer formschlüssig mit der rauen Oberflächenstruktur verbundenen Kunststoffschicht durchgeführt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Oberflächenbearbeiten auch vor dem Schweißverbinden erfolgen kann. Wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch die fertigungstechnische Maßnahme, dass die gewöhnlich zum Schweißen von Bauteilen vorgesehene Schweißlasereinrichtung nun ungewöhnlicher Weise für eine Oberflächenbearbeitung zwecks Erzeugung einer für einen Formschluss mit der Kunststoffschicht geeigneten, rauen Oberflächenstruktur verwendet wird, wofür gemäß des bislang bekannten Standes der Technik andere, spezifische Werkzeuge verwendet wurden. Die speziell raue, formschlüssig wirkende Oberflächenstruktur zeichnet sich durch mikroskopische Hinterschnitte aus, die eine vorzugsweise pilzförmige Gestalt bilden. Hierdurch wird ein Verhaken mit der Kunststoffschicht möglich.
Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die Größe des Bildfeldes des Scanners von Schweißlasereinrichtungen, vorzugsweise Single-Mode- Faserlasern, auch dafür geeignet sind, von der Schweißnaht weiter entfernte Stellen am Werkstück zu bearbeiten. Somit besteht der Kern der Erfindung darin, dass eine veränderte Metalloberfläche durch einen Schweißlaser erzeugt wird, wodurch nachfolgend eine formschlüssige Kunststoff-Metall-Verbindung mit entsprechend verbesserten Eigenschaften des Gesamtverbunds erzeugt werden kann, und zwar hinsichtlich einer hohen Dichtheit, einer verbesserten Aufnahme äußerer Kräfte und eine Vermeidung von Relativbewegungen der Werkstückkomponenten.
Um eine geeignet formschlüssig wirkende raue Oberflächenstrukturierung am Metallbauteil zu erzeugen, erfolgt das Oberflächenbearbeiten mit der Schweißlasereinrichtung vorzugsweise derart, dass durch eine programmierbare Strahloszillation eine Art Wobbelbewegung durchgeführt wird. Diese Wobbelbewegung stellt eine räumlich schnelle Strahloszillation dar, wobei sich der Laserstrahl beispielsweise auf einer Kreisbahn, einer achtförmigen Bahn oder einer elliptischen Bahn bewegt. Auch andere sprunglos wiederholbare Bahnformen sind denkbar. Hierdurch wird bei geeigneter Einstellung der Prozessparameter, wie Strahlstärke, Strahlfokussierung, Bearbeitungsgeschwindigkeit und dergleichen die erfindungsgemäße formschlussgeeignete Oberflächenstrukturierung erzielt, welche mit Hinterschnittbereichen versehen ist. Im Prinzip entsteht durch die Strahloszillation eine räumliche Verschiebung der Schmelze, um wulstartige Strukturen mit Hinterschnitt zu erzeugen, die eine vorzugsweise pilzförmige Gestalt aufweisen. Diese Hinterschnittbereiche dienen als Fixpunkt für eine nachfolgende Umspritzung des Metallbauteils, um den Bauteilverbund im vorstehend beschriebenen Sinne zu verbessern.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme kann die von der Schweißlasereinrichtung zur Oberflächenbearbeitung erzeugte Wobbelbewegung mit einer zusätzlichen Vorschubbewegung entlang der Oberfläche des Metallbauteils überlagert werden. Hierdurch kann das Metallbauteil fest eingespannt werden und bedarf keiner die Vorschubbewegung werkstückseitig ausführenden Zusatzvorrichtung.
Das vorstehend allgemein beschriebene Verfahren lässt sich in einfacher Weise mit einer Vorrichtung durchführen, welche im Prinzip nur aus der Schweißlasereinrichtung und einer Kunststoffbeschichtungseinrichtung besteht. Die Schweißlasereinrichtung dient zum Schweißverbinden der metallischen Einzelteile zu einem geschweißten Metallbauteil sowie zum Oberflächenbearbeiten zumindest eines Teils der Oberfläche des Metallbauteils vor oder nach dem Schweißen zur Erzeugung einer für einen Formschluss geeigneten, rauen Oberflächenstruktur umfasst. Dieser Schweißlasereinrichtung ist die Kunststoffbeschichtungseinrichtung beigeordnet, um anschließend eine zumindest teilweise Beschichtung des geschweißten und oberflächenstrukturierten Metallbauteils mit einem Kunststoff durchzuführen. Hierdurch lässt sich eine dauerhaft formschlüssig mit der rauen Oberflächenstruktur verbundene Kunststoffbeschichtung erschaffen.
Die Kunststoffbeschichtungseinrichtung kann dabei im Rahmen einer Produktionslinie der Schweißlasereinrichtung direkt nachfolgend angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, eine ortsferne Kunststoffbeschichtung des hierfür vorbereiteten Metallbauteils durchzuführen. An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Lösung natürlich nur dann besonders effizient ist, wenn eine Schweißlasereinrichtung ohnehin zur stoffschlüssigen Verbindung von metallischen Einzelteilen vorgesehen ist, so dass die erfindungsgemäße Lösung im Prinzip eine Funktionserweiterung im Hinblick auf eine Oberflächenbearbeitung zur nachfolgenden Ku nststoff besch ichtu ng d arstel It.
Besonders geeignet hierfür erweisen sich Single-Mode-Faserlaser, mit welchen sich auf der Oberfläche des Metallbauteils gewöhnlich eine Spotgröße von 20 bis 40 pm, vorzugsweise ca. 30 pm erzeugen lässt. Versuche mit einem Single- Mode-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm in Kombination mit einem Scanner haben eine für die Oberflächenbearbeitung ausreichend schnelle Strahlablenkung erbracht. Als Prozessparameter kommt vorzugsweise eine Laserleistung von 150 bis 200 W, eine Drehgeschwindigkeit zwischen 1 bis 5 Umdrehungen pro Sekunde in Verbindung mit einer Scan-Geschwindigkeit des Scanners zwischen 2 bis 8 m pro Sekunde in Betracht. Die Laserquelle kann dabei unter einem beliebigen Schutzgas, wie Helium, Stickstoff oder Argon betrieben werden. Zum Beschichten kommt eine Kunststoffbeschichtungseinrichtung in Betracht, welche vorzugsweise einen Kunststoff verarbeitet, der ausgewählt ist aus einer der Kunststoffgruppen: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere. In vorteilhafter Weise eignet sich die erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung also für mehrere Kunststoffgruppen, welche je nach Beschichtungszweck auszuwählen sind.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit
Schweißlasereinrichtung und Kunststoffbeschichtungseinrichtung, und
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch das kunststoffüberzogene, geschweißte Metallbauteil, hergestellt mit einer Vorrichtung nach Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 besteht eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus zwei metallischen Einzelteilen la und lb geschweißten Metallbauteils 2 mit der Möglichkeit, anschließend eine Kunststoffschicht 3 aufzubringen, im Wesentlichen aus einer Schweißlasereinrichtung 4 zum Schweißverbinden A der beiden zylindrischen metallischen Einzelteile la und lb zu einem geschweißten Metallbauteil 2.
Mit derselben Schweißlasereinrichtung 4 erfolgt anschließend ein Oberflächenbearbeiten B des vorderen Teils der Oberfläche des geschweißten Metallbauteils 2 zur Erzeugung einer für einen Formschluss geeigneten, rauen Oberflächenstruktur 5. Hierzu wird das rotationsymmetrische Metallbauteil 2 drehend um die Längsachse bewegt. Das Oberflächenbearbeiten B erfolgt durch eine Strahloszillation mit der Schweißlasereinrichtung 4 zur Erzeugung einer hier durch Drehpfeil angedeuteten Wobbelbewegung entlang einer Kreisbahn. Nach der Schweißlaserbearbeitung erfolgt ein Beschichten C des geschweißten und oberflächenstrukturierten Metallbauteils 2 mit einer formschlüssig über die raue Oberflächenstruktur 5 verbundenen Kunststoffschicht 3, ausgeführt in einer an sich bekannten Kunststoffbeschichtungseinrichtung 6.
Gemäß Fig. 2 entsteht nach Durchführung des Verfahrens unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung das hier schematisch dargestellte mit der Kunststoffschicht 3 überzogene, geschweißte Metallbauteil 2. Zwischen den ehemals getrennten metallischen Einzelteilen la und lb verläuft dabei eine Schweißnaht 7. Durch die erfindungsgemäße Oberflächenbearbeitung wurde auf der Oberfläche des geschweißten Metallbauteils 2 eine für einen Formschluss mit der aufgebrachten Kunststoffschicht 3 geeignete raue Oberflächenstruktur 5 erzeugt, welche insoweit mehrere Hinterschnittbereiche 8 (exemplarisch) aufweist, welche durch eine schnelle Strahloszillation des Laserstrahls erzeugt wurden und die formschlüssig mit der rauen Oberflächenstruktur 5 verbundene Kunststoffschicht 3 ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, andere Schweißlasereinrichtungen als Single-Mode-Faserlaser zur erfindungsgemäßen Oberflächenbearbeitung zu nutzen, falls hiermit eine geeignet schnell oszillierende und hinreichend starke Laserstrahlung erzeugbar ist, beispielsweise über Scheibenlaser, Diodenlaser und dergleichen, obwohl derartige Laser gewöhnlich eine vergleichsweise schlechtere Strahlqualität besitzen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise mit einer Kunststoffschicht (3) überzogenen, geschweißten Metallbauteils (2), umfassend die folgenden Herstellungsschritte:
Schweißverbinden (A) von mindestens zwei metallischen Einzelteilen (la, lb) zu einem geschweißten Metallbauteil (2) mittels einer Schweißlasereinrichtung (4), gekennzeichnet durch,
Oberflächenbearbeiten (B) zumindest eines Teils der Oberfläche des geschweißten Metallbauteils (2) durch dieselbe oder eine andere Schweißlasereinrichtung (4) zu Erzeugung einer für einen Formschluss mit der Kunststoffschicht (3) geeignet hinterschnittbehafteten rauen Oberflächenstruktur (5),
Kunststoffbeschichten (C) des Metallbauteils (2) zur Bildung einer formschlüssig mit der rauen Oberflächenstruktur (5) verbundenen Kunststoffschicht (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenbearbeiten (B) durch eine Strahloszillation mit der Schweißlasereinrichtung (4) zur Erzeugung einer Wobbelbewegung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahloszillation entlang einer Kreisbahn oder einer elliptischen Bahn durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter für die Strahloszillation derart eingestellt werden, dass sich eine raue Oberflächenstruktur (5) mit mehreren Hinterschnittbereichen (8) ausbildet.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schweißlasereinrichtung (4) erzeugte Wobbelbewegung mit einer Vorschubbewegung entlang der Oberfläche des Metallbauteils (2) überlagert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: eine Schweißlasereinrichtung (4) zum Schweißverbinden (A) von mindestens zwei metallischen Einzelteilen (la, lb) zu einem geschweißten Metallbauteil (2) sowie zum Oberflächenbearbeiten (B) zumindest eines Teils der Oberfläche des geschweißten Metallbauteils (2) zur Erzeugung einer für einen Formschluss geeignet hinterschnittbehafteten rauen Oberflächenstruktur (5), eine Kunststoffbeschichtungseinrichtung (6) zum zumindest teilweise Kunststoffbeschichten (C) des geschweißten und oberflächenstrukturierten Metallbauteils (2) mit einem Kunststoff, um eine formschlüssig mit der rauen Oberflächenstruktur (5) verbundene Kunststoffschicht (3) zu schaffen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißlasereinrichtung (4) nach Art eines Single-Mode-Faserlasers ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Single-Mode-Faserlasers zum Oberflächenbearbeiten (B) eine Spotgröße von 10 bis 50 Mikrometer auf der Oberfläche des Metallbauteils (2) erzeugt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbeschichtungseinrichtung (6) einen Kunststoff verarbeitet, der ausgewählt ist aus einer der Kunststoffgruppen: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere.
10. Verwendung einer Schweißlasereinrichtung (4) zum Oberflächenbearbeiten (B) zumindest eines Teils der Oberfläche eines geschweißten Metallbauteils (2) zur Erzeugung einer für einen Formschluss mit einer aufzubringenden Kunststoffschicht (3) geeignet hinterschnittbehafteten rauen Oberflächenstruktur (5).
EP21735620.3A 2020-06-25 2021-06-18 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mit einer kunststoffschicht überzogenen metallbauteils Pending EP4171861A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020207915.3A DE102020207915A1 (de) 2020-06-25 2020-06-25 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines mit einer Kunststoffschicht überzogenen Metallbauteils
PCT/EP2021/066565 WO2021259774A1 (de) 2020-06-25 2021-06-18 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mit einer kunststoffschicht überzogenen metallbauteils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4171861A1 true EP4171861A1 (de) 2023-05-03

Family

ID=76662461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21735620.3A Pending EP4171861A1 (de) 2020-06-25 2021-06-18 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mit einer kunststoffschicht überzogenen metallbauteils

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4171861A1 (de)
CN (1) CN115734835A (de)
DE (1) DE102020207915A1 (de)
WO (1) WO2021259774A1 (de)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016215493A1 (de) * 2016-08-18 2018-02-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hybrider Werkstoffverbund zwischen einer Metalloberfläche und einer polymeren Materialoberfläche sowie Verfahren zur Herstellung des hybriden Werkstoffverbundes
SI25748A (sl) * 2018-12-07 2020-06-30 Intech-Les, Razvojni Center D.O.O. Izboljšanje hrapavosti površine s laserjem

Also Published As

Publication number Publication date
CN115734835A (zh) 2023-03-03
WO2021259774A1 (de) 2021-12-30
DE102020207915A1 (de) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3500419B1 (de) Hybrider werkstoffverbund zwischen einer metalloberfläche und einer polymeren materialoberfläche sowie verfahren zur herstellung des hybriden werkstoffverbundes
DE102005057891B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden eines Kunstoff-Werkstücks mit einem weiteren Werkstück
EP3149349B1 (de) Lageranordnung und zugehöriges herstellungsverfahren
DE102005005359A1 (de) Verfahren zum Kaltgasspritzen und für dieses Verfahren geeignete Beschichtungsanlage
EP0771605A2 (de) Laserschweissverfahren für beschichtete Stahlbleche
EP1790462A1 (de) Verfahren zum Verbinden eines metallischen Bolzens mit einem Kunststoff-Werkstück
DE102005009092A1 (de) Gleitlagerbuchse, Verwendung und Herstellung einer Gleitlagerbuchse
EP2586595B1 (de) Verfahren zum Verbinden eines Kunststoffwerkstücks mit einem weiteren Werkstück
DE102015207017B4 (de) Verfahren zur Herstellung von gedeckelten Laufrädern
DE102013015452A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Magneteinheit für eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer einen Rotationszustand einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs charakterisierenden Messgröße, Magneteinheit, Sensoreinrichtung und Kraftfahrzeug
DE102014207263A1 (de) Bifokal-Optik zur Strukturierung von Zylinderkurbelgehäusen
EP3073134A1 (de) Verfahren zur herstellung einer fahrwerkbaugruppe und fahrwerkbaugruppe hergestellt nach einem solchen verfahren
DE102016223875A1 (de) Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen
EP4171861A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mit einer kunststoffschicht überzogenen metallbauteils
DE10144136A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück
DE102012110257B4 (de) Antriebskabel mit ultraschallgeschweißter Abschlusskappe sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Antriebskabels
DE10306697A1 (de) Verfahren zum Schweißverbinden von Kunststoffteilen mit Hilfe von Laserstrahlung
DE102007016991B4 (de) Verfahren zum Anbringen eines metallischen Anschlußteils an einem Metallkörper und Gegenstand, hergestellt nach diesem Verfahren
DE102021205786A1 (de) Lageranordnung
DE102015218181A1 (de) Ultraschallbearbeitungseinrichtung und -verfahren und hierfür ausgeführte Sonotrode
DE20114860U1 (de) Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück
DE1958702A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum elektrochemischen Senken von Raumformen
DE102011085674A1 (de) Maschinenelement einer Kraftstoffpumpe mit Oberflächen-Mikrostrukturierung
DE102005046558A1 (de) Laserdurchstrahlschweißverfahren sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102018212030A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit Fügehilfselement

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230125

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)