WO2010130438A1 - Verfahren zum fügen von bauteilen - Google Patents

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WO2010130438A1
WO2010130438A1 PCT/EP2010/002932 EP2010002932W WO2010130438A1 WO 2010130438 A1 WO2010130438 A1 WO 2010130438A1 EP 2010002932 W EP2010002932 W EP 2010002932W WO 2010130438 A1 WO2010130438 A1 WO 2010130438A1
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PCT/EP2010/002932
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Peter JÄSCHKE
Dirk Herzog
Manuel Kern
Holger Purol
Christian Peters
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Lzh Laserzentrum Hannover E.V.
Universität Bremen
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    • B29K2309/08—Glass
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    • B29K2311/00—Use of natural products or their composites, not provided for in groups B29K2201/00 - B29K2309/00, as reinforcement
    • B29K2311/10—Natural fibres, e.g. wool or cotton
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    • B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0018—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular optical properties, e.g. fluorescent or phosphorescent
    • B29K2995/0026—Transparent
    • B29K2995/0027—Transparent for light outside the visible spectrum

Definitions

  • the invention relates to a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 for joining components which consist at least partially of thermoplastic material and of which at least one is long-fiber reinforced.
  • Lightweight constructions have established themselves in many areas and serve, for example within the field of traffic engineering, to significantly reduce energy consumption against the background of steadily rising energy costs and continuously decreasing energy reserves.
  • lightweight metals are used for lightweight construction, but also plastics that contribute to significant weight and cost reductions.
  • plastics that contribute to significant weight and cost reductions.
  • fiber composites as may be carbon, aramid, natural fiber or glass fiber reinforced art - substances have proven to be predestined, since they have a low density and high specific strength and rigidity.
  • the joining of fiber-reinforced plastics is carried out by means of different form, force or material-coherent joining methods, in particular adhesives.
  • BESTATIGUNGSKOPIE nologies for joining corresponding components are widely used.
  • the use of adhesives has the decisive disadvantage that the required adhesion can not be tested nondestructive, so that additional screw or rivet connections are used in order to be able to ensure the connection of components.
  • some CFRP types are not glued together.
  • Methods for joining components which consist at least partially of thermoplastic material and of which at least one is long-fiber reinforced are known, for example, from DE 10 2007 003 357 A1, DE 10 2007 020 389 A1 and JP 2001 355 313 A.
  • DE 103 03 534 A1 and DE 10 2005 052 825 A1 disclose processes for joining thermoplastics terial existing components known by laser radiation.
  • DE 60 2004 007 624 T2 discloses a method of the type in question for joining components which at least partially consist of thermoplastic material and of which at least one is long-fiber reinforced.
  • the components are welded together in a joining zone, wherein the components are welded by means of laser radiation generated heat input in the joining zone, wherein at least one of the components is at least partially transparent to the laser radiation and wherein the laser radiation from at least one of the components is at least partially absorbed.
  • the invention is based on the object, the
  • the laser radiation is essentially absorbed by fibers and / or a fiber coating of the long-fiber-reinforced component.
  • two laser-transparent components consisting of a thermoplastic material, one of which is carbon-fiber reinforced and the other glass-fiber reinforced, are interconnected, the absorption necessary for converting the laser light into heat occurring at least predominantly on the commercially available carbon fiber.
  • additional absorbers introduced into the thermoplastic material are not necessary.
  • a special coating of carbon fibers is not necessary.
  • the invention is particularly advantageous in applications in which the carbon fibers are present as long fibers or continuous fibers.
  • An absorption of the laser radiation "essentially" of fibers and / or a fiber coating of the long fiber-reinforced component is understood according to the invention to be at least predominantly, preferably completely or substantially completely, on the fibers of the long-fiber reinforced component, for example carbon fibers.
  • absorption of the laser radiation is understood to mean “substantially" of fibers and / or a fiber coating in that the long-fiber-reinforced component is free of additional absorbers.
  • the component thus contains, in addition to the reinforcing fibers, in particular carbon fibers, no or at least almost no additional added absorber.
  • Another advantage of the method according to the invention is that the welding of the components is very easy to control or regulate and can be automated, which makes it very suitable for mass production.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GFP glass fiber reinforced plastics
  • the component transparent to the laser radiation may also be long-fiber reinforced and / or endless fiber reinforced, for example with glass fibers or other fibers transparent to the laser radiation.
  • the energy input for welding the components through the arrangement of the fibers and the relative position of the laser beam to the fiber or fiber orientation.
  • the material surrounding the fibers is heated, as a result of which the components can be connected to one another.
  • the laser radiation is absorbed to fibers on the surface and / or in close proximity to the surface of at least one of the components.
  • the surface thus serves to form a joining zone, so that according to the invention, a region is understood in the immediate vicinity, whose distance from the surface facing the joining zone is less than its
  • a further advantageous development of the invention provides that the laser radiation is absorbed on at least one laser-absorbing layer of at least one of the components.
  • An associated advantage relates to a targeted introduction of the heat development, so that, for example, a coating of the component can serve to prevent the laser Absorb radiation on the surface of the component.
  • the layer or the layers can also be arranged within the component, so that the laser radiation is absorbed in the volume of the component.
  • PHg A further advantageous development of the invention PBg is that at least two long-fiber reinforced components are welded together by at least one further at least partially transparent to the laser beam component by at least one joining zone is formed in each case between one of the long fiber reinforced components and the other component. This results in the advantage that two long-fiber reinforced components, which are not initially directly welded together, can be welded together via an additional component.
  • the term "transparent" also means the property of a partial transparency.
  • Long-fiber-reinforced components are distinguished, for example, by a low deformability, which can be compensated according to the invention by using a further component for welding the long-fiber-reinforced components, which has a higher deformability or elasticity.
  • component voltages can be reduced, so that a deformation of the other component or the other components prevents failure of the long fiber reinforced components.
  • the reliability of the joined components can be increased.
  • a fluid can be used which z. B. by the laser radiation curable or solidified.
  • the fluid may also be permanently elastic after the welding process.
  • the fluid may also be volatile, so that it is applied or applied only for the welding process and in particular at least partially fades due to the heat or action of the laser radiation during welding.
  • thermoplastic material is a thermoplastic elastomer or contains a thermoplastic elastomer, as it provides for a further advantageous embodiment of the invention.
  • the joining of components can also be achieved according to the invention in that at least one of the components has at least one transitional zone, within which the transparency of the component for the laser radiation changes spatially, the joining zone along the contact surface between the components in a region of higher transparency is formed and where at least one of the components contains laser-transparent fibers, in particular glass fibers.
  • a component has a transition zone that allows welding of components that are not directly welded by means of laser radiation, as z. B. laser-opaque components.
  • the transparency of the component for the laser radiation in the transition zone gradually changes, as it provides for another advantageous development of the invention.
  • the transition zone z. B. be formed by changing the absorber distribution or concentration in the material.
  • the transition zone can also extend over the entire component.
  • At least one of the components is reinforced by carbon fibers and / or glass fibers.
  • a further expedient development of the invention provides that at least one long-fiber-reinforced component and an unreinforced or short-fiber-reinforced component are welded together.
  • the components which are welded together when welding two components by means of a further component which is transparent to the laser radiation are carbon fiber reinforced and the further component transparent to the laser radiation is glass fiber reinforced.
  • a further component which is transparent to the laser radiation is carbon fiber reinforced and the further component transparent to the laser radiation is glass fiber reinforced.
  • each of the carbon-fiber-reinforced components is intimately connected to the glass-fiber-reinforced component, so that a connection of the carbon fiber-reinforced components is achieved indirectly via the glass-fiber-reinforced component.
  • the further component is designed and / or the process parameters are selected such that the components to be welded are intimately connected to one another. In this embodiment, a direct intimate connection of the components to be welded together is achieved.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of a device example for carrying out a method according to the invention in a sectional representation
  • FIG. 2 shows a first application example of a method according to the invention in the same way as in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a second application example of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 4 shows a third example of application of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second application example of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 4 shows a third example of application of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a third example of application of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 5 shows a fourth application example of a method according to the invention in the same way as in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 7 shows a sixth application example of a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 8 shows a seventh application example for a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 9 shows an eighth application example for a method according to the invention in the same representation as FIG. 1,
  • FIG. 8 shows a seventh application example for a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 9 shows an eighth application example for a method according to the invention in the same representation as FIG. 1,
  • FIG. 8 shows a seventh application example for a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 9 shows an eighth application example for a method according to the invention in the same representation as FIG. 1,
  • FIG. 8 shows a seventh application example for a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 9 shows an eighth application example for a method according to the invention in the same representation as FIG. 1,
  • FIG. 8 shows a seventh application example for a method according to the invention in the same representation as in FIG. 1
  • FIG. 9 shows an eighth application example for
  • FIG. 10 is a ninth application example of a method according to the invention in the same 1 depicts a tenth example of an application for a method according to the invention in the same way as FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a device 2 for carrying out a method according to the invention.
  • a component 4 is used, which consists of a thermoplastic which is not reinforced.
  • the component 4 is welded to the component 6, wherein the component 6 consists of carbon-reinforced plastic.
  • the two components 4, 6 are welded together in a joining zone 8, wherein the heat input required for this purpose is generated according to the invention by laser radiation 10.
  • the laser radiation 10 is not focused. If necessary, it is also possible according to the invention to work with focused or defocused laser radiation 10.
  • the component 4 for the laser radiation 10 is transparent, and the component 6 absorbs the laser radiation 10 in the region of the joining zone 8 on its surface 12. The absorption of the laser radiation 10 heats the material of the component 6 as well as the material of the component 4, so that the two components 4, 6 are welded together in the joining zone 8.
  • the two components 4, 6 are acted upon by a joining force 14, which is generated via a holding device 16 of the device 2.
  • the component 4 overlaps the component 6, so that the components 4, 6 are arranged in the manner of an overlap joint and are welded together in this arrangement.
  • Fig. 2 shows a first application example of a method according to the invention, wherein the component 4 of a carbon fiber reinforced plastic having a transition zone 18.
  • the transition zone forms a transition from the carbon fiber reinforced plastic to a glass fiber reinforced or unreinforced plastic, in which the transparency of the component 4 for the laser radiation 10 spatially changed, the joining zone 8 along the contact surface 20 between the components 4, 6 in the area 22nd higher transparency is formed.
  • 3 shows a second application example for a method according to the invention, in which two long-fiber-reinforced components 6, 6 'are welded together by means of another component 4 transparent to the laser radiation 10, by a joining zone 8, 8' between one of the long-fiber-reinforced components 6, 6 'and the further component 4 is formed.
  • the further component 4 overlaps both the component 6 and the component 6 '.
  • the components 6, 6 ' touch one another at an abutment surface 24, so that the components 6, 6' are in the manner of a stump -
  • Stoßes are arranged to each other and are connected to each other in this arrangement via the component 4.
  • FIG. 4 shows a third application example of a method according to the invention, in which the welding of the components 6, 6 'takes place according to the exemplary embodiment shown in FIG. 3, in which example two further components 4, 4' are used which are mutually different are arranged parallel opposite one another, so that the components 6, 6 'between the components 4, 4' are arranged.
  • Type of butt joint arranged to each other and connected to each other via the components 4, 4 ', wherein the component 4 in a joining zone 8 with the component 6 and in a joining zone 8' to the components 6 'is welded.
  • the two components 4, 4 ' are transparent to the welding of the components 6, 6' for the laser radiation 10. The welding of the components can take place simultaneously.
  • the joining zones 8, 8 ', 8'',8''' can also be produced one after the other by first focusing the laser radiation 10 on the joining zone 8 and, after welding the component 4 to the component 6, the component 4 with the Component 6 'is welded. This is followed in the same manner, the welding of the component 4 'with the components 6, 6'.
  • Fig. 5 shows a fourth application example of a method according to the invention, in which a component 4 is welded to a component 6, wherein in this embodiment, the ends 26, 26 'of the components 4, 6 are chamfered so that the contact surface 20 inclined to horizontal is.
  • the contact surface 20 may also be formed step-like staircase. It is also possible according to the invention that one of the components 4, 6 has a spatially varying transparency.
  • Fig. 6 shows a fifth application example, in which the component 6 and the component 6 'in the manner of a
  • a butt joint are arranged to each other and in this
  • the components 6, 6 ' are connected to each other, wherein a further transparent to the laser radiation component 4 for the welding of the components 6, 6 'is used.
  • the ends 26, 26 'of the components 6, 6' are each chamfered and arranged in the manner of a butt joint for a V-seam and connected in this arrangement with each other via the component 4.
  • the component 4 is triangular in cross-section and is in a joining zone 8 with the Component 6 and in a joining zone 8 'to the component 6' welded.
  • the component 4 consists of an unreinforced material or a glass fiber reinforced material, and the components 6, 6 'are made of a long fiber reinforced material.
  • the assignment of materials can also be chosen differently.
  • Fig. 7 shows a sixth application example of a method according to the invention, which is analogous to the fifth embodiment, but with the difference that the "chamfered" ends 26, 26 'of the components 6, 6' are formed step-like.
  • Fig. 8 shows a seventh application example of a method according to the invention.
  • the components 4, 6 are welded together by the end 26 of the component 4 is formed in the manner of a fork, in which the end 26 'of the component 6 engages positively.
  • the components 4, 6 are connected to each other by two joining zones 8, 8 '. According to the invention it is also possible that the components 4, 6 are connected to each other by further joining zones.
  • 9 shows an eighth application example for a method according to the invention, in which the component 4 is arranged at right angles to the component 4 'in the manner of a T-joint.
  • the components 6, 6 ' are triangular in cross-section and arranged on both sides of the component 4 such that the component 6 with the component 4 in a joining zone 8 and with the component 4' in a joint zone 8 'are welded.
  • the components 4, 4 'are long-fiber reinforced and the components 6, 6' consist of an unreinforced or glass fiber reinforced material. Fig.
  • FIG. 10 shows a ninth application example of a method according to the invention, in which the components 4, 4 'are arranged in the same way as in the eighth embodiment to form a T-joint.
  • the components 6, 6 ' have an angular shape. The welding of the components 6, 6 'with the components 4, 4' takes place in the joining zones 8, 8 ', 8'',8''' in the same way as in the eighth application example.
  • FIG. 11 shows a tenth exemplary embodiment of a method according to the invention, in which the components
  • the laser radiation can be arranged to form the joining zones 8, 8 ', 8' ', 8' '' in respectively different angular positions to the component 4 or component 4 'or to the component 6 or component 6'.
  • the joining zones 8, 8 ', 8' ', 8' '' can also have an additive, for example an adhesive.
  • at least one of the joining zones 8, 8 ', 8' ', 8' '' can be formed exclusively by using an adhesive, so that differently produced joining zones 8, 8 ', 8' ', 8' '' to each other Connecting the components 4, 4 'are used.
  • the illustrated application examples do not represent ne concluding list of possible applications for a method according to the invention.
  • the named assignment of the types of material to the individual components can be varied.
  • the laser radiation can be introduced from different directions.
  • the production of the weld can be done in one step, but also in different steps.
  • the method according to the invention can also be combined with other welding methods, so that the joining zones can be produced by different methods.
  • the invention includes the recognition that the heat conduction of carbon fibers perpendicular to the fiber direction is decisive for the process.
  • the invention further includes the recognition that when using two carbon fiber reinforced components at an abutting edge with an applied layer of glass fiber reinforced plastic by heat conduction an intimate connection is produced at the abutting edge.
  • the invention includes the following findings: i) The method according to the invention was qualified for the joining of plastics based on polyamide 6.6 (PA 6.6). Continuous carbon fiber reinforced PA 6.6 (CF PA 6.6) was used as the laser absorbing joining partner. As a laser-transparent joining partner, PA 6.6 with short glass fiber reinforcement of up to 50% is used. For all material combinations, shear strength and evaluated the weld formation on the basis of cross sections.
  • the method according to the invention in connection with PA 6.6 could be successfully carried out both in the contour welding method and in the quasi-Simultan method. Using a pyrometer-based process observation, it was possible to successfully realize a power control for the homogenization of the weld seam formation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen (4, 6), die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist, wobei die Bauteile (4, 6) in einer Fügezone miteinander verschweißt werden. Hierbei werden die Bauteile (4, 6) mittels durch Laserstrahlung (10) erzeugten Wärmeeintrags in die Fügezone (8) verschweißt, wobei wenigstens eines (4) der Bauteile (4, 6) wenigstens teilweise für die Laserstrahlung (10) transparent ist und wobei die Laserstrahlung (10) von wenigstens einem (6) der Bauteile (4, 6) wenigstens teilweise absorbiert wird. Erfindungsgemäß wird die Laserstrahlung (10) im wesentlichen an Fasern und/oder einer Faserbeschichtung des langfaserverstärkten Bauteiles absorbiert.

Description

Verfahren zum Fügen von Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Fügen von Bauteilen, die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist.
Leichtbaukonstruktionen haben sich in vielen Bereichen etabliert und dienen beispielsweise innerhalb der Verkehrstechnik dazu, vor dem Hintergrund stetig steigender Energiekosten und kontinuierlich sinkender Energiereserven den Energiebedarf deutlich zu reduzieren. Dahingehend werden für Leichtbaukonstruktionen nicht nur Leichtmetalle eingesetzt, sondern auch Kunststoffe, die zu erheblichen Gewichts- bzw. Kostenreduzierungen beitragen. Vor dem Hintergrund der Gewichtsreduzierung ist es notwendig, die gewünschten Bauteilsicherheiten bzw. Bauteilfestigkeiten gewährleisten zu können. Daher haben sich Faserverbundwerkstoffe, wie es kohlenstoff- , aramid- , naturfaser- oder glasfaserverstärkte Kunst - Stoffe sein können, als prädestiniert erwiesen, da sie neben einer geringen Dichte auch eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit aufweisen.
Das Fügen von faserverstärkten Kunststoffen erfolgt durch unterschiedliche form-, kraft- bzw. stoff- schlüssige Fügeverfahren, wobei insbesondere Klebetech-
BESTATIGUNGSKOPIE nologien zum Fügen entsprechender Bauteile weit verbreitet sind. Die Verwendung von Klebstoffen hat jedoch den entscheidenden Nachteil, daß die erforderliche Adhäsion nicht zerstörungsfrei prüfbar ist, so daß zu- sätzliche Schraub- bzw. Nietverbindungen verwendet werden, um die Verbindung von Bauteilen sicherstellen zu können. Ferner sind einige CFK-Arten nicht miteinander verklebbar.
Verfahren zum Fügen von Bauteilen, die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist, sind beispielsweise bekannt durch DE 10 2007 003 357 Al, DE 10 2007 020 389 Al sowie JP 2001 355 313 A.
Aus DE 10 2007 003 357 Al ist ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen bekannt, bei dem die Bauteile in einer Fügezone miteinander verschweißt werden. Aus der Druckschrift ist die Verwendung von Reibschweiß-, Induktionsschweiß- sowie Heizelementschweißfahren zum Fügen der Bauteile bekannt. Langfaserverstärkte Kunststoffe sind im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verstärkung verwendeten Fasern mindestens eine Länge von 1 bis mindestens 25 mm aufweisen. Erfindungsgemäß werden unter langfaserverstärkten Bauteilen auch endlosfaserver- stärkte Bauteile verstanden. Dabei können die Langfasern auch z. B. mit Kurzfasern kombiniert werden, deren Länge in der Regel unter 1 mm liegt. Zur Verstärkung des Kunststoffs können die Langfasern direkt aus einem Pastifizierextruder in eine Presse eingegeben werden. Bei dem bekannten Verfahren hat sich als nachteilig erwiesen, daß das Fügen der Bauteile vergleichsweise aufwendig und zeitintensiv ist.
Durch DE 103 03 534 Al und DE 10 2005 052 825 Al sind Verfahren zum Fügen von aus thermoplastischem Ma- terial bestehenden Bauteilen mittels Laserstrahlung bekannt .
Durch DE 60 2004 007 624 T2 ist ein Verfahren der betreffenden Art zum Fügen von Bauteilen, die wenig- stens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist, bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die Bauteile in einer Fügezone miteinander verschweißt, wobei die Bauteile mittels durch Laserstrahlung erzeugten Wärme- eintrags in die Fügezone verschweißt werden, wobei wenigstens eins der Bauteile wenigstens teilweise für die Laserstrahlung transparent ist und wobei die Laserstrahlung von wenigstens einem der Bauteile wenigstens teilweise absorbiert wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Durchführung des bekannten Verfahrens zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Laserstrahlung im wesent- liehen an Fasern und/oder einer Faserbeschichtung des langfaserverstärkten Bauteiles absorbiert. Beispielsweise und insbesondere können erfindungsgemäß zwei lasertransparente und aus einem thermoplastischen Material bestehende Bauteile, von denen eines kohlenstoffa- serverstärkt und das andere glasfaserverstärkt ist, miteinander verbunden werden, wobei die zur Umwandlung des Laserlichtes in Wärme notwendige Absorption zumindest weit überwiegend an der handelsüblichen Kohlefaser erfolgt. Auf diese Weise sind zusätzlich in das thermo- plastische Material eingebrachte Absorber nicht notwendig. Außerdem ist eine besondere Beschichtung der Kohlefasern nicht nötig. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen die Kohlefasern als Langfasern oder Endlosfasern vorliegen. Unter einer Absorption der Laserstrahlung "im wesentlichen" an Fasern und/oder einer Faserbeschichtung des langfaserverstärkten Bauteiles wird erfindungsgemäß verstanden, daß die Absorption wenigstens weit überwie- gend, vorzugsweise vollständig oder im wesentlichen vollständig an den Fasern des langfaserverstärkten Bauteiles, beispielsweise Kohlefasern, erfolgt. Insbesondere wird unter einer Absorption der Laserstrahlung "im wesentlichen" an Fasern und/oder einer Faserbeschich- tung verstanden, daß das langfaserverstärkte Bauteil zusatzabsorberfrei ist. Zur Absorption der Laserstrahlung enthält das Bauteil somit neben den verstärkenden Fasern, insbesondere Kohlefasern, keine oder zumindest nahezu keine zusätzlich hinzugefügten Absorber. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ohnehin verwendete Materialien mit bekannten Eigenschaften ohne besondere Modifikation miteinander gefügt werden können.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfah- rens besteht darin, daß das Verschweißen der Bauteile sehr gut steuerbar bzw. regelbar sowie automatisierbar ist, wodurch es sehr gut für die Serienfertigung verwendbar ist .
Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen von Bauteilen können Schweißverbindungen hergestellt werden, die hoch belastbar sind. Darüber hinaus ist es möglich, auf einfache und schnelle Weise mehrere Bauteile miteinander zu verschweißen.
Als Material für ein langfaserverstärktes Bauteil ist beispielsweise kohlenstoffaserverstärkter Kunststoff (CFK) verwendbar. Als Material für ein für Laserstrahlen transparentes Bauteil sind z. B. kurzfaserverstärkte und/oder unverstärkte Materialien verwendbar, wie es beispielsweise glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) sein können. Das für die Laserstrahlung transparente Bauteil kann jedoch auch langfaserverstärkt und/oder endlosfaserverstärkt sein, beispielsweise mit Glasfasern oder anderen für die Laserstrahlung trans- parenten Fasern.
Erfindungsgemäß ist es möglich, den Energieeintrag zum Verschweißen der Bauteile durch die Anordnung der Fasern und die relative Position des Laserstrahls zur Faser bzw. Faserorientierung zu lenken. Durch die Ab- sorption der Laserstrahlung an den Fasern erfolgt eine Erwärmung des die Fasern umgebenden Materials, wodurch die Bauteile miteinander verbunden werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Laserstrahlung an Fasern an der Oberfläche und/oder in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche wenigstens eines der Bauteile absorbiert wird. Die Oberfläche dient damit zur Ausbildung einer Fügezone, so daß erfindungsgemäß unter unmittelbarer Nähe ein Bereich verstanden wird, dessen Abstand zu der der Fü- gezone zugewandten Oberfläche geringer ist als sein
Abstand zu der der Fügezone abgewandten Oberfläche des Bauteiles. Damit verbunden ist der Vorteil, daß der Bereich der Fügezone unterschiedlich groß ausgebildet werden kann, wodurch die mechanische Belastbarkeit der Fügezone an die jeweils gestellten Anforderungen anpaßbar ist. Außerdem ergibt sich auf diese Weise eine höhere Effizienz.
Zudem sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Laserstrahlung an we- nigstens einer laserabsorbierenden Schicht wenigstens eines der Bauteile absorbiert wird. Ein damit verbundener Vorteil bezieht sich auf ein gezieltes Einbringen der Wärmeentwicklung, so daß beispielsweise eine Be- schichtung des Bauteiles dazu dienen kann, die Laser- Strahlung an der Oberfläche des Bauteiles zu absorbieren. Ferner kann die Schicht bzw. können die Schichten auch innerhalb des Bauteiles angeordnet sein, so daß die Laserstrahlung im Volumen des Bauteiles absorbiert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Schicht gezielt in dem Bauteil anzuordnen, indem beispielsweise Fasern verwendet werden, die eine entsprechende Schicht in dem Bauteil ausbilden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfin- düng besteht darin, daß wenigstens zwei langfaserverstärkte Bauteile mittels wenigstens eines weiteren wenigstens abschnittsweise für die Laserstrahlung transparenten Bauteiles miteinander verschweißt werden, indem jeweils wenigstens eine Fügezone jeweils zwischen einem der langfaserverstärkten Bauteile und dem weiteren Bauteil gebildet wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß zwei langfaserverstärkte Bauteile, die zunächst nicht miteinander direkt verschweißbar sind, über ein zusätzliches Bauteil miteinander verschweißt werden können.
Erfindungsgemäß wird unter "transparent" auch die Eigenschaft einer teilweisen Transparenz verstanden.
Es entsteht insbesondere der Vorteil, daß durch ein derartiges Verschweißen der langfaserverstärkten Bauteile die Eigenschaften des dadurch entstehenden Gesamtbauteiles gezielt beeinflußt werden können.
Langfaserverstärkte Bauteile zeichnen sich beispielsweise durch eine geringe Verformbarkeit aus, die erfindungsgemäß dadurch kompensierbar ist, daß ein wei- teres Bauteil für das Verschweißen der langfaserverstärkten Bauteile verwendet wird, das eine höhere Verformbarkeit bzw. Elastizität aufweist. Infolgedessen können beispielsweise auch BauteilSpannungen abgebaut werden, so daß eine Verformung des weiteren Bauteils bzw. der weiteren Bauteile ein Versagen der langfaserverstärkten Bauteile verhindert. Somit kann die Betriebssicherheit der gefügten Bauteile erhöht werden.
Als weiteres Bauteil ist erfindungsgemäß auch ein Fluid verwendbar, welches z. B. durch die Laserstrahlung aushärtbar bzw. verfestigbar ist. Das Fluid kann zudem nach dem Schweißvorgang dauerelastisch ausgebildet sein. Das Fluid kann auch flüchtig sein, so dass es lediglich für den Schweißvorgang ein- bzw. aufgebracht wird und insbesondere durch die enstehende Wärme bzw. Wirkung der Laserstrahlung während des Verschweißens wenigstens teilweise schwindet.
Zur Sicherstellung einer guten Verschweißbarkeit ist eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gekenn- zeichnet, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil verwendet wird, dessen Fasern wenigstens abschnittsweise in einer Matrix angeordnet sind, die wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht oder einen thermoplastischen Werkstoff enthält. Dabei kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, daß der thermoplastische Werkstoff ein thermoplastisches Elastomer ist oder ein thermoplastisches Elastomer enthält, wie es eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht. Dadurch entsteht der Vorteil, daß das Fügen von Bauteilen auch unter geringem Energieeintrag in das Bauteil möglich ist.
Das Fügen von Bauteilen kann erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, daß wenigstens eines der Bau- teile wenigstens eine Übergangszone aufweist, innerhalb derer sich die Transparenz des Bauteiles für die Laserstrahlung räumlich verändert, wobei die Fügezone entlang der Kontaktfläche zwischen den Bauteilen in einem Bereich höherer Transparenz gebildet wird und wobei wenigstens eines der Bauteile lasertransparente Fasern, insbesondere Glasfasern, enthält. Für das Fügen von Bauteilen ist es damit ausreichend, daß ein Bauteil eine Übergangszone aufweist, die ein Verschweißen von Bauteilen ermöglicht, die mittels Laserstrahlung direkt nicht verschweißbar sind, wie es z. B. laserstrahlundurchlässige Bauteile sind.
Ferner ist es möglich, daß sich die Transparenz des Bauteiles für die Laserstrahlung in der Übergangs- zone allmählich ändert, wie es eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht. Dadurch kann die Übergangszone z. B. durch Veränderung der Absorberverteilung bzw. -konzentration im Material gebildet werden. Erfindungsgemäß kann sich die Übergangszone auch über das ganze Bauteil erstrecken.
Zudem besteht eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung darin, daß wenigstens eines der Bauteile durch Kohlefasern und/oder Glasfasern verstärkt ist. Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil und ein unverstärktes oder kurzfaserverstärktes Bauteil miteinander verschweißt werden.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfin- düng sieht vor, daß die beim Verschweißen von zwei Bauteilen mittels eines weiteren, für die Laserstrahlung transparenten Bauteiles die miteinander zu verschweißenden Bauteile kohlefaserverstärkt sind und das weitere, für die Laserstrahlung transparente Bauteil glasfa- serverstärkt ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein
System aus zwei kohlefaserverstärkten und einem glasfaserverstärkten Bauteil durch das glasfaserverstärkte Bauteil hindurch verschweißt.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es grund- sätzlich möglich, daß jedes der kohlefaserverstärkten Bauteile innig mit dem glasfaserverstärkten Bauteil verbunden wird, so daß über das glasfaserverstärkte Bauteil indirekt eine Verbindung der kohlefaserver- stärkten Bauteile erzielt ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch insoweit vor, daß das weitere Bauteil so ausgebildet ist und/oder die Verfahrensparameter so gewählt werden, daß die zu verschweißenden Bauteile miteinander innig verbunden wer- den. Bei dieser Ausführungsform ist eine direkte innige Verbindung der miteinander zu verschweißenden Bauteile erzielt .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungs- beispiele für die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fügen von Bauteilen dargestellt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer beispielartigen Vorrichtung sowie verschiedener beispiel- artiger Fügestellen, die durch Anwendung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens beispielsweise mittels der beispielartigen Vorrichtung herstellbar sind, dargestellt. Dabei bilden alle beanspruchten, beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegen- stand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
Die Figuren der Zeichnung zeigen eine Auswahl von Beispielen für die Durchführung bzw. Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in jeweils einer zur besseren Übersicht auf die das Verständnis unterstützenden Elemente detailreduzierten Darstellung. Die Darstellungen sind daher weder maßstabs- noch detailgetreu. Gleiche oder ähnliche Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt : Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Vorrichtungsbeispiels zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Schnittdarstellung,
Fig. 2 ein erstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 1,
Fig. 3 ein zweites Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 1, Fig. 4 ein drittes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 1,
Fig. 5 ein viertes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der glei- chen Darstellungsweise wie in Fig. 1,
Fig. 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 1,
Fig. 7 ein sechstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 1,
Fig. 8 ein siebstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 1, Fig. 9 ein achtes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 1,
Fig. 10 ein neuntes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der glei- - li ehen Darstellungsweise wie Fig. 1, Fig. 11 ein zehntes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 2 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird ein Bauteil 4 verwendet, das aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der unver- stärkt ist. Das Bauteil 4 wird mit dem Bauteil 6 verschweißt, wobei das Bauteil 6 aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff besteht. Die beiden Bauteile 4, 6 werden in einer Fügezone 8 miteinander verschweißt, wobei der dazu notwendige Wärmeeintrag erfindungsgemäß durch La- serstrahlung 10 erzeugt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Laserstrahlung 10 nicht fokussiert . Sofern erforderlich, kann erfindungsgemäß auch mit fokus- sierter oder defokussierter Laserstrahlung 10 gearbeitet werden. Dabei ist das Bauteil 4 für die Laserstrah- lung 10 transparent, und das Bauteil 6 absorbiert die Laserstrahlung 10 im Bereich der Fügezone 8 an seiner Oberfläche 12. Durch die Absorption der Laserstrahlung 10 erwärmt sich das Material des Bauteils 6 wie auch das Material des Bauteils 4, so daß die beiden Bauteile 4 , 6 in der Fügezone 8 miteinander verschweißt werden.
Während des Schweißprozesses werden die beiden Bauteile 4, 6 mit einer Fügekraft 14 beaufschlagt, die über eine Halteeinrichtung 16 der Vorrichtung 2 erzeugt wird. In diesem Ausführungsbeispiel überlappt das Bau- teil 4 das Bauteil 6, so daß die Bauteile 4, 6 nach Art eines Überlappungsstoßes angeordnet sind und in dieser Anordnung miteinander verschweißt werden.
Fig. 2 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Bauteil 4 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff besteht, der eine Übergangszone 18 aufweist. Die Übergangszone bildet einen Übergang vom kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff zu einem glasfaserverstärkten oder unver- stärkten Kunststoff, in der sich die Transparenz des Bauteiles 4 für die Laserstrahlung 10 räumlich verändert, wobei die Fügezone 8 entlang der Kontaktfläche 20 zwischen den Bauteilen 4, 6 in dem Bereich 22 höherer Transparenz gebildet wird. Fig. 3 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zwei langfaserverstärkte Bauteile 6, 6' mittels eines weiteren für die Laserstrahlung 10 transparenten Bauteiles 4 miteinander verschweißt werden, indem eine Fügezone 8, 8' jeweils zwischen einem der langfaserverstärkten Bauteile 6, 6' und dem weiteren Bauteil 4 gebildet wird. Dazu überlappt in diesem Ausführungsbeispiel das weitere Bauteil 4 sowohl das Bauteil 6 als auch das Bauteil 6' . Die Bauteile 6, 6' berühren sich an einer Stoßfläche 24, so daß die Bauteile 6, 6' nach Art eines Stumpf -
Stoßes zueinander angeordnet sind und in dieser Anordnung über das Bauteil 4 miteinander verbunden sind.
Fig. 4 zeigt ein drittes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem das Verschwei- ßen der Bauteile 6, 6' gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt, wobei in diesem Beispiel zwei weitere Bauteile 4, 4' verwendet werden, die einander parallel gegenüberliegend angeordnet sind, so daß die Bauteile 6, 6' zwischen den Bauteilen 4, 4' ange- ordnet sind. Die Bauteile 6, 6' werden wiederum nach
Art eines Stumpfstoßes zueinander angeordnet und über die Bauteile 4, 4' miteinander verbunden, wobei das Bauteil 4 in einer Fügezone 8 mit dem Bauteil 6 und in einer Fügezone 8' mit dem Bauteile 6' verschweißt wird. In analoger Weise wird das Bauteil 4' mit dem Bauteil 6 in einer Fügezone 8'' und mit dem Bauteil 6' in einer Fügezone 8' ' ' verschweißt. Die beiden Bauteile 4, 4' sind zum Verschweißen mit den Bauteilen 6, 6' für die Laserstrahlung 10 transparent. Die Verschweißung der Bauteile kann gleichzeitig erfolgen. Die Fügezonen 8, 8', 8'', 8''' können allerdings auch nacheinander erzeugt werden, indem die Laserstrahlung 10 zunächst auf die Fügezone 8 fokussiert wird und nach Verschwei- ßen des Bauteiles 4 mit dem Bauteil 6 das Bauteil 4 mit dem Bauteil 6' verschweißt wird. Daraufhin erfolgt in gleicher Art und Weise das Verschweißen des Bauteiles 4' mit den Bauteilen 6, 6'.
Fig. 5 zeigt ein viertes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem ein Bauteil 4 mit einem Bauteil 6 verschweißt wird, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Enden 26, 26' der Bauteile 4, 6 so angefast sind, daß die Kontaktfläche 20 zu Horizontalen geneigt ist. Die Kontaktfläche 20 kann dabei auch treppenstufenartig ausgebildet sein. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, daß eines der Bauteile 4, 6 eine räumlich variierende Transparenz aufweist.
Fig. 6 zeigt ein fünftes Anwendungsbeispiel, bei dem das Bauteil 6 und das Bauteil 6' nach Art eines
A Stumpfstoßes zueinander angeordnet sind und in dieser
Anordnung miteinander verbunden werden, wobei ein weiteres für die Laserstrahlung transparentes Bauteil 4 für das Verschweißen der Bauteile 6, 6' verwendet wird. Die Enden 26, 26' der Bauteile 6, 6' sind jeweils angefast und nach Art eines StumpfStoßes für eine V- Naht angeordnet und in dieser Anordnung miteinander über das Bauteil 4 verbunden. Zum Verschweißen der Bauteile 6, 6' ist das Bauteil 4 im Querschnitt dreieck- förmig ausgebildet und wird in einer Fügezone 8 mit dem Bauteil 6 und in einer Fügezone 8' mit dem Bauteil 6' verschweißt. Dadurch werden die beiden Bauteile 6, 6' miteinander verbunden, ohne daß diese direkt miteinander verschweißt werden. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Bauteil 4 aus einem unverstärkten Material oder einem glasfaserverstärkten Material, und die Bauteile 6, 6' bestehen aus einem langfaserverstärkten Material . Die Zuordnung der Werkstoffe kann jedoch auch anders gewählt werden.
Fig. 7 zeigt ein sechstes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, das analog zum fünften Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, jedoch mit dem Unterschied, daß die "angefasten" Enden 26, 26' der Bauteile 6, 6' treppenstufenartig ausgebildet sind.
Fig. 8 zeigt ein siebtes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Dabei werden die Bauteile 4, 6 miteinander verschweißt, indem das Ende 26 des Bauteiles 4 nach Art einer Gabel ausgebildet ist, in die das Ende 26' des Bauteiles 6 formschlußartig eingreift. Die Bauteile 4, 6 werden durch zwei Fügezonen 8, 8' miteinander verbunden. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Bauteile 4, 6 durch weitere Fügezonen miteinander verbunden werden. Fig. 9 zeigt ein achtes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem das Bauteil 4 rechtwinklig zum Bauteil 4' nach Art eines T-Stoßes angeordnet ist. Die Bauteile 6, 6' sind im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet und beidseitig zum Bauteil 4 derart angeordnet, daß das Bauteil 6 mit dem Bauteil 4 in einer Fügezone 8 und mit dem Bauteil 4' in einer Fügezone 8' verschweißt werden. Auf analoge Weise wird das Bauteil 6' mit den Bauteilen 4, 4' jeweils in einer Fügezone 8'', 8''' verschweißt. Die Bauteile 4, 4' wer- den auf diese Weise durch die Bauteile 6, 6' miteinander verbunden. Die Bauteile 4, 4' sind langfaserverstärkt und die Bauteile 6, 6' bestehen aus einem unverstärkten bzw. glasfaserverstärkten Material. Fig. 10 zeigt ein neuntes Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem die Bauteile 4, 4' auf gleiche Weise wie im achten Ausführungsbeispiel zur Bildung eines T-Stoßes angeordnet sind. Im Unterschied zum achten Anwendungsbeispiel sind die Bau- teile 6, 6' winkelartig geformt. Das Verschweißen der Bauteile 6, 6' mit den Bauteile 4, 4' erfolgt in den Fügezonen 8, 8', 8'', 8''' auf gleiche Weise wie im achten Anwendungsbeispiel .
Fig. 11 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem die Bauteile
4, 4' auf gleiche Weise wie im achten bzw. neunten Ausführungsbeispiel zur Bildung eines T-Stoßes angeordnet sind. Im Unterschied dazu sind die Bauteile 6, 6' jedoch geradlinig nach Art einer Lasche geformt, so daß sie über ihre Stoßflächen 24, 24' mit dem Bauteil 4 und über ihre Oberflächen 12, 12' mit dem Bauteil 4' verbunden sind.
Die Laserstrahlung kann zur Bildung der Fügezonen 8, 8', 8'', 8''' in jeweils unterschiedlichen Winkel- Stellungen zum Bauteil 4 bzw. Bauteil 4' bzw. zum Bauteil 6 bzw. Bauteil 6 ' angeordnet sein. Die Fügezonen 8, 8', 8'', 8''' können auch ein Zusatzmittel, beispielsweise einen Klebstoff aufweisen. Ferner kann auch wenigstens eine der Fügezonen 8, 8', 8'', 8''' aus- schließlich durch Verwendung eines Klebstoffs ausgebildet sein, so daß unterschiedlich hergestellte Fügezonen 8, 8', 8'', 8''' miteinander zum Verbinden der Bauteile 4, 4' verwendet werden.
Die dargestellten Anwendungsbeispiele stellen kei- ne abschließende Auflistung der Anwendungsmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes Verfahren dar. So ist die genannte Zuweisung der Werkstoffarten zu den einzelnen Bauteilen variierbar. Ferner kann die Laserstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen eingebracht werden. Die Herstellung der Verschweißung kann in einem Arbeitsschritt, aber auch in verschiedenen Arbeitsschritten erfolgen. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Schweißverfahren kombinierbar, so daß die Fügezonen durch unterschiedliche Verfahren hergestellt sein können.
Erfindungsgemäß ist es insbesondere möglich, zwei kohlefaserverstärkte Bauteile mittels eines glasfaserverstärkten Bauteiles durch das glasfaserverstärkte Bauteil hindurch zu verschweißen, und zwar in einer
Weise, daß auch die beiden kohlefaserverstärkten Bauteile bei diesem Prozeß innig miteinander verbunden werden. Hierbei beinhaltet die Erfindung die Erkenntnis, daß die Wärmeleitung von Kohlefasern senkrecht zur Faserrichtung für den Prozeß maßgeblich ist.
Die Erfindung beinhaltet ferner die Erkenntnis, daß bei Verwendung von zwei kohlefaserverstärkten Bauteilen an einer Stoßkante mit einer aufgelegten Lage aus glasfaserverstärktem Kunststoff durch Wärmeleitung eine innige Verbindung an der Stoßkante erzeugt wird.
Ferner beinhaltet die Erfindung folgende Erkenntnisse : i) Das erfindungsgemäße Verfahren wurde für das Fügen von Kunststoffen auf Basis von Polyamid 6.6 (PA 6.6) qualifiziert. Als laserabsorbierender Fügepartner kam endloskohlefaserverstärktes PA 6.6 (CF PA 6.6) zum Einsatz. Als lasertransparenter Fügepartner wird PA 6.6 mit Kurzglasfaserverstärkung von bis zu 50% verwendet. Für sämtliche Materialkombinationen wurden Scherzug- festigkeiten gemessen sowie die Schweißnahtausbildung anhand von Querschliffen evaluiert. Das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit PA 6.6 konnte sowohl im Konturschweißverfahren als auch im Quasi -Simultan- Verfahren erfolgreich durchgeführt werden. Unter Verwendung einer pyrometerbasierten Prozeßbeobachtung konnte erfolgreich eine Leistungsregelung zur Homogenisierung der Schweißnahtausbildung realisiert werden, ii) Die unter i) beschriebenen Arbeiten wurden ebenso für den Matrixwerkstoff Polyphenylensulfit (PPS) durchgeführt. Im Gegensatz zu PA 6.6 kamen hier unverstärkte und glasmattenverstärkte PPS-Werkstoffe als lasertransparente Fügepartner zum Einsatz. iii) Mit den unter i) und ii) beschriebenen Werk- Stoffkombinationen wurde erstmalig Kombinationen bestehend aus CFPA 6.6. - CFPA 6.6 sowie CF PPS - CF PPS unter Verwendung eines dritten lasertransparenten Fügepartners geschweißt. iv) Unter Verwendung eines lasertransparenten Fügepartners bestehend aus glasmattenverstärktem PPS konnte erstmalig eine direkte Überlappverbindung von CF PPS und CF PPS dergestalt realisiert werden, daß durch Wärmeleitung hindurch ein CF PPS Bauteil durch eine Schweißverbindung mit einem weiteren darunter befindli- chen CF PPS Bauteil erzeugt wurde. v) Das erfindungsgemäße Fügeverfahren eignet sich insbesondere für die Realisierung von Reparaturen von Composite-Werkstoffen.
Weitere Erkenntnisse im Zusammenhang mit der Er- findung sind in den Veröffentlichungen "Laserdurchstrahlschweißen thermoplastischer Composites - Grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Kohlenstofffaser- verstärkung und - Orientierung auf die Schweißnahtausbildung - Laser transmission welding of thermoplastic composites - Fundamental investigations into the in- fluence of the carbon fibre reinforcement and orienta- tion on the weld formation" , "Joining Plastics 4/09,", S. 247 - 255 sowie "Laserstrahlschweißen kohlenstoff- faserverstärkter Kunststoffe - Prozesssicheres Fügen ohne Zusatzstoffe", Ingenieurspiegel 1/2010, S. 64-66, festgehalten. Beide vorgenannten Veröffentlichungen werden hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Die in den beiden Veröffentlichungen offenbarten Merkmale bilden zusammen mit den in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Merkmalen eine Gesamtoffenbarung der Erfindung. Dabei bilden alle offenbarten Merkmale für sich sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfin- düng, unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung sowie unabhängig von dem Ort der Offenbarung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Fügen von Bauteilen, die wenigstens teilweise aus thermoplastischem Material bestehen und von denen wenigstens eines langfaserverstärkt ist,
wobei die Bauteile in einer Fügezone miteinander verschweißt werden,
wobei die Bauteile mittels durch Laserstrahlung erzeugten Wärmeeintrags in die Fügezone verschweißt werden,
wobei wenigstens eines der Bauteile wenigstens teilweise für die Laserstrahlung transparent ist und
wobei die Laserstrahlung von wenigstens einem der Bau- teile wenigstens teilweise absorbiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Laserstrahlung im wesentlichen an Fasern und/oder einer Faserbeschichtung des langfaserverstärkten Bauteiles absorbiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung an Fasern an der Oberfläche und/oder in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche wenigstens eines der Bauteile absorbiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung an wenigstens einer laserabsorbierenden Schicht wenigstens eines der Bauteile absorbiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei langfaserverstärkte Bauteile mittels wenigstens eines weiteren wenigstens abschnittsweise für die Laserstrahlung transparenten Bauteiles miteinander verschweißt werden, indem jeweils wenigstens eine Fügezone jeweils zwischen einem der langfaserverstärkten Bauteile und dem weiteren Bauteil gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein langfaserverstärktes Bauteil verwendet wird, dessen Fasern wenigstens abschnittsweise in einer Matrix angeordnet sind, die wenigstens teilweise aus einem thermoplasti- sehen Werkstoff besteht oder einen thermoplastischen Werkstoff enthält .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Werkstoff ein thermoplasti- sches Elastomer ist oder ein thermoplastisches Elastomer enthält .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Bauteile wenigstens eine Übergangszone aufweist, innerhalb derer sich die Transparenz des Bauteiles für die Laserstrahlung räumlich verändert, wobei die Fügezone entlang der Kontaktfläche zwischen den Bauteilen in einem Bereich höherer Transparenz gebildet wird und wobei wenigstens eines der Bauteile lasertransparente Fasern, insbesondere Glasfasern, enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Transparenz des Bauteiles für die Laser- Strahlung in der Übergangszone allmählich ändert.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Bau- teile durch Kohlefasern und/oder Glasfasern verstärkt ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein langfaser- verstärktes Bauteil und ein unverstärktes oder kurzfaserverstärktes Bauteil miteinander verschweißt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen von zwei Bauteilen mittels eines weiteren für die Laserstrahlung transparenten Bauteiles die miteinander zu verschweißenden Bauteile kohlefaserverstärkt sind und das weitere, für die Laserstrahlung transparente Bauteil glasfaserverstärkt ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Bauteil so ausgebildet ist und/oder die Verfahrensparameter so gewählt werden, daß die zu verschweißenden Bauteile miteinander innig verbunden werden.
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