WO2012031982A1 - Verfahren zur verbindung von mindestens zwei bauteilen - Google Patents

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Willi Bartholomeyzik
Martin Völker
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Basf Se
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B3/00—Key-type connections; Keys
    • F16B3/005—Key-type connections; Keys the key being formed by solidification of injected material

Definitions

  • a sleeve formed with an internal thread in order to be able to release the connection without damaging the first component and the bolt.
  • the bolt with a predetermined breaking point and remove and use after loosening for reconnection, for example, a screw connection.
  • a mark is introduced, on which a hole can be drilled in the first component in order to be able to insert the screw for re-attachment.
  • a connection with a separate bolt in which a sleeve is formed with an internal thread formed on the bolt,
  • FIG. 6 A connection of two components, wherein the second component is held by a tensioning element and the second component is formed with a widening phase with a widening phase, FIG. 6:
  • the bolt 3, which is connected to the first component 1, is guided through an opening 7 in the second component 5.
  • the opening 7 is preferably a bore with a circular cross section.
  • the bolt 3 preferably also has a circular cross-section.
  • a sleeve 9 is placed on the bolt 3.
  • the sleeve 9 has an opening 1 1, which is provided with an internal thread 13.
  • an adhesive layer 17 is introduced between the first component 1 and the second component 5.
  • the first component 1 is additionally glued to the second component 5.
  • the adhesive layer 17 acts as a sealing element. If the first component 1 is additionally adhesively bonded to the second component 5 by the adhesive layer 17, the connection with the bolt 3 is used in particular as an initial connection in order to ensure a sufficient contact pressure during the curing of the adhesive of the adhesive layer 17.
  • a silicone adhesive is suitable.
  • no bolt is formed on the first component 1 in the embodiment shown in Figure 4 but the first component 1 has an opening 27 through which a separate pin 25 can be performed.
  • the connection is made by inserting the bolt 25 through the opening 27 in the first component 1 in the opening 21 of the second component 5, which is formed with the internal thread. By heating the bolt 25, this presses against the threads of the internal thread 19 of the opening 21 in the second component 5 and it is formed in this way a thread.
  • the bolt 3 or the separate bolt 25 is then pressed against a base 33 of the clamping device 31.
  • the deformable heated bolt is pressed into the threads 15 of the internal thread 19.
  • the embodiment shown in Figure 5 can also apply to a sleeve 9 with an internal thread 13, in which the bolt 3, 25 is pressed. Again, the opening 11 in the sleeve 9 is continuous and is closed by the base 33 of the clamping device 31.
  • An alternative for an anti-rotation device is shown in FIG.
  • the bolt 3, 25 is guided through the opening 7 in the second component 5 and pressed in the internal thread 13 of the sleeve 9, whereby an external thread on the bolt 3, 25 is formed.
  • a transverse bore 39 is additionally formed in the embodiment shown in Figure 6.
  • the base surface 33 of the tensioning device 31 can be heated, and as a result the bolt is heated until it can be deformed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen, bei dem ein Bolzen (3, 25) aus einem thermoplastischen Kunststoff erwärmt wird, so dass dieser zumindest teilweise verformbar wird, der Bolzen (3, 25) aus dem thermoplastischen Kunststoff durch eine Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) geführt wird, wobei der Bolzen (3, 25) mit dem ersten Bauteil (1) verbunden ist oder als separates Bauteil zuvor durch eine erste Öffnung (27) im ersten Bauteil (1) geführt wird, und der erwärmte Bolzen (3, 25) aus dem thermoplastischen Kunststoff gepresst wird, so dass sich der Bolzen (3, 25) an die Wandung der Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) anlegt, wobei die Wandung als Innengewinde (19) ausgebildet ist, oder der Bolzen (3, 25) in eine mit einem Innengewinde (13) ausgebildete Hülse (9) eingeführt und gepresst wird, so dass sich dieser an das Innengewinde (13) der Hülse (9) anlegt, wobei der Bolzen (3, 25) vor dem Durchführen durch die Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) oder nach dem Einführen in die Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) oder in die Hülse (9) erwärmt wird.

Description

Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen, bei dem die Bauteile mit Öffnungen versehen sind, durch die ein Kunststoffbolzen geführt und anschließend verpresst wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere einsetzen, um eine Erstfixierung für eine Klebung, zum Beispiel eine mediendichte Verbindung zwischen den Bauteilen, zu erhalten. Bei bekannten Verfahren, mit denen ein Kunststoffteil zum Beispiel mit einem Metallteil verklebt wird, ist es notwendig, während der Aushärtungszeit des Klebstoffes Klemmen oder Zwingen einzusetzen, mit denen die Bauteile fixiert werden. Insbesondere bei Einsatz von Silikonklebstoffen, die zum Teil eine mehrtägige Aushärtungszeit benötigen, führt dies dazu, dass die Bauteile nach dem Verkleben zunächst liegen bleiben müssen bis der Klebstoff eine Mindestfestigkeit erreicht. Während dieser Zeit sollten die Bauteile nicht belastet werden.
Neben der Befestigung mit Zwingen oder Klemmen ist es alternativ auch bekannt, die Bauteile vor dem Verkleben miteinander zu verschrauben. Zur Verbindung von Kunststoffteilen mit Metallteilen ist es weiterhin auch bekannt, Nieten einzusetzen. Das Vernieten von Kunststoffteilen mit Metallteilen ist zum Beispiel in DE-A 1 778 433 be- schrieben. Zum Vernieten sind hierzu Dorne an Kunststoff bauteilen ausgebildet, die in entsprechende Öffnungen des Metallbauteils eingeführt und durch Vibration erhitzt werden. Nachteil ist jedoch, dass es sich hierbei um eine unlösbare Verbindung handelt und beim Lösen gegebenenfalls das Kunststoffbauteil beschädigt wird. Zumindest werden die Niete abgebrochen, so dass eine erneute Verbindung des Kunststoffbau- teils mit dem metallischen Bauteil nicht mehr möglich ist.
Das Einlegen einer Dichtung führt im Allgemeinen dazu, dass Kräfte auf das Kunststoffteil ausgeübt werden, die zu einer Deformation des Kunststoffteils führen können. Aus diesem Grund werden Klebverbindungen eingesetzt, um eine mediendichte Ver- bindung von einem Metallbauteil mit einem Kunststoffbauteil, zum Beispiel bei dem Einsatz von Kunststoffmotorenkomponenten, zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen bereit zu stellen, das eine mediendichte Verbindung auch bei nicht ganz planpa- rallelen Flächen erlaubt und bei dem nur geringe Reaktionskräfte auf die Bauteile ausgeübt werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen, das folgende Schritte umfasst:
(a) Erwärmen eines Bolzens aus einem thermoplastischen Kunststoff, so dass dieser zumindest teilweise verformbar wird, (b) Führen des Bolzens aus dem thermoplastischen Kunststoff durch eine Öffnung im zweiten Bauteil, wobei der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbunden ist oder als separates Bauteil zuvor durch eine erste Öffnung im ersten Bauteil geführt wird, (c) Pressen des erwärmten Bolzens aus dem thermoplastischen Kunststoff, so dass sich der Bolzen an die Wandung der Öffnung im zweiten Bauteil anlegt, wobei die Wandung als Innengewinde ausgebildet ist, oder Einführen des Bolzens in eine mit einem Innengewinde ausgebildete Hülse und Pressen des Bolzens, so dass sich dieser an das Innengewinde der Hülse anlegt, wobei der Bolzen vor dem Durchführen durch die Öffnung im zweiten Bauteil oder nach dem Einführen in die Öffnung im zweiten Bauteil oder in die Hülse erwärmt wird.
Durch das Erwärmen des Bolzens und das anschließenden Pressen, so dass sich die- ser entweder an die als Innengewinde ausgebildete Wandung des zweiten Bauteils oder an das Innengewinde der Hülse anlegt, wird am Bolzen ein Außengewinde erzeugt. Dieses lässt sich auf einfache Weise durch Aufschrauben lösen.
Wenn der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbunden ist, ist es bevorzugt, eine mit ei- nem Innengewinde ausgebildete Hülse zu verwenden, um die Verbindung ohne Beschädigung des ersten Bauteils und des Bolzens lösen zu können. Alternativ ist es auch möglich, den Bolzen mit einer Sollbruchstelle zu versehen und zu entfernen und nach dem Lösen zum erneuten Verbinden zum Beispiel eine Schraubverbindung einzusetzen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn am ersten Bauteil an der Position, an der der Bolzen positioniert ist, eine Markierung eingebracht ist, an der in das erste Bauteil ein Loch gebohrt werden kann, um die Schraube zur erneuten Befestigung einführen zu können. Für den Fall, dass der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbunden ist und die Öffnung des zweiten Bauteils mit einem Innengewinde ausgebildet ist, so dass sich der erwärmte Bolzen an die Wandung des zweiten Bauteils anlegt, ist es möglich, zunächst das erste Bauteil zum Beispiel durch Abscheren des Bolzens oder durch Aufbohren zu ent- fernen und anschließend den Bolzen aus dem Gewinde auszuschrauben. Dies erlaubt ebenfalls eine Trennung von erstem und zweitem Bauteil und eröffnet anschließend die Möglichkeit, zum Beispiel mit einer Schraube das erste Bauteil wieder am zweiten Bauteil zu befestigen. Die mit einem Innengewinde ausgebildete Hülse, die eingesetzt wird, kann zum Beispiel eine Mutter, eine Hutmutter oder ein entsprechendes Bauteil sein. Bevorzugt ist es, wenn die Hülse an der Außenseite, wie beispielsweise eine Mutter, als Sechskant gestaltet ist, um die Hülse zum Lösen der Bauteile abschrauben zu können. Neben einem Außensechskant kann die Hülse auch jedes beliebig andere Außenprofil aufwei- sen, das ein Lösen ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere, um Bauteile, die aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind, miteinander zu verbinden. In einer Ausführungsform sind zum Beispiel das zweite Bauteil aus einem metallischen Werkstoff, Glas oder einer Keramik und das erste Bauteil aus einem Kunststoff gefertigt. Auch ist es möglich, dass das beide Bauteile aus metallischen Werkstoffen, Glas, einer Keramik oder einem Kunststoff gefertigt sind. Hierbei können auch beispielsweise unterschiedliche metallische Werkstoffe, unterschiedliche Keramiken oder unterschiedliche Kunststoffe für das erste und das zweite Bauteil zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt wird das Verfahren eingesetzt, wenn zumindest das erste Bauteil aus einem Kunststoff gefertigt ist. Das zweite Bauteil kann in diesem Fall zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein.
Wenn das erste Bauteil aus einem Kunststoff gefertigt ist, so kann es sich hierbei um jeden beliebigen Kunststoff, beispielsweise einen thermoplastischen Kunststoff oder einen duroplastischen Kunststoff handeln. Die Wahl eines geeigneten Kunststoffes ist zum Beispiel abhängig vom geplanten Einsatz des Bauteils und Medien, mit denen das Bauteil in Kontakt kommt. Der thermoplastische Kunststoff, aus dem der Bolzen gefertigt ist, ist zum Beispiel ein Polyamid, beispielswiese PA6, PA6.6, PA10.6, ein Polyester, beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien- Styrol-Copolymer (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethersulfon (PESU), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylen (POM), Polyphenylensulfid (PPS), Polystyrol (PS), Polysulfon (PSU) oder Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN).
Wenn der Bolzen aus dem thermoplastischen Kunststoff einteilig mit dem ersten Bau- teil verbunden ist, ist es bevorzugt, wenn der Bolzen und das erste Bauteil aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff gefertigt sind. Der Bolzen kann hierbei zum Beispiel bei einem Spritzguss-Prozess zur Herstellung des ersten Bauteils direkt im Spritzguss-Prozess an das Bauteil angeformt werden. Alternativ ist es zum Beispiel auch möglich, den Bolzen durch ein Schweißverfahren, mit dem ersten Bauteil zu ver- binden. In diesem Fall ist es auch möglich, dass das erste Bauteil und der Bolzen aus verschiedenen Polymeren hergestellt werden.
Um eine mediendichte Verbindung von erstem Bauteil und zweitem Bauteil zu erhalten, beispielsweise wenn das erste Bauteil eine Ölwanne aus einem Polymermaterial und das zweite Bauteil ein Motorblock ist, mit dem das erste Bauteil verbunden wird, ist es bevorzugt, wenn das erste Bauteil und das zweite Bauteil zusätzlich miteinander verklebt werden. Hierbei kann jeder beliebige Klebstoff, der sich zur Verbindung von Bauteilen eignet, eingesetzt werden. Insbesondere, wenn das zweite Bauteil aus einem metallischen Werkstoff und das erste Bauteil aus einem Kunststoff gefertigt ist, ist der Einsatz von Silikonklebstoffen bevorzugt.
Im Unterschied zu einer Dichtung, die beispielsweise in eine Nut in einem Bauteil eingelegt wird und gegen das zweite Bauteil gepresst wird, hat eine Klebverbindung den Vorteil, dass aufgrund adhäsiver Effekte keine Rückstellkräfte entstehen, die die Medi- endichtigkeit auf Dauer beeinflussen. Hierdurch kann zum Beispiel vermieden werden, dass sich auf Grund des ausgeübten Druckes das Kunststoffbauteil bleibend verformt. Der Einsatz der Klebverbindung hat weiterhin den Vorteil, dass eine geringere Anzahl an Befestigungsstellen erforderlich ist, als dies zum Beispiel bei einer Verschraubung mit eingelegter Kompressionsdichtung notwendig ist.
Wenn das erste Bauteil und das zweite Bauteil zusätzlich miteinander verklebt werden, so wird das Verfahren zur Verbindung der zwei Bauteile insbesondere eingesetzt, um eine Erstverbindung zu erhalten, so dass auch ein Klebstoff eingesetzt werden kann, der über einen längeren Zeitraum, beispielsweise mehrere Tage, aushärtet. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbindung der zwei Bauteile werden die zusätzlich miteinander verklebten Bauteile aneinander fixiert, so dass der Klebstoff genügend Zeit erhält, um eine Mindestfestigkeit zu erhalten. Um eine automatische Fertigung und Verbindung der Bauteile zu ermöglichen und um weiterhin eine exakte Positionierung des zweiten Bauteils zum ersten Bauteil zu erhalten, ist es bevorzugt, wenn am ersten Bauteil oder am zweiten Bauteil ein Anschlag ausgebildet ist, wobei der Anschlag beim Fügen gegen das jeweils andere Bauteil an- schlägt. Durch den Anschlag wird sichergestellt, dass beim Anpressen der Bauteile der Klebespalt exakt eingestellt wird.
Wenn am ersten Bauteil oder am zweiten Bauteil ein Anschlag ausgebildet ist, so kann der Anschlag zum Beispiel in Form eines umlaufenden Bundes oder in Form von Stif- ten gestaltet sein. Wenn der Anschlag in Form von Stiften gestaltet ist, so werden vorzugsweise mindestens drei Stifte verwendet, um eine sichere Positionierung des ersten Bauteils und zweiten Bauteils zu erhalten.
Ein weiterer Vorteil eines Anschlages ist, dass ein gleichmäßiger Spalt zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erhalten wird, in dem zum Beispiel der eingesetzte Klebstoff aufgenommen wird. Hierdurch wird eine gleichmäßige und sichere Verbindung der beiden Bauteil erhalten.
Insbesondere dann, wenn das zweite Bauteil aus einem Kunststoff gefertigt ist und die Öffnung im zweiten Bauteil als Innengewinde gestaltet ist, ist es bevorzugt, wenn ein metallischer Einsatz im zweiten Bauteil aufgenommen ist, in dem das Innengewinde ausgebildet ist. Durch den metallischen Einsatz wird vermieden, dass der erweichte Bolzen beim Verpressen mit dem zweiten Bauteil verschweißt, so dass das Gewinde weiterhin nutzbar ist. Der Einsatz einer metallischen Hülse, in der das Innengewinde eingeschnitten ist, ist nicht notwendig, wenn das zweite Bauteil zum Beispiel aus einem duroplastischen Kunststoff gefertigt ist, da üblicherweise thermoplastische Kunststoffe nicht mit duroplastischen Kunststoffen verschweißen.
Auch wenn das zweite Bauteil aus einem keramischen Werkstoff oder aus Glas gefer- tigt ist, ist es möglich, aber nicht notwendig, eine metallische Hülse einzusetzen, in der das Innengewinde ausgebildet ist.
Das Erwärmen des Bolzens, damit dieser zumindest teilweise verformbar wird, kann zum Beispiel durch Schmelzen berührungslos mit einer Strahlungsheizung erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel das Innengewinde am zweiten Bauteil zu heizen, um den Bolzen zu erwärmen und so verformbar zu machen. Das Erwärmen des Bolzens erfolgt insbesondere an der Stelle des Bolzens, an der später das Außengewinde durch Verpressen in das Innengewinde der Öffnung ausgebildet wird. Neben dem Erwärmen des Bolzens oder des Innengewindes am zweiten Bauteil durch eine Strahlungsheizung ist es auch möglich, den Bolzen oder das Innengewinde mit einem Heißgas oder durch Schwingungen ähnlich wie bei einem Ultraschall- Schweißverfahren zu erwärmen.
Das Heizen des Innengewindes am zweiten Bauteil ist insbesondere dann möglich, wenn das Innengewinde aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn das zweite Bauteil aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist oder wenn metallische Hülsen im zweiten Bauteil enthalten sind, in denen die Öffnung mit dem Innengewinde ausgebildet ist.
Weiterhin ist es zum Beispiel auch möglich, eine Heizplatte vorzusehen, die von der dem Bolzen gegenüberliegenden Seite zumindest teilweise in die mit dem Innengewinde ausgebildete Öffnung eingeführt wird. Der Bolzen wird gegen die Heizplatte ge- presst und dadurch erwärmt, bis sich dieser verformt. Wenn die Öffnung, die mit dem Innengewinde ausgebildet ist, aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist, wird durch die Heizung auch das Innengewinde der Öffnung erwärmt, so dass auch von der Seite Wärme an den Bolzen übertragen wird und der Bolzen auch von der Seite erweicht wird.
Der Vorteil des Einsatzes einer Strahlungsheizung oder einer Heizplatte, bzw. des Aufheizens der mit dem Innengewinde ausgebildeten Öffnung ist, dass der Bolzen nur an der Position erwärmt und erweicht wird, der später in der mit dem Innengewinde ausgebildeten Öffnung positioniert ist, wodurch sich das Außengewinde ausbildet. Der Rest des Bolzens wird nicht erwärmt und aufgeweicht, so dass dieser während des Fügeprozesses stabil bleibt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 :
Eine Verbindung von zwei Bauteilen, wobei der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbun- den ist und eine Hülse mit darin ausgebildetem Innengewinde auf den Bolzen aufgesetzt wird,
Figur 2:
Eine Verbindung von zwei Bauteilen, wobei der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbun- den ist und das Innengewinde in einer Öffnung im zweiten Bauteil ausgebildet ist, Figur 3:
Eine Verbindung mit separatem Bolzen, bei dem eine Hülse mit darin ausgebildetem Innengewinde auf den Bolzen aufgesetzt wird,
Figur 4:
Eine Verbindung mit separatem Bolzen, wobei das Innengewinde im zweiten Bauteil ausgebildet ist, Figur 5:
Eine Verbindung von zwei Bauteilen, wobei das zweite Bauteil von einem Spannelement gehalten wird und am zweiten Bauteil ein Gewindeabschluss mit sich erweiternder Phase ausgebildet ist, Figur 6:
Eine Verbindung mit Verdrehsicherung.
In Figur 1 ist eine Verbindung von zwei Bauteilen dargestellt, bei der der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbunden ist und eine Hülse mit darin ausgebildetem Innengewin- de auf den Bolzen aufgesetzt wird.
Zur Verbindung von zwei Bauteilen ist ein erstes Bauteil 1 mit einem Bolzen 3 verbunden. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, dass der Bolzen 3 einstückig mit dem ersten Bauteil 1 ausgebildet ist. Der Bolzen 3 kann in diesem Fall zum Beispiel bei der Her- Stellung des ersten Bauteils 1 direkt am ersten Bauteil 1 ausgeformt werden. So ist es zum Beispiel möglich, dass der Bolzen 3, wenn das erste Bauteil 1 durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird, direkt beim Spritzgussprozess am ersten Bauteil 1 angeformt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der Bolzen 3 zum Beispiel an das erste Bauteil angeschweißt wird. Bevorzugt ist es jedoch, dass der Bolzen 3 bei der Herstellung des ersten Bauteils 1 am ersten Bauteil 1 angeformt wird. Wenn der Bolzen 3, wie in Figur 1 dargestellt, mit dem ersten Bauteil 1 fest verbunden ist, ist es bevorzugt, das erste Bauteil 1 aus einem thermoplastischen Kunststoff zu fertigen. Hierbei eignet sich jeder beliebige thermoplastische Kunststoff. Bevorzugt als Kunststoff ist ein Polyamid.
Um das erste Bauteil 1 mit einem zweiten Bauteil 5 zu verbinden, wird der Bolzen 3, der mit dem ersten Bauteil 1 verbunden ist, durch eine Öffnung 7 im zweiten Bauteil 5 geführt. Die Öffnung 7 ist dabei vorzugsweise eine Bohrung mit einem kreisförmigen Querschnitt. Der Bolzen 3 hat vorzugsweise ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt. Zur Befestigung wird auf den Bolzen 3 eine Hülse 9 aufgesetzt. Die Hülse 9 weist eine Öffnung 1 1 auf, die mit einem Innengewinde 13 versehen ist.
Um das erste Bauteil 1 mit dem zweiten Bauteil 5 zu verbinden, wird der Bolzen 3 zumindest in dem Bereich, der in die Öffnung 11 der Hülse 9 ragt, erwärmt, bis sich dieser verformen lässt. Nach dem Erwärmen wird die Hülse 9 auf den Bolzen 3 gepresst, so dass sich dieser derart verformt, dass das Kunststoffmaterial des Bolzens 3 in die Gewindegänge 15 des Innengewindes 13 gepresst wird. Hierdurch bildet sich am Bol- zen 3 ein Außengewinde aus.
Um eine mediendichte Verbindung von erstem Bauteil 1 und zweitem Bauteil 5 zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 5 eine Klebstoffschicht 17 eingebracht wird. Mit der Klebstoffschicht 17 wird das erste Bauteil 1 zusätzlich mit dem zweiten Bauteil 5 verklebt. Gleichzeitig wirkt die Klebstoffschicht 17 als Dichtelement. Wenn das erste Bauteil 1 mit dem zweiten Bauteil 5 zusätzlich durch die Klebstoffschicht 17 verklebt wird, wird die Verbindung mit dem Bolzen 3 insbesondere als Erstverbindung genutzt, um während des Aushärtens des Klebstoffs der Klebstoffschicht 17 einen ausreichenden Anpressdruck zu gewährleis- ten.
Als Klebstoff für die Klebstoffschicht 17 eignet sich zum Beispiel ein Silikonklebstoff.
Die Verbindung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, eignet sich zum Beispiel für die Ver- bindung von einem ersten Bauteil 1 , das aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, mit einem zweiten Bauteil 5 aus einem metallischen Werkstoff. Es ist aber auch denkbar, dass das zweite Bauteil 5 aus Glas oder einer Keramik oder aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Das Material der Hülse 9 ist vorzugsweise ein Metall. Die Hülse 9 kann zum Beispiel eine Mutter oder eine Hutmutter sein, wie sie im Handel erhältlich ist. Alternativ kann die Hülse 9 auch jede beliebige andere Form aufweisen. Bevorzugt ist es, wenn die Hülse 9 ein Außenprofil aufweist, um ein Abschrauben der Hülse 9 vom Bolzen 3 zu ermöglichen, wenn das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 5 voneinander getrennt werden sollen. Nach dem Abschrauben lässt sich dann das erste Bauteil 1 vom zweiten Bauteil 5 entfernen und zum erneuten Verbinden kann dann der Bolzen 3, an dem das Außengewinde ausgebildet ist, erneut genutzt werden, indem die Hülse 9 wieder auf den Bolzen 3 aufgeschraubt wird. In Figur 2 ist eine Verbindung von zwei Bauteilen dargestellt, bei der der Bolzen mit dem ersten Bauteil verbunden ist und das Innengewinde im zweiten Bauteil ausgebildet ist. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ein Innengewinde 19 im zweiten Bauteil 5 ausgebildet. Zur Verbindung des ersten Bauteils 1 mit dem zweiten Bauteil 5 wird der Bolzen in die Öffnung 21 im zweiten Bauteil 5 eingeführt, die mit dem Innengewinde 19 versehen ist. Durch Einpressen des Bolzens 3 wird dieser wieder gegen die Wandung des Innenge- windes 19 gepresst, so dass sich am Bolzen 3 ein Gewinde ausbildet.
Um das erste Bauteil 1 vom zweiten Bauteil 5 lösen zu können, ist es zum Beispiel möglich, das erste Bauteil 1 an der Position, an der sich der Bolzen 3 befindet aufzu- bohren. Hierzu ist an der Position des Bolzens 3 an der Außenseite des ersten Bauteils eine Markierung 23 angebracht. Die Markierung 23 kann zum Bespiel eine Nut, eine Vertiefung oder auch ein Vorsprung am ersten Bauteil 1 sein. Auch jede beliebige andere Gestaltung und Form der Markierung 23 ist möglich. Wesentlich ist, dass die Markierung 23 so gestaltet ist, dass diese sich nicht auf einfache Weise entfernen lässt. Nach dem Aufbohren an der mit der Markierung 23 gekennzeichneten Stelle lässt sich das erste Bauteil 1 entfernen. Der Bolzen 3 verbleibt in der mit dem Innengewinde 19 ausgestalteten Öffnung 21 im zweiten Bauteil 5. Aufgrund der Gestaltung als Gewinde kann der Bolzen 3 dann auf einfache Weise aus dem zweiten Bauteil 5 ausgeschraubt werden.
Um das erste Bauteil 1 anschließend erneut mit dem zweiten Bauteil 5 verbinden zu können, wird zum Beispiel eine Schraube durch die Bohrung, die in das erste Bauteil 1 eingebracht wurde, um dieses vom zweiten Bauteil 5 lösen zu können, eingeführt und im Innengewinde 19 im zweiten Bauteil 5 verschraubt.
Auch hier dient die Verbindung mit dem Bolzen 3 vorzugsweise als erste Verbindung zum Verkleben von zwei Bauteilen mit einer Klebstoffschicht 17, wobei die Bauteile aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Eine Ausführungsform, bei der die Verbindung mit einem separaten Bolzen erfolgt, ist in Figur 3 dargestellt.
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform ein separater Bolzen 25 eingesetzt. Um die Verbindung mit einem separaten Bolzen 25 zu ermöglichen, ist im ersten Bauteil 1 eine erste Öffnung 27 ausgebildet. Zur Verbindung wird der separate Bolzen 25 durch die erste Öffnung 27 im ersten Bauteil 1 geführt, anschließend durch die Öffnung 7 im zweiten Bauteil 5 und dann in die Hülse 9 mit dem Gewinde 13 gepresst.
Durch den Einsatz des separaten Bolzens 25 ist es möglich, den Bolzen 25 und das erste Bauteil 1 aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen. Der Bolzen 25 wird dabei aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt, beispielsweise aus Polyamid. Das erste Bauteil kann aus jedem beliebigen Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff- material, Glas, einer Keramik oder einem Metall gefertigt sein. Auch hier eignet sich das Verfahren zur Verbindung insbesondere von zwei Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien.
In Figur 4 ist eine Verbindung von zwei Bauteilen dargestellt, bei der ein separater Bol- zen eingesetzt wird und das Innengewinde, wie in Figur 2, im zweiten Bauteil ausgebildet ist.
Im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform kein Bolzen am ersten Bauteil 1 ausgebildet sondern das erste Bauteil 1 weist eine Öffnung 27 auf, durch die ein separater Bolzen 25 geführt werden kann. Die Verbindung erfolgt dabei durch Einführen des Bolzens 25 durch die Öffnung 27 im ersten Bauteil 1 in die Öffnung 21 des zweiten Bauteils 5, die mit dem Innengewinde ausgebildet ist. Durch Erwärmen des Bolzens 25 presst sich dieser gegen die Gewindegänge des Innengewindes 19 der Öffnung 21 im zweiten Bauteil 5 und es wird auf diese Weise ein Gewinde ausgebildet.
Um die Verbindung lösen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der separate Bolzen 25 einen Kopf 29 aufweist, der zum Beispiel ein Außenprofil aufweist, um den Bolzen 25 aus dem Innengewinde 19 ausschrauben zu können. Alternativ ist es auch möglich, den Kopf mit einer Nut oder einem Kreuzschlitz zu gestalten, um den Bolzen 25 mit einem Schraubendreher aus dem Gewinde 19 drehen zu können. Weiterhin ist auch ein Innensechskant oder jede beliebige andere Gestaltung, die ein Ausschrauben des Bolzens 25 aus dem Innengewinde 19 erlaubt, denkbar. Wenn das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 5 danach erneut zusammengefügt werden sollen, kann der separate Bolzen 25 erneut genutzt werden, indem dieser in das Innengewinde 19 im zweiten Bauteil 5 eingeschraubt wird. In Figur 5 ist eine Verbindung von zwei Bauteilen dargestellt, bei der das zweite Bauteil von einem Spannelement umgeben ist und am Gewindeabschluss eine sich erweiternde Phase ausgebildet ist.
Wenn die das Innengwinde 19 aufweisende Öffnung im zweiten Bauteil 5 nicht wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt einseitig verschlossen ist sondern beidseitig offen ist, ist es vorteilhaft, zur Verbindung des ersten Bauteils 1 mit dem zweiten Bauteil 5 das zweite Bauteil 5 in einer Spannvorrichtung 31 zu positionieren. Mit der Spannvorrich- tung 31 wird die Öffnung 21 mit dem Innengwinde 19 im zweiten Bauteil 5 verschlossen.
Beim Verbinden des ersten Bauteils 1 mit dem zweiten Bauteil 5 wird dann der Bolzen 3 bzw. der separate Bolzen 25 gegen eine Grundfläche 33 der Spannvorrichtung 31 gepresst. Durch das Pressen des Bolzens 3 bzw. des separaten Bolzens 25 gegen die Grundfläche 33 der Spannvorrichtung 31 wird der verformbare erwärmte Bolzen in die Gewindegänge 15 des Innengewindes 19 gepresst.
In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform weist das Innengewinde 19 eine sich nach außen erweiternde Fase 35 auf. Beim Pressen des Bolzens 3 bzw. des sich erweiternden Bolzens 25 füllt sich der von der Fase 35 gebildete Raum mit dem Kunststoffmaterial des Bolzens 3, 25 aus. Hierdurch bildet sich eine Erweiterung 37 am Bolzen 3, 35. Die Erweiterung 37 dient zum Beispiel als Verdrehsicherung und kann auch genutzt werden, um zu überprüfen, ob das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 5 voneinander getrennt worden sind. Beim Öffnen und dem Herausdrehen des Bolzens 3, 35 aus dem Innengewinde 19 bricht die Erweiterung 37 ab. Beim erneuten Zusammenfügen ist dann klar zu erkennen, dass die Erweiterung fehlt.
Neben der Ausführungsform, bei der das Gewinde 19 im zweiten Bauteil 5 ausgeführt ist, lässt sich die in Figur 5 dargestellte Ausführungsform auch anwenden auf eine Hülse 9 mit einem Innengewinde 13, in die der Bolzen 3, 25 gepresst wird. Auch hier ist die Öffnung 11 in der Hülse 9 durchgängig und wird von der Grundfläche 33 der Spannvorrichtung 31 verschlossen. Eine Alternative für eine Verdrehsicherung ist in Figur 6 dargestellt.
Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform wird der Bolzen 3, 25 durch die Öffnung 7 im zweiten Bauteil 5 geführt und im Innengewinde 13 der Hülse 9 verpresst, wodurch ein Außengewinde am Bolzen 3, 25 ausgebildet wird. In der Hülse 9 ist bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform zusätzlich eine Querbohrung 39 ausgebildet. Beim Verpressen des erwärmten und erweichten Bolzens 3, 25 in der Öffnung 11 mit dem Innengewinde 13 in der Hülse 9 wird zunächst die Öffnung 1 1 vollständig gefüllt, so dass sich ein Außengewinde am Bolzen 3, 25 ausbildet. Sobald die Öffnung 11 vollständig gefüllt ist, dringt weiterhin Kunststoff vom Bolzen 3, 25 in die Querbohrung 39 ein. Nach dem Aushärten des Kunststoffs des Bolzens 3, 25 sind in der Querbohrung 39 Stifte enthalten, die einteilig fest mit dem Bolzen 3, 25 verbunden sind und die eine Verdrehsicherung darstellen. Beim Öffnen, indem der Bolzen 3, 25 aus dem Innengewinde 13 herausgedreht wird, brechen die in der Querbohrung 29 enthaltenen Stifte ab. Bei einer erneuten Befestigung von erstem Bauteil 1 und zweitem Bauteil 5 mit dem Bolzen 3, 25 wird dann keine Verdrehsicherung mehr erzielt.
In allen in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist es möglich, den Bol- zen 3, 25 in dem Bereich, in dem das Außengewinde angeformt wird, zum Beispiel durch eine Strahlenheizung zu erwärmen. Alternativ ist es auch möglich, insbesondere wenn das zweite Bauteil, in dem das Innengwinde 19 ausgebildet ist oder die Hülse 9 aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist, das zweite Bauteil, bzw. die Hülse zu heizen und hierdurch den Bolzen 3, 25 zu erwärmen, so dass dieser verformbar wird und sich beim Pressen an das Innengewinde 13, 19 anlegt.
Weiterhin ist es auch möglich, insbesondere bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform, dass zum Beispiel die Grundfläche 33 der Spannvorrichtung 31 beheizbar ist und hierdurch der Bolzen erwärmt wird, bis sich dieser verformen lässt.
Das Verfahren zur Verbindung von zwei Bauteilen eignet sich zum Beispiel zur Befestigung einer Ölwanne aus einem Polymer-Material an einem Motorblock. Weitere geeignete Anwendungen sind zum Beispiel die Befestigung einer Zylinderkopfhaube, eines Ansaugrohrs, eines Ladeluftverteilers, eines Ölabscheiders oder eines Ölhobels am Motorblock.
Bezugszeichenliste
1 erstes Bauteil
3 Bolzen
5 zweites Bauteil
7 Öffnung
9 Hülse
1 1 Öffnung in der Hülse 9
13 Innengewinde der Hülse 9
15 Gewindegänge
17 Klebstoffschicht
19 Innengewinde im zweiten Bauteil 5
21 Öffnung im zweiten Bauteil 5
23 Markierung
25 Bolzen
27 erste Öffnung
29 Kopf
31 Spannvorrichtung
33 Grundfläche
35 Fase
37 Erweiterung
39 Querbohrung

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Verbindung von mindestens zwei Bauteilen, folgende Schritte umfassend:
(a) Erwärmen eines Bolzens (3, 25) aus einem thermoplastischen Kunststoff, so dass dieser zumindest teilweise verformbar wird,
(b) Führen des Bolzens (3, 25) aus dem thermoplastischen Kunststoff durch eine Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5), wobei der Bolzen (3, 25) mit dem ersten Bauteil (1) verbunden ist oder als separates Bauteil zuvor durch eine erste Öffnung (27) im ersten Bauteil (1) geführt wird,
(c) Pressen des erwärmten Bolzens (3, 25) aus dem thermoplastischen Kunststoff, so dass sich der Bolzen (3, 25) an die Wandung der Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) anlegt, wobei die Wandung als Innengewinde (19) ausgebildet ist, oder Einführen des Bolzens (3, 25) in eine mit einem Innengewinde (13) ausgebildete Hülse (9) und Pressen des Bolzens (3, 25), so dass sich dieser an das Innengewinde (13) der Hülse (9) anlegt, wobei der Bolzen (3, 25) vor dem Durchführen durch die Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) oder nach dem Einführen in die Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) oder in die Hülse (9) erwärmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1 , 5) aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (5) aus einem metallischen Werkstoff, Glas oder einer Keramik und das erste Bauteil (1) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) aus dem thermoplastischen Kunststoff einteilig mit dem ersten Bauteil (1) verbunden ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff Polyamid, ein Polyester, vorzugsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethersulfon (PESU), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylen (POM), Polyphenylensulfid (PPS), Polystyrol (PS), Polysulfon (PSU) oder Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (5) zusätzlich miteinander verklebt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Bauteil (1) oder am zweiten Bauteil (5) ein Anschlag ausgebildet ist, wobei der Anschlag beim Fügen gegen das jeweils andere Bauteil anschlägt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag ein umlaufender Bund ist oder in Form von Stiften gestaltet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Bolzens (3, 25) in Schritt (a) berührungslos mit einer Strahlungsheizung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen des Bolzens (3, 25) in Schritt (a) das Innengewinde (19) am zweiten Bauteil (5) oder die Hülse geheizt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3, 25) nach dem Durchführen durch die Öffnung (21) im zweiten Bauteil (5) gegen eine Heizplatte gepresst wird, wodurch der Bolzen erwärmt wird.
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