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DE102004039312A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung eines Kunststoffteils an einem Trägerteil - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung eines Kunststoffteils an einem Trägerteil Download PDF

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DE102004039312A1
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DE
Germany
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plastic part
supporting part
plastic
carrier
infrared radiation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102004039312A
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Prossliner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVW SYSTEMTECHNIK GmbH
Original Assignee
AVW SYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVW SYSTEMTECHNIK GmbH filed Critical AVW SYSTEMTECHNIK GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Zur Befestigung eines Kunststoffteils (4) aus thermoplastischem Kunststoff an einem Trägerteil (12) wird das Kunststoffteil (4) mit kurzwelliger Infrarot-Strahlung an der Befestigungsfläche (6) aufgeschmolzen und mit der aufgeschmolzenen Befestigungsfläche (6) gegen das Trägerteil gepresst.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Befestigung von Kunststoffteilen aus thermoplastischem Kunststoff an einem Trägerteil, insbesondere einem Innenverkleidungsteil im Automobilbau.
  • Im Rahmen der Fertigung und des Einbaus von Innenverkleidungsteilen im Automobilbau ist es immer wieder notwendig, Kunststoffteile an diesen Verkleidungsteilen zu befestigen. Als Innenverkleidungsteile kommen dabei beispielsweise Hutablagen, Säulenverkleidungen, Kofferraumauskleidungen, Tür- und Seitenverkleidungen Himmelverkleidungen, Autoteppiche oder Instrumententafeln in Frage. Die Kunststoffteile, die an diesen Innenverkleidungsteilen zu befestigen sind, können beispielsweise Befestigungsclipse, Retainer, Scharniere, Haken, Abstandshalter, Konsolen oder dergleichen Teile sein, wobei sie meist auf der Rückseite der Innenverkleidungsteile aufgebracht werden. Die Verkleidungsteile sind meist mehrschichtig aufgebaut und bestehen im Allgemeinen aus dem eigentlichen Trägerteil, welches auf der Vorderseite meistens mit dem gewünschten Dekor versehen und an der Rückseite häufig mit einer Vliesschicht abgedeckt ist. Diese Trägerteile können aus Kunststoffen und Naturstoffen bestehen. Häufig handelt es sich um verstärkte, Formteile, z.B. Press- oder Tiefziehteile aus Kunststoff, beispielsweise Naturfaser mit Polypropylen oder Polyurethan mit Glasfaserverstärkung. Die aufzubringenden Kunststoffteile bestehen üblicherweise aus thermoplastischen Kunststoffen, wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und dergleichen, gegebenenfalls auch als Gemisch, z.B. PC/ABS oder auch z.B. aus expandiertem Polypropylen (EPP).
  • Die Befestigung dieser kleinen Kunststoffteile erfolgt üblicherweise durch Kleben oder im Falle von kleberlosen Verbindungen mit Hilfe des Vibrations- oder Ultraschall-Schweißverfahrens. Diese Verfahren sind jedoch sehr kostenaufwendig. So sind beim Vibrationsschweißen spezielle Pressen, inklusive Schallschutzkabinen, und aufwendige Werkzeuge notwendig, während beim Ultraschallschweißen jeweils aufwendig abgestimmte Sonotroden mit den entsprechenden Konvertern und Verfahreinheiten sowie meist zusätzliche Schallschutzmaßnahmen sowie Vorkehrungen zur Vermeidung von Abmarkierungen an den Teilen erforderlich sind.
    •
  • Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist die einfache Kombinierbarkeit mit anderen Fertigungsschritten wie z.B. Stanzen
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, mit dem die Kunststoffteile mit hoher Festigkeit an Innenverkleidungsteilen und dergleichen Trägerteilen befestigt werden können.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen 2 bis 5 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben, während im Anspruch 6 eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet ist, welche durch die Ansprüche 7 bis 14 in vorteilhafter Weise weiter ausgebildet wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kunststoffteil mit kurzwelliger IR-Strahlung an der Befestigungsfläche aufgeschmolzen, d.h. an der Oberfläche, mit der das Kunststoffteil an dem Trägerteil befestigt wird. Das Aufschmelzen kann in kürzester Zeit erfolgen, vorzugsweise in weniger als 10 s, insbesondere weniger als 5 s. Als IR-Strahlungsquelle wird vorzugsweise eine Strahlungsquelle verwendet, bei der das Maximum der Strahlung bei einer Wellenlänge von vorzugsweise weniger als 5 μm, insbesondere weniger als 2 μm, normalerweise 1,2 μm und darüber, je nach Leistungsabgabe, liegt. Die aufgeschmolzene Befestigungsfläche des Kunststoffteiles wird dann gegen das Trägerteil gedrückt, um sich mit dessen Oberfläche zu verbinden.
  • Das Kunststoffteil kann aus irgendeinem thermoplastischen, auch aufgeschäumten, Kunststoff bestehen, z.B. PP, PA, PE, PC, ABS oder dergleichen, ebenso auch Gemischen dieser Kunststoffe. Das Kunststoffteil kann ein Spritzgussteil sein. Jedoch können beispielsweise auch geschäumte Kunststoff-Formteile, z.B. aus EPP (expandiertes Polypropylen) zum Einsatz kommen, die sich erfindungsgemäß ausgezeichnet verarbeiten lassen. Das Trägerteil kann ein vorgeformtes oder ebenes Innenverkleidungsteil sein, wie es z.B. im Automobilbau zum Einsatz kommt, also beispielsweise eine Hutablage oder Kofferraumabdeckung, Säulenverkleidung, Kofferraumauskleidung, Tür- oder Seitenverkleidung, Himmelverkleidung oder eine Instrumententafel. Außer im Automobilbereich kommen auch Innenverkleidungsteile in Flugzeugen und anderen Fahrzeugen für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage. Das Trägerteil kann aus einem Kunststoff oder einem Kunststoff – Naturfasergemisch bestehen, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einem duroplastischen Kunststoff, wie Polyurethan-Materialien, vorzugsweise ist es faserverstärkt, insbesondere mit Glasfasern.
  • An der Oberfläche, an der das Kunststoffteil befestigt wird, kann das Trägerteil mit eine Vliesschicht versehen sein. Die Vliesschicht kann z.B. aus einem Kunststoff, beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, bestehen, welche beim Anpressen der aufgeschmolzenen Befestigungsfläche des Spritzgussteils an das Trägerteil mitaufgeschmolzen wird bzw. als Haftvermittler dient. Bei einem Innenverkleidungsteil ist die Vliesschicht meistens auf der Rückseite vorgesehen. Die Vorderseite des Innenverkleidungsteils kann mit dem gewünschten Dekor versehen sein.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise getaktet durchgeführt, d.h. es erfolgt im Takt die Positionierung der IR-Strahlungsquelle zwischen Kunststoffteil und Trägerteil, Herausbewegen der IR-Strahlungsquelle aus dieser Position und Pressen des Kunststoffteiles und des Trägerteils gegeneinander. Die IR-Strahlung hat den Vorteil, dass gezielt nur die Befestigungsfläche des Spritzgussteils erwärmt werden kann und die IR-Strahlungsquelle taktgebunden ein- und ausgeschaltet werden, also nur während ihrer Positionierung zwischen Spritzgussteil und Trägerteil eingeschaltet ist, was zur Energieeinsparung beiträgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit einer Vorrichtung durchführbar, deren Herstellungskosten nur einen Teil der Kosten einer Vorrichtung zum Vibrations- oder Ultraschallschweißen betragen. Auch sind die Instandhaltungskosten wesentlich geringer. Zudem entstehen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weder am Kunststoffteil noch auf der Vorderseite des Trägerteils bzw. der Innenverkleidung optische Abmarkierungen.
  • Mitunter kann es von Vorteil sein, wenn auch jene Stellen des Trägerteils, an denen die Spritzgussteile angebracht werden, leicht vorgewärmt werden, um eine bessere Verschmelzung zu erzielen, beispielsweise mit der oder einer anderen IR-Strahlungsquelle, einem Warmluftgebläse oder dergleichen.
  • Da es vorkommen kann, dass beim Aufschmelzen der Befestigungsfläche des Kunststoffteiles Dämpfe entstehen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung gegebenenfalls mit einer Absaugeinrichtung versehen sein.
    •
  • Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
  • 1 und 2 die Vorrichtung während des Erwärmens des Kunststoffteiles bzw. Anpressen des Kunststoffteiles gegen das Trägerteil.
  • Gemäß 1 weist die Vorrichtung eine IR-Strahlungsquelle 1 aus mehreren, beispielsweise zwei Glühkörpern 2 auf, die in einem Gehäuse 3 angeordnet sind.
  • Das Kunststoffteil 4 befindet sich in einer Aufnahmeform 5, aus der lediglich die Fläche 6 ragt, die der IR-Strahlung der Strahlungsquelle 1 ausgesetzt ist, um sie aufzuschmelzen. Der übrige, durch die IR-Strahlung nicht erwärmte Teil 7 des Kunststoffteils 4 ist in einer Ausnehmung 8 in der Aufnahmeform 5 angeordnet. Die Ausnehmung 8 ist dazu passgenau entsprechend dem Kunststoffteil 4 ausgebildet.
  • Die Aufnahmeform 5 ist kühlbar ausgebildet. Dazu sind in ihr Kühlbohrungen 9 vorgesehen, die beispielsweise von Kühlwasser durchströmt werden. Um die Temperatur der Aufnahmeform 5 kontrollieren zu können, ist sie mit einem Temperaturfühler 11 versehen.
  • Das Trägerteil 12 kann an der dem Kunststoffteil 4 zugewandten Seite eine Vliesschicht 13 aufweisen. Das Trägerteil 12 wird nach dem Einlegen zwischen einer Aufnahme 14 und einem Niederhalter 15 eingespannt. In dem Bereich des Trägerteils 12, an dem das Kunststoffteil 4 befestigt wird, weist die Aufnahme 14 einen Freiraum oder eine Aussparung 16 auf. Der Niederhalter 15 ist in dem Bereich angeordnet, der dem Kunststoffteil 4 und damit der Aussparung 16 gegenüberliegt.
  • In der in 1 dargestellten Position, in der die IR-Strahlungsquelle 1 die Befestigungsfläche 6 des Kunststoffteils 4 zum Schmelzen erwärmt, befindet sich die IR-Strahlungsquelle 1 zwischen dem Trägerteil 12 in der Aufnahme 14 und dem Kunststoffteil 4 in der Aufnahmeform 5, und zwar im Bereich der Aussparung 16 der Aufnahme 14, wobei das Gehäuse 3 der IR-Strahlungsquelle 1 das Trägerteil 12 von der IR-Strahlung abschirmt. Wenn die Befestigungsfläche 6 aufgeschmolzen ist, wird die IR-Strahlungsquelle 1 entsprechend dem Doppelpfeil 17 aus der Position zwischen dem Trägerteil 12 in der Aufnahme 14 und dem Kunststoffteil 4 in der Aufnahmeform 5 herausbewegt. Danach wird entsprechend dem Doppelpfeil 18 das Kunststoffteil 4 in der Aufnahmeform 5 mit der aufgeschmolzenen Befestigungsfläche 6 gegen das mit dem Niederhalter 15 in der Aufnahme 14 eingespannte Trägerteil 12 gemäß 2 mit einer nicht dargestellten Einrichtung, beispielsweise einem Stempel, gepresst, um die Befestigungsfläche 6 des Kunststoffteils 4 mit der Vliesschicht 13 und dem Trägerteil 12 zu verschmelzen und dadurch das Spritzgussteil 4 an dem Trägerteil 12 zu befestigen.
  • Anschließend wird das Kunststoffteil 4 entformt und das Trägerteil 12 mit dem daran befestigten Kunststoffteil 4 aus der Aufnahme 14 entnommen.
  • In 1 und 2 ist dargestellt, dass das Kunststoffteil 4 von unten zugeführt wird. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einer Vorrichtung in gedrehter Anordnung durchgeführt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Befestigung eines Kunststoffteiles aus thermoplastischem Kunststoff an einem Trägerteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (4) mit kurzwelliger Infrarot-Strahlung an der Befestigungsfläche (6) aufgeschmolzen und mit der aufgeschmolzenen Befestigungsfläche (6) gegen das Trägerteil (12) gepresst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Infrarot-Strahlung verwendet wird, bei der das Maximum der Strahlung eine Wellenlänge von weniger als 5 μm aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarot-Strahlung taktgebunden beim Pressen des Kunststoffteiles (4) gegen das Trägerteil (12) abgeschaltet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (12) an der Oberfläche eine Vliesschicht (13) aufweist und die aufgeschmolzene Befestigungsfläche (6) des Kunststoffteiles (4) gegen die Vliesschicht (13) gepresst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (12) das Innenverkleidungsteil eine Kraftfahrzeuges bildet.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Infrarot-Strahlungsquelle (1), ein Aufnahme für das Kunststoffteil (4), mit welcher die Befestigungsfläche (6) des Kunststoffteiles (4) der Infrarot-Strahlungsquelle (1) aussetzbar ist, und eine Einrichtung zum Pressen des Kunststoffteiles (4) in der Aufnahme (5) gegen das Trägerteil (12).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarot-Strahlungsquelle (1) zum Aufschmelzen der Befestigungsfläche (6) des Kunststoffteil (4) in eine Position zwischen der Aufnahme für das Kunststoffteil (4) und dem Trägerteil (12) bewegbar und zum Pressen des Kunststoffteiles (4) gegen das Trägerteil (12) aus dieser Position herausbewegbar ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarot-Strahlungsquelle (1) ein Gehäuse (3) aufweist, das das Trägerteil (12) bei Positionierung der Infrarot-Strahlungsquelle (1) zwischen dem Kunststoffteil (4) und dem Trägerteil (12) vor der Infrarot-Strahlung abschirmt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme für das Kunststoffteil (4) durch eine Aufnahmeform (5) gebildet wird, aus der der Abschnitt des Kunststoffteils (4) mit der Befestigungsfläche (6) herausragt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeform (5) kühlbar ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeform (5) einen Temperaturfühler (11) aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine Aufnahme (14) für das Trägerteil (12), welche in dem Bereich des Trägerteils (12), gegen den das Kunststoffteil (4) gepresst wird, einen Freiraum (16) aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch einen Niederhalter (15) für das Trägerteil (12).
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (15) auf dem dem Kunststoffteil (4) gegenüberliegenden Bereich des Trägerteils (12) angeordnet ist.
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