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DE102011011215B4 - Verfahren zum Verbinden und Verbindung eines ersten Werkstückes mit einem zweiten Werkstück - Google Patents

Verfahren zum Verbinden und Verbindung eines ersten Werkstückes mit einem zweiten Werkstück Download PDF

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DE102011011215B4 DE102011011215.4A DE102011011215A DE102011011215B4 DE 102011011215 B4 DE102011011215 B4 DE 102011011215B4 DE 102011011215 A DE102011011215 A DE 102011011215A DE 102011011215 B4 DE102011011215 B4 DE 102011011215B4
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Abstract

Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstückes (2) aus einem schweißbaren Thermoplast mit einem zweiten zumindest teilweise aus einem geschäumten Thermoplast bestehenden Werkstück (3) durch eine formschlüssige Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem schweißbaren Thermoplast des ersten Werkstückes (2) verschweißbares artgleiches Material (4) in einem erwärmten fließfähigen Zustand über ein Injektionswerkzeug (6) mit einem erhitzten Applikationsteil (7), das durch das erste Werkstück (2) hindurch in das zweite Werkstück (3) durch einen Injektionskanal (5, 8) geführt wird, injiziert wird, dass mit dem erhitzten Applikationsteil (7) der zur Applizierung notwendige Injektionskanal (5) im zweiten Werkstück (3) gebildet wird, dass in dem zweiten Werkstück (3) ein gegenüber dem Durchmesser des Injektionskanals (8) vergrößerter Pfropfen (10) artgleichen Materials (4) gebildet wird, dessen anschließender im Durchmesser verkleinerter Bereich den Injektionskanal (5, 8) nach Zurückziehen des Injektionswerkzeuges (6) ausfüllt und mit dem ersten Werkstück (2) verschweißt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstückes aus einem schweißbaren Thermoplast mit einem zweiten zumindest teilweise aus einem geschäumten Thermoplast bestehenden Werkstück durch eine formschlüssige Verbindung.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verbindung eines ersten Werkstückes aus einem schweißbaren Thermoplast mit einem zweiten zumindest teilweise aus einem geschäumten Thermoplast bestehenden Werkstück, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werkstücke formschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Stand der Technik
  • Es besteht häufig das Problem, Werkstücke aus einem geschäumten Kunststoff mit guten Wärmeisolationseigenschaften aber relativ geringen Festigkeitswerten bzw. einer hohen Elastizität mit Werkstücken aus einem verschweißbaren Thermoplast höherer Festigkeit zu verbinden, um die Stabilität der so entstehenden Baueinheit zu erhöhen. Dies erweist sich insbesondere als schwierig, wenn die beiden Werkstücke erst nach einer getrennten Bearbeitung miteinander verbunden werden sollen.
  • Thermoplaste lassen sich bei Einwirkung von Wärme und Druck mit und ohne Zusatzwerkstoff miteinander verschweißen. Die zu verschweißenden Werkstoffe werden dabei über ihre Schmelztemperatur hinaus erwärmt und in einen fließfähigen Zustand gebracht. Da dies für unterschiedliche Kunststoffe bei verschiedenen Temperaturen geschieht, können neben artgleichen nur Kunststoffe mit ähnlichen Schmelzindizes gegeneinander verschweißt werden.
  • Aus der DE 68 11 999 U ist eine Verbundplatte aus Thermoplasten mit glasfaserverstärkten Kunststoffen bekannt. Dabei wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Thermoplast und dem glasfaserverstärkten Kunststoff durch Oberflächenprofile mit Hinterschneidungen am Thermoplast hergestellt.
  • Nachteilig dabei ist, dass die beiden Materialien nur als Verbundplatte weiterverarbeitet werden können und nicht jedes Werkstück für sich bearbeitbar ist.
  • Weiterhin ist aus der DE 66 08 587 U eine Verbindung eines Thermoplastteiles mit einem Duroplastteil bekannt. Dabei sind in dem Duroplastteil Ausnehmungen vorgesehen, die Formteile des im Spritz- oder Gießverfahren hergestellten Thermoplastteiles sind, wobei das Duroplast- und Thermoplastteil zusammen ein Bauteil bilden, die formschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Auch hierbei besteht der Nachteil, dass die beiden Werkstücke in einem gemeinsamen Verfahren hergestellt werden müssen und nicht separat für sich bearbeitet werden können. Ein nachträgliches Zusammenfügen zweier bearbeiteter Werkstücke scheidet damit auch hier aus.
  • Aus der DE 34 03 819 A1 ist ein Verfahren zur Verankerung eines Krafteinleitungselementes in einer Sandwichplatte bekannt, die aus einer starren Deckschicht als einem ersten Werkstück und aus einem Hartschaumkern als einem zweiten Werkstück besteht. Zur Aufnahme großer Lasten wird dabei ein als Dübel ausgebildetes Lastelement in dem Hartschaumkern des zweiten Werkstückes verankert.
  • Nachteilig dabei ist, dass zunächst von dem ersten Werkstück/starre Deckschicht her in den Hartschaumkern des zweiten Werkstückes mit einem entsprechenden Spezialwerkzeug eine sich nach innen kegelförmig erweiternde Ausnehmung eingeschnitten werden muss. Anschließend wird in die zugehörige Öffnung des ersten Werkstückes/Deckschicht abdichtend das Krafteinleitungselement eingesetzt und der verbleibende Hohlraum im Hartschaumkern mit einer aushärtenden Masse verfüllt. Als aushärtbare Masse soll sich dabei besonders eine mineralische Vergussmasse (Injektionsmörtel) oder auch ein Kunststoff eignen. Der Injektionsmörtel wird dabei über die Aufnahmeöffnung des Dübels und weiter über eine seitliche Öffnung in der Dübelwandung der Ausnehmung zugeführt.
  • Aus der US 3 492 381 A ist es bekannt, in einem Werkstück aus einem geschäumten Material, beispielsweise einem Polyurethanschaum, zum Verbinden mit einem anderen Teil durch Schrauben, Bolzen oder ähnliches dem Schaumstoff unter Verdrängung von umliegendem Schaumstoff ein flüssiges aushärtbares Material zu injizieren.
  • Nachteilig dabei ist, dass in das injizierte Material entweder eine Schraube direkt eingedreht werden muss oder dass das Material über ein schraubenförmiges Applikationsteil injiziert und das Applikationsteil herausgeschraubt wird, sodass ein Gewinde entsteht über das später eine Schraube oder ähnliches eingeschraubt werden kann.
  • Aufgabenstellung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw. eine Verbindung anzugeben, die es insbesondere ermöglicht, ein bearbeitetes Werkstück aus einem verschweißbaren Thermoplast mit einem bearbeiteten Werkstück aus einem geschäumten Thermoplast zu verbinden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass ein mit dem schweißbaren Thermoplast des ersten Werkstückes verschweißbares artgleiches Material in einem erwärmten fließfähigen Zustand über ein Injektionswerkzeug mit einem erhitzten Applikationsteil, das durch das erste Werkstück hindurch in das zweite Werkstück durch einen Injektionskanal geführt wird, injiziert wird, dass mit dem erhitzten Applikationsteil der zur Applizierung notwendige Injektionskanal im zweiten Werkstück gebildet wird, dass in dem zweiten Werkstück ein gegenüber dem Durchmesser des Injektionskanals vergrößerter Pfropfen artgleichen Materials gebildet wird, dessen anschließender im Durchmesser verkleinerter Bereich den Injektionskanal nach Zurückziehen des Injektionswerkzeuges ausfüllt und mit dem ersten Werkstück verschweißt.
  • Dadurch, dass mit dem erhitzten Applikationsteil der zur Applizierung notwendige Injektionskanal im zweiten Werkstück gebildet wird, kann auf ein kompliziertes Spezialwerkzeug zur Herstellung des Injektionskanals im zweiten Werkstück verzichtet werden.
  • Das dem schweißbaren Thermoplast des ersten Werkstückes artgleiche Material bildet in dem geschäumten Material unter Verdrängung des umgebenden Materials im geschäumten Bereich einen vergrößerten Pfropfen, dessen im Durchmesser verkleinerter Bereich den Injektionskanal sowohl im zweiten Werkstück als auch im ersten Werkstück ausfüllt und im Bereich des ersten Werkstückes mit dem ihn umgebenden Werkstoff verschweißt. Dadurch kann relativ einfach und sicher eine nachträgliche formschlüssige Verbindung zwischen den Werkstücken hergestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Injektionswerkzeug mit einem freien Ende eines hohlzylindrischen Applikationsteils in eine Endposition im geschäumten Bereich des zweiten Werkstücks gebracht, wobei über mindestens eine Öffnung des Applikationsteiles das artgleiche Material zur Bildung des Pfropfens injiziert wird und während des Zurückziehens des Applikationsteiles ein stielförmiges Verbindungsstück aus dem plastifizierten Material gebildet wird, dessen Ende mit dem ersten Werkstück über eine Schweißverbindung verbunden wird. Dadurch, dass das artgleiche Material erst in einer Endposition des Applikationsteiles im geschäumten Bereich des zweiten Werkstückes injiziert wird, kann sich durch Einspritzen bzw. Injizieren einer entsprechenden Menge des artgleichen Materials unter Verdrängung des geschäumten Materials der vergrößerte Pfropfen bilden, der beim Zurückziehen des Applikationsteiles unter weiterer Zuführung des artgleichen Materials in ein stielförmiges Verbindungsstück, dessen Ende mit dem ersten Werkstück über eine Schweißverbindung verbunden ist, übergehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das artgleiche Material über mindestens eine seitliche Öffnung des an seiner Stirnfläche geschlossenen Applikationsteiles injiziert. Durch eine oder mehrere seitliche Öffnungen des an seiner Stirnfläche geschlossenen Applikationsteiles erfolgt relativ schnell und formgünstig die Bildung des vergrößerten Pfropfens.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Applikationsteil in einer wendelförmigen Bewegung zurückgezogen. Durch die wendelförmige Bewegung wird der vergrößerte Pfropfen als ein korkenzieherähnliches Knäuel ausgebildet, was zu einer erhöhten formschlüssigen Verbindung führt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mit dem erhitzten Applikationsteil der zur Applizierung notwendiger Injektionskanal im ersten Werkstück gebildet. Je nach Ausbildung des ersten Werkstückes, kann auf die vorhergehende Ausbildung von Injektionskanälen im ersten Werkstück verzichtet werden, wobei der notwendige Kanal erst durch das erhitzte Applikationsteil erzeugt wird. Es ist aber auch möglich, das vor dem Injizieren des artgleichen Materials das erste Werkstück mit Injektionskanälen versehen wird, die auf den Außendurchmesser des Applikationsteiles abgestimmt sind.
  • Die Aufgabe bezüglich der Verbindung wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 7 dadurch gelöst, dass das erste Werkstück mindestens einen von einem artgleichen Material ausgefüllten Applikationskanal aufweist, in dem das artgleiche Material mit dem ersten Werkstück verschweißt ist, dass das artgleiche Material in dem zweiten Werkstück ein stielförmiges Verbindungsstück bildet, dass das Verbindungsstück in dem zweiten Werkstück in einen Pfropfen mit größerem Durchmesser als das Verbindungsstück des artgleichen Materials übergeht, und dass das artgleiche Material mit seinem Pfropfen das zweite Werkstück formschlüssig mit dem ersten Werkstück verbindet.
  • Durch den Pfropfen im zweiten Werkstück, der über das Verbindungsstück mit kleinerem Durchmesser mit dem ersten Werkstück verbunden, d. h. verschweißt ist, besteht zwischen dem ersten Werkstück und dem zweiten Werkstück eine sichere formschlüssige Verbindung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste Werkstück und das artgleiche Material aus einem Polypropylen ausgebildet. Das zweite Werkstück besteht beispielsweise aus einem mit dem Material des ersten Werkstückes nicht verschweißbaren Material, das bevorzugt ein Polyethylenschaumstoff sein kann.
  • Die Zuführung des Materials über das Injektionswerkzeug wird volumen- und zeitabhängig gesteuert. Ebenfalls wird die Bewegung und Positionierung des Injektionswerkzeuges und seines Applikationsteiles sowie Druck und Temperatur durch eine Steuer- und Regeleinrichtung überwacht.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1: eine Seitenansicht im Schnitt und Ausriss eines ersten Werkstückes und eines zweiten Werkstückes mit einem Außereingriff stehenden Injektionswerkzeug,
  • 2: eine weitere Seitenansicht der Werkstücke von 1 mit einem teilweise in das erste Werkstück eingeführten Injektionswerkzeug,
  • 3: eine Seitenansicht der Werkstücke von 1 mit dem in einer Endposition in das zweite Werkstück eingeführten Injektionswerkzeug,
  • 4: eine Seitenansicht der Werkstücke von 3 mit aus dem Applikationsteil des Injektionswerkzeuges austretendem artgleichen Material von dem ersten Werkstück,
  • 5: eine weitere Seitenansicht der Werkstücke von 4 mit einem bereits gebildeten Pfropfen,
  • 6: eine weitere Ansicht der Werkstücke von 5 mit teilweise zurückgezogenem Injektionswerkzeug,
  • 7: eine weitere Seitenansicht der Werkstücke von 6 mit Außereingriff stehendem Injektionswerkzeug und
  • 8: eine Seitenansicht der Werkstücke der 1 bis 7 in verbundenen Zustand ohne Injektionswerkzeug mit geglätteter Oberfläche des artgleichen Materials vom ersten Werkstück.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Eine Verbindung 1 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Werkstück 2, einem zweiten Werkstück 3 und einem artgleichen Material 4.
  • Das erste Werkstück 2 besteht aus einem schweißbaren Thermoplast; im Ausführungsbeispiel einem Polypropylen. Das zweite Werkstück 3 besteht aus einem thermoplastischen Schaumstoff; im Ausführungsbeispiel einem Polyetherschaumstoff.
  • Entsprechend den 1 bis 8 weist das erste Werkstück 2 bereits einen Injektionskanal 5 auf.
  • Zum Verbinden der beiden Werkstücke 2, 3 wird ein Injektionswerkzeug 6 mit seinem Applikationsteil 7 in den auf seinem Durchmesser abgestimmten Injektionskanal 5 des ersten Werkstückes 2 und weiter unter Bildung eines Injektionskanales 8 in das zweite Werkstück 3 bis zu einer Endstellung (siehe 3) eingeführt. Hierbei ist das Applikationsteil 7 des Injektionswerkzeuges 6 erhitzt. Nach Erreichen der Endstellung des Injektionswerkzeuges 6 wird über das Applikationsteil 7 plastifiziertes artgleiches Material 4 vom ersten Werkstück 2 durch eine seitliche Öffnung 9 in das zweite Werkstück 3 injiziert, wobei zur Bildung eines räumlichen Pfropfens 10 das Applikationsteil 7 bevorzugt um seine Längsachse 11 gedreht wird (siehe 4 bis 6). Insbesondere wird das Applikationsteil 7 während der Injektion des artgleichen Materials 4 wendelförmig aus dem Injektionskanal 5, 8 zurückgezogen.
  • Nach Bildung des Pfropfens 10 wird bei dem Zurückziehen des Applikationsteiles 7 der freiwerdende Injektionskanal 8, 5 mit dem artgleichen Material 4 unter Bildung eines stielförmigen Verbindungsstückes 12 zwischen dem Pfropfen 10 und dem Injektionskanal 5 ausgefüllt. Im Bereich des Injektionskanales 5 findet zwischen dem artgleichen Material 4 und dem Material des ersten Werkstückes 2 eine Verschweißung statt. Außerhalb des ersten Werkstückes 2 bildet sich durch das Material 4 eine nicht dargestellte Erhebung, die leicht auf die Ebene der Außenfläche 13 des ersten Werkstückes 2 abgeflacht oder geglättet werden kann.
  • Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 8 sind die Werkstücke 2, 3 als Plattenelemente ausgebildet.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbindung
    2
    erstes Werkstück
    3
    zweites Werkstück
    4
    artgleiches Material
    5
    Injektionskanal von 2
    6
    Injektionswerkzeug
    7
    Applikationsteil von 6
    8
    Injektionskanal von 3
    9
    seitliche Öffnung von 7
    10
    Pfropfen
    11
    Längsachse von 7
    12
    Verbindungsstück
    13
    Außenfläche von 2

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstückes (2) aus einem schweißbaren Thermoplast mit einem zweiten zumindest teilweise aus einem geschäumten Thermoplast bestehenden Werkstück (3) durch eine formschlüssige Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem schweißbaren Thermoplast des ersten Werkstückes (2) verschweißbares artgleiches Material (4) in einem erwärmten fließfähigen Zustand über ein Injektionswerkzeug (6) mit einem erhitzten Applikationsteil (7), das durch das erste Werkstück (2) hindurch in das zweite Werkstück (3) durch einen Injektionskanal (5, 8) geführt wird, injiziert wird, dass mit dem erhitzten Applikationsteil (7) der zur Applizierung notwendige Injektionskanal (5) im zweiten Werkstück (3) gebildet wird, dass in dem zweiten Werkstück (3) ein gegenüber dem Durchmesser des Injektionskanals (8) vergrößerter Pfropfen (10) artgleichen Materials (4) gebildet wird, dessen anschließender im Durchmesser verkleinerter Bereich den Injektionskanal (5, 8) nach Zurückziehen des Injektionswerkzeuges (6) ausfüllt und mit dem ersten Werkstück (2) verschweißt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionswerkzeug (6) mit einem freien Ende des hohlzylindrischen Applikationsteils (7) in eine Endposition im geschäumten Bereich des zweiten Werkstücks (3) gebracht wird, dass über mindestens eine Öffnung (9) des Applikationsteiles (7) das artgleiche Material (4) zur Bildung des Pfropfens (10) injiziert wird und während des Zurückziehens des Applikationsteiles (7) ein stielförmiges Verbindungsstück (12) aus dem plastifizierten Material (4) gebildet wird, dessen Ende mit dem ersten Werkstück (2) über eine Schweißverbindung verbunden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das artgleiche Material (4) über mindestens eine seitliche Öffnung (9) des an seiner Stirnfläche geschlossenen Applikationsteiles (7) injiziert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Applikationsteil (7) in einer wendelförmigen Bewegung zurückgezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem erhitzten Applikationsteil (7) der zur Applizierung notwendige Injektionskanal (5) im ersten Werkstück (2) gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Injizieren des artgleichen Materials (4) das erste Werkstück (2) mit Injektionskanälen (5) versehen wurde, die auf den Außendurchmesser des Applikationsteiles (7) abgestimmt sind.
  7. Verbindung eines ersten Werkstückes (2) aus einem schweißbaren Thermoplast mit einem zweiten zumindest teilweise aus einem geschäumten Thermoplast bestehenden Werkstück (3), hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werkstücke (2, 3) formschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (2) mindestens einen von einem artgleichen Material (4) ausgefüllten Injektionskanal (5) aufweist, in dem das artgleiche Material (4) mit dem ersten Werkstück (2) verschweißt ist, dass das artgleiche Material (4) in dem zweiten Werkstück (3) ein stielförmiges Verbindungsstück (12) bildet, dass das Verbindungsstück (12) in dem zweiten Werkstück (3) in einen Pfropfen (10) mit größerem Durchmesser als das Verbindungsstück (12) des artgleichen Materials (4) übergeht, und dass das artgleiche Material (4) mit seinem Pfropfen (10) das zweite Werkstück (3) formschlüssig mit dem ersten Werkstück (2) verbindet.
  8. Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkstück (2) und das artgleiche Material (4) aus einem Polypropylen ausgebildet sind.
  9. Verbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkstück (3) aus einem mit dem Material des ersten Werkstückes (2) nicht verschweißbaren Material ausgebildet ist.
  10. Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des zweiten Werkstückes (3) ein Polyethylenschaumstoff ist.
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