DE102023201009A1 - Method for producing a component composite - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteileverbunds (10), bei dem ein Bauteileverbund (100), der aus einem zumindest im Bereich wenigstens einer Fügefläche (14) mit einer Strukturierung (16) versehenen ersten Bauteil (11) mit einem aus Kunststoff bestehenden zweiten Bauteil (12) besteht, wobei der Kunststoff des zweiten Bauteils (12) mit der Strukturierung (16) des ersten Bauteils (11) eine Formschlussverbindung ausbildet, wobei das erste Bauteil (11) des bestehenden Bauteileverbunds (100) mit einem neuen, aus Kunststoff bestehenden zweiten Bauteil (12a) verbunden wird.The invention relates to a method for producing a component composite (10), in which a component composite (100) consisting of a first component (11) provided with a structure (16) at least in the region of at least one joining surface (14) with a second component (12) made of plastic, wherein the plastic of the second component (12) forms a positive connection with the structure (16) of the first component (11), wherein the first component (11) of the existing component composite (100) is connected to a new second component (12a) made of plastic.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteileverbunds, bei dem ein bestehender Bauteileverbund, der aus einem metallischen ersten Bauteil besteht, das eine Strukturierung aufweist, in dessen Bereich ein zweites, aus Kunststoff bestehendes Teil angeordnet ist, unter Nutzung des ursprünglichen ersten Bauteils und eines neuen zweiten Bauteils wiederverwendet werden kann.The invention relates to a method for producing a component assembly in which an existing component assembly consisting of a metallic first component having a structure in the region of which a second part made of plastic is arranged can be reused using the original first component and a new second component.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteileverbunds mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das aus Metall bestehende erste Bauteil des Bauteileverbunds im Sinne eines Recyclings wiederverwendet werden kann, indem es mit einem neuen zweiten Bauteil gefügt und zu einem neuen Bauteileverbund zusammengesetzt wird.The method according to the invention for producing a component composite with the features of claim 1 has the advantage that the first component of the component composite consisting of metal can be reused in the sense of recycling by joining it with a new second component and assembling it to form a new component composite.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das aus Kunststoff bestehende zweite Bauteil des bisherigen bzw. ursprünglichen Bauteileverbunds von dem metallischen ersten Bauteil derart zu trennen, dass im Bereich der Fügefläche die Strukturierung zumindest teilweise erhalten bleibt, wobei beim Trennprozess der Kunststoff aus der Strukturierung des ersten Bauteils zum größten Teil entfernt wird. Dadurch steht die Kontakt- bzw. Fügefläche mit ihrer Strukturierung zur Ausbildung des neuen Bauteileverbunds zur Verfügung, wobei gegebenenfalls noch in der Strukturierung des bisherigen ersten Bauteils vorhandenes Kunststoffmaterial beim Fügen mit dem neuen zweiten Bauteil verflüssigt wird und sich mit dem Kunststoff des neuen zweiten Bauteils vermischt und dadurch eine stoffschlüssige Verbindung eingeht.The invention is based on the idea of separating the second component of the previous or original component assembly, which is made of plastic, from the metallic first component in such a way that the structure is at least partially retained in the area of the joining surface, with most of the plastic being removed from the structure of the first component during the separation process. The contact or joining surface with its structure is thus available for forming the new component assembly, with any plastic material still present in the structure of the previous first component being liquefied when joining with the new second component and mixing with the plastic of the new second component, thereby forming a material bond.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteileverbunds mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass ein Bauteileverbund, der aus einem ersten, zumindest im Bereich wenigstens einer Fügefläche mit einer Strukturierung versehenen Bauteil und einem zweiten, aus Kunststoff bestehenden Bauteil besteht, wobei der Kunststoff des zweiten Bauteils mit der Strukturierung des ersten Bauteils eine Formschlussverbindung ausbildet, und wobei das erste Bauteil des bestehenden Bauteileverbunds mit einem neuen zweiten, aus Kunststoff bestehenden Bauteil verbunden wird, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: Zunächst erfolgt ein Trennen der beiden Bauteile des bisherigen, bestehenden Bauteileverbunds. Anschließend erfolgt ein Erwärmen des bestehenden ersten Bauteils im Bereich der wenigstens einen Fügefläche auf eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des Materials des zweiten, neuen Bauteils liegt. Zuletzt erfolgt ein Verbinden des bestehenden ersten Bauteils mit dem neuen zweiten Bauteil durch Verpressen der beiden Bauteile im Bereich der wenigstens einen Fügefläche, wobei das Material des neuen zweiten Bauteils im Bereich der wenigstens einen Fügefläche lokal aufgeschmolzen wird und in die Strukturierung des ersten Bauteils eindringt und/oder sich mit Restmaterial des ursprünglichen zweiten Bauteils vermischt.Against the background of the above explanations, it is therefore provided in a method according to the invention for producing a component assembly with the features of claim 1 that a component assembly consisting of a first component provided with a structure at least in the region of at least one joining surface and a second component made of plastic, wherein the plastic of the second component forms a positive connection with the structure of the first component, and wherein the first component of the existing component assembly is connected to a new second component made of plastic, wherein the method comprises at least the following steps: First, the two components of the previous, existing component assembly are separated. The existing first component is then heated in the region of the at least one joining surface to a temperature that is above the melting point of the material of the second, new component. Finally, the existing first component is connected to the new second component by pressing the two components together in the region of the at least one joining surface, wherein the material of the new second component is locally melted in the region of the at least one joining surface and penetrates into the structure of the first component and/or mixes with residual material of the original second component.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteileverbunds sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the method according to the invention for producing a component composite are set out in the subclaims.
Beim Trennen des zweiten, ursprünglichen Bauteils von der Fügefläche des ersten Bauteils ist es wesentlich, dass möglichst viel Material aus der Strukturierung des ersten Bauteils entfernt wird. Um dies ohne rein mechanische und/oder chemische Prozessschritte zu ermöglichen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trennen der beiden Bauteile durch Erwärmen der wenigstens einen Fügefläche des ersten Bauteils auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Materials des zweiten Bauteils und mechanisches Trennen der beiden Bauteile erfolgt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Kunststoff des ursprünglichen zweiten Bauteils thermisch von der Fügefläche entfernt wird. Hierzu kann die wenigstens eine Fügefläche entweder lokal oder global erwärmt werden. Diese Erwärmung kann mittels eines Ofenprozesses, durch IR- oder Laserstrahlung, durch mechanische Reibung, durch Induktion oder durch andere übliche Verfahren erfolgen.When separating the second, original component from the joining surface of the first component, it is essential that as much material as possible is removed from the structure of the first component. In order to make this possible without purely mechanical and/or chemical process steps, it is preferably provided that the separation of the two components takes place by heating the at least one joining surface of the first component to a temperature above the melting temperature of the material of the second component and mechanically separating the two components. In other words, this means that the plastic of the original second component is thermally removed from the joining surface. For this purpose, the at least one joining surface can be heated either locally or globally. This heating can take place by means of an oven process, by IR or laser radiation, by mechanical friction, by induction or by other conventional methods.
Bevorzugt ist jedoch, dass zum Erwärmen des bestehenden ersten Bauteils lediglich das bestehende erste Bauteil erwärmt wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass durch eine lokale Erwärmung lediglich des ersten Bauteils im Bereich der wenigstens einen Fügefläche vermieden wird, dass beispielsweise von der Fügefläche beabstandetes Kunststoffmaterial des zweiten Bauteils zu sehr erwärmt wird, was das sich anschließende mechanische Trennen des zweiten Bauteils vom ersten Bauteil erschweren würde.However, it is preferred that only the existing first component is heated to heat the existing first component. In other words, this means that by means of a local Heating only the first component in the region of the at least one joining surface avoids, for example, plastic material of the second component which is spaced apart from the joining surface being heated too much, which would make the subsequent mechanical separation of the second component from the first component more difficult.
Bevorzugt findet das Verfahren Verwendung bei Strukturierungen, die an dem ersten Bauteil eine von einer Nanostruktur überlagerte Mikrostruktur aufweist. Dies deshalb, weil eine derartige Strukturierung auch ohne zusätzliche Hilfsstoffe (Haftvermittler) einen mediendichten und festen Bauteileverbund ausbilden können und im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch beim erneuten Fügen mit einem zweiten Bauteil keinerlei Behandlung der wenigstens einen Fügefläche erfordern.The method is preferably used for structuring which has a microstructure superimposed by a nanostructure on the first component. This is because such structuring can form a media-tight and solid component bond even without additional auxiliary materials (adhesion promoters) and, in connection with the method according to the invention, does not require any treatment of the at least one joining surface even when rejoining with a second component.
Bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn das erste Bauteil aus Stahl bzw. einer Stahllegierung oder aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung besteht.It is further preferred if the first component consists of steel or a steel alloy or of aluminium or an aluminium alloy.
Mit Blick auf gegebenenfalls in der Strukturierung des ersten Bauteils noch anhaftendes Restmaterial des ursprünglichen zweiten Bauteils ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn der Kunststoff des bisherigen zweiten Bauteils und des neuen zweiten Bauteils aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Thermoplast besteht.With regard to any residual material from the original second component that may still be adhering to the structuring of the first component, it is also advantageous if the plastic of the previous second component and the new second component are made of the same material, in particular a thermoplastic.
Ganz besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn das Material des ersten Bauteils lediglich im Bereich der wenigstens einen Fügezone erwärmt wird. Dies ermöglicht eine Minimierung des benötigten Energieaufwands.It is also particularly preferred if the material of the first component is only heated in the area of the at least one joining zone. This enables the required energy expenditure to be minimized.
Mit Blick auf den zuletzt gemachten Vorschlag ist es vorgesehen, dass als Wärmequelle eine Laserstrahlquelle oder eine Infrarotquelle verwendet wird.With regard to the last proposal, it is intended that a laser beam source or an infrared source will be used as the heat source.
Die Erfindung betrifft ferner einen Bauteileverbund, der aus einem zumindest im Bereich wenigstens einer Fügefläche mit einer Strukturierung versehenen ersten Bauteil mit einem aus Kunststoff bestehenden zweiten Bauteil und mit Restmaterial eines ursprünglichen zweiten Bauteils im Bereich der Fügefläche besteht. Vorzugsweise ist der Bauteilverbund durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt. Insbesondere ist das Restmaterial ein Kunststoff. Vorzugsweise hat sich der Kunststoff des zweiten Bauteils mit dem Kunststoff des Restmaterial vermischt. Durch gängige analytische Verfahren kann man nachweisen, Dass sich in der Fügefläche Kunststoffe von zwei unterschiedlichen Fügeverfahren befinden lässt sich durch analytische Verfahren nachweisen. Darüber hinaus ergeben sich charakteristische Formen beim erneuten Fügen durch den Kunststoff des neuen zweiten Bauteils und dem Kunststoff des Restmaterials des ursprünglichen zweiten Bauteils, die durch Schnitte und Mikroskopie darstellbar sind.The invention further relates to a component assembly which consists of a first component provided with a structure at least in the region of at least one joining surface, with a second component made of plastic and with residual material from an original second component in the region of the joining surface. The component assembly is preferably produced by the method described above. In particular, the residual material is a plastic. Preferably, the plastic of the second component has mixed with the plastic of the residual material. It can be proven using common analytical methods that plastics from two different joining processes are present in the joining surface. In addition, characteristic shapes arise when the plastic of the new second component and the plastic of the residual material of the original second component are joined again, and these can be shown using sections and microscopy.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
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1 bis3 zeigen in jeweils vereinfachten Längsschnitten unterschiedliche, zeitlich aufeinanderfolgende Schritte zum Ausbilden eines neuen Bauteileverbunds aus einem bestehenden Bauteileverbund und1 until3 show in simplified longitudinal sections different, chronologically successive steps for forming a new component assembly from an existing component assembly and -
4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.4 a flow chart to explain the method according to the invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.
In der
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Bauteil 11 im dargestellten Zeichnungsausschnitt plattenförmig ausgebildet, während das zweite Bauteil 12 in Art eines Deckels o.ä. Element ausgebildet ist, sodass der Bauteilverbund 100 zwischen den beiden Bauteilen 11, 12 einen Innenraum 15 umschließt, in dem beispielsweise nicht dargestellte (elektronische) Bauelemente o.ä. angeordnet sind. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Form der beiden Bauteile 11, 12 dem jeweiligen Anwendungszweck anzupassen.In the illustrated embodiment, the
Im Bereich der wenigstens einen Fügefläche 14 weist das erste Bauteil 11 eine Strukturierung 16 auf, die aus einer von einer Nanostruktur überlagerten Mikrostruktur besteht. Während die Strukturelemente der Nanostruktur somit Strukturgrößen zwischen 1nm oder 999nm aufweisen, haben die der Strukturelemente der Mikrostruktur eine Größe zwischen 1µm und 999µm.In the area of the at least one joining
Bezüglich der Herstellung einer derartigen Strukturierung 16 wird insbesondere auf die
Beispielsweise zu Reparaturzwecken, wenn in dem Innenraum 15 des Bauteileverbunds 100 ein defektes Bauelement ausgetauscht werden soll, oder aber um das erste Bauteil 11 nochmals verwenden zu können, beispielsweise bei einem beschädigten Bauteil 12, ist es vorgesehen, das erste Bauteil 11 des bereits bestehenden Bauteileverbunds 100 nochmals zu verwenden, während anstelle des (ursprünglichen) zweiten Bauteils 12 ein neues zweites Bauteil 12a oder aber ein anderes zweites Bauteil 12a verwendet werden soll, dessen Form sich gegebenenfalls von der Form des ursprünglichen zweiten Bauteils 12 unterscheidet.For example, for repair purposes, if a defective component is to be replaced in the
Mit Blick auf die Ausbildung eines derartigen, in der
Zunächst wird entsprechend der Darstellung der
Anschließend wird das zweite Bauteil 12 in einem zweiten Prozessschritt 102 auf mechanischem Wege von dem ersten Bauteil 11 getrennt, was durch die senkrecht zur Ebene der wenigstens einen Fügefläche 14 verlaufende Kraft F in der
In der
Hierbei erkennt man insbesondere, dass gegebenenfalls im Bereich der wenigstens einen Fügefläche 14 Kunststoffmaterial 18 des ursprünglichen zweiten Bauteils 12 verblieben ist, welches sich nicht von der wenigstens einen Fügefläche 14 bzw. aus der Strukturierung 16 trennen ließ. Dieses Kunststoffmaterial 18 ist somit weiterhin in einer Formschlussverbindung mit der wenigstens einen Fügefläche 14 bzw. der Strukturierung 16 angeordnet.In this case, it can be seen in particular that
Zu Ausbildung des neuen Bauteileverbunds 10 wird anschließend in einem dritten Prozessschritt 103 das ursprüngliche erste Bauteil 11 zumindest im Bereich der wenigstens eine Fügefläche 14 nochmals erwärmt bzw. die Restwärme des Bauteils 11 ausgenutzt. Zum Erwärmen des ersten Bauteils 11 können grundsätzlich unterschiedlichste Wärmequellen verwendet werden, entweder die bereits zum Entformen des ursprünglichen zweiten Bauteils 12 von dem ersten Bauteils 11 verwendeten Wärmequellen, oder aber Wärmequellen, die das erste Bauteil 11 nicht nur im Bereich der wenigstens einen Fügefläche 14, sondern insgesamt gesehen aufwärmen.To form the
Wesentlich dabei ist, dass das Aufwärmen der wenigstens einen Fügefläche 14 am ersten Bauteil 11 auf eine Temperatur erfolgt, die wenigstens der Schmelztemperatur des Materials des neuen zweiten Bauteils 12a entspricht. Sobald dies erfolgt ist, werden das ursprüngliche erste Bauteil 11 und das neue zweite Bauteil 12a im Bereich der wenigstens einen Fügefläche 14 entsprechend der Darstellung der
Das soweit beschriebene Verfahren zum Herstellen eines neuen Bauteileverbunds 10 aus einem ursprünglichen Bauteileverbund 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The method described so far for producing a
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2307187 B1 [0002, 0020]EP 2307187 B1 [0002, 0020]
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| DE102023201009.7A DE102023201009A1 (en) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | Method for producing a component composite |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2307187B1 (en) | 2008-07-28 | 2012-10-31 | Robert Bosch GmbH | Component composite and method for manufacturing a component composite |
| EP2714372B1 (en) | 2011-05-25 | 2015-07-15 | Fokker Aerostructures B.V. | Method for bonding a thermoplastic polymer to a thermosetting polymer component |
-
2023
- 2023-02-08 DE DE102023201009.7A patent/DE102023201009A1/en active Pending
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| EP2307187B1 (en) | 2008-07-28 | 2012-10-31 | Robert Bosch GmbH | Component composite and method for manufacturing a component composite |
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