DE3341929A1

DE3341929A1 - Verfahren zum loesbaren verbinden von kunststoffteilen mit metallteilen mittels einer durch klebung hergestellten formschluessigen schnappverbindung (kraftformschlussverbindung)

Info

Publication number: DE3341929A1
Application number: DE19833341929
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Beitz; Helmut Prof. Dr. 4020 Mettmann Käufer; Teja Dipl.-Ing. 4230 Wesel Vogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1983-11-21
Publication date: 1985-05-30
Also published as: DE3341929C2

Description

Beschreibung der Erfindung zur Patentanmeldung
"Verfahren zum lösbaren Verbinden von Kunststoffteilen mit Metallteilen mittels einer durch Klebung hergestellten formschlüssigen Schnappverbindung (Kraftformschlußverbindung)".
Die Erfindung betrifft die Gestaltung und Herstellung einer Verbindung zwischen Kunststoff- und Metallteilen mittels schnappbarer Formschlußverbindungen, die durch elastische oder elastisch-plastische Verformung des Kunststoffteils (vorzugsweise aus Plastomeren hergestellt) einen oder mehrere Ftigevorgänge und auch wieder einen oder mehrere Lösungsvorgange ermöglichen.
Solche Schnappverbindungen, deren Wirkprinzip aus Fig, 1 hervorgeht, sind in einer großen Variantenfülle zum Verbinden von Kunststoffteilen bekannt und hinsichtlich ihres Tragverhaltens eingehend untersucht /1,2/.Das Wirkprinzip beruht auf der Möglichkeit, durch elastische und möglicherweise partiell plastische Verformungen eines oder beider Fügeteile während des Fügevorgangs ein Ineinanderschnappen von Konkav- und Konvexteil zu erreichen (Fig. 1/2). Die nach dem Fügen von der Verbindung übertragbare Kraft (Trennkraft in Löserichtung) ergibt sich aus den elastischen Reaktionskräften des Formschlusses (Keilprinzip) und den wirksamen Reibungskräften an den Wirkflächenpaaren. Sind beide zu verbindenden Fügeteile aus Kunststoff, so können die für den Formschluß erforderlichen Konkav- und Konvexprofile problemlos und kostengünstig durch Spritzgießen oder Extrudieren hergestellt werden.
Ist ein Fügepartner dagegen aus Metall, so wird dessen Profilierung, z.B. durch Umformen, in der Herstellung sehr viel aufwendiger. Hier setzt die Erfindung an, die zum Ziel hat, auch glatte Bleche oder prismatische Teile aus Metall mit elastischen Kunststoffteilen durch eine formschlüssige Schnappverbindung zu verbinden. Dabei soll gemäß Fig. 2 das Konkavprofil der Schnappverbindung im Kunststoffteil (a) angeordnet und hergestellt sein, während das zum Formschluß notwendige Konvexprofil so hergestellt wird, daß das zunächst glatte, unprofilierte Metallteil (b) in das Kunststoffprofil eingeschoben (Fig. 2/1) und mit diesem mittels hochfestem Kleber (c) so verklebt wird, daß auf der Metallseite eine hohe Adhäsionsfestigkeit, auf der Kunststoffseite dagegen keine oder nur eine niedrige Adhäsionsfestigkeit erzielt wird (Fig. 2/2). Durch dieses Verfahren entstehen mittels Kleber (c) am Metallteil (b) ein oder mehrere Konvexprofile (d), die als Schnappelemente zum Kunststoff-Konkavteil genutzt werden können. Beim Lösen der Verbindung haftet der Kleber (c) bzw. das durch Klebstoff gebildete Profil (d) fest auf der Metallseite, während auf der Kunststoffseite ein leichtes Lösen und elastisches Aufbiegen des Kunststoffprofils möglich ist (Fig. 2/3).
Eine solche Verbindung eignet sich dann zum wiederholten Lösen und Fügen beider Fügepartner.
Eine derartige Profilierung des Metallteils ist billig herzustellen und gestattet einen großen Gestaltungsfreiraum, da das Profil nur am Kunststoffteil durch Umformen oder spanende Bearbeitung hergestellt werden muß. Voraussetzung ist eine hohe Eigenfestigkeit des Klebers und dessen hohe Bindefestigkeit zum Metallteil, beides Eigenschaften, die bei der heutigen Klebetechnologie zu erreichen sind.
Gemäß Fig. 2.4 ist es auch möglich, Metallteile (b) miteinander durch ein profiliertes Kunststoff-Zwischenstück (e) oder gemäß Fig. 2/5 Kunststoffteile (a) miteinander durch ein Metall-Zwischenstück (f) zu verbinden.
Erkenntnisstand Der Bedarf an leicht lösbaren Verbindungsmöglichkeiten hoher Tragfähigkeit fär Teile aus Metallen und/oder Kunststoffen ist aus mehreren Gründen zunehmend. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind Verbundkonstruktionen mit tragenden Metallstrukturen und mit diesen durch Schnappverbindungen lösbar verbundenen Kunststoffteilen, z.B. in der Kraftfahrzeug- und Bautechnik. Solche Kunststoffteile dienen als Verkleidungen für Designfunktionen oder als Korrosionsschutz. Für Reparaturmaßnahmen oder zum baukastenartigen Auswechseln wird ein leichtes Lösen solcher Verbindungen angestrebt. Eine weitere Anwendung ist mit der Möglichkeit zu sehen, Bauteile im Zuge von Recyclingprozessen vor dem Aufbereiten oder Aufarbeiten schnell wieder trennen zu können (z.B. Demontagen auf dem Schrottplatz).
Bisher werden solche Verbindungsaufgaben durch eine Vielzahl von Verbindungselementen wie z.B. Schrauben, Spann- und Drehverschlüssen sowie Bolzen- und Stiftverbindungen gelöst, was aber Zusatzelemente und häufig kostenintensive Bearbeitungsverfahren für die Fügeteile erfordert.
Das Wirkprinzip und Verhalten von Schnappverbindungen ist weitgehend geklärt /2/. Auch die Verklebung von Plastomerwerkstoffen und Metallen ist bekannt und u.a. mit DPA 3021898.5 der Fa. Solvag beschrieben. Eine wichtige Anwendung solcher Verbundverklebung#en ist in DPA 3336622.5 aufgeführt. Bei allen Vorschlägen für hochfeste Klebverbindungen zwischen Kunststoff- und Metallteilen wird aber eine unlösbare Stoffschlußverbindung angestrebt, die sowohl auf der Metall- als auch auf der Kunststoffseite eine hohe Adhäsionsfestigkeit des Klebers ausnutzt. Dabei ebenfalls vorgeschlagene Profilierungen dienen einem den Stoffschluß unterstutztenden Formschluß, der aber nicht gelöst werden soll, sondern zusätzlich zum Stoffschluß eine Art Verzahnung bildet.
Literatur: /1/ Jitschin, M; Häuser, H.: Katalog schnappbarer Formschlußverbindungen an Kunststoffteilen und beispielhafte Konstruktion linienförmiger Kraftformschlußverbindungen. Konstruktion 29 (1977), 5. 381-387, /2/ Gertig, J.: Tragfähigkeit von Gestaltungsvarianten linienhafter Kraftformschlußuerbindungen aus Thermoplasten. Schriftenreihe Konstruktionstechnik Nr. 3 der TU Berlin. Berlin: Universitätsbibliothek 1981.
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Claims

Patentansprüche zur Anmeldung mit dem Titel: Verfahren zum lösbaren Verbinden von Kunststoffteilen mit Metallteilen mittels einer durch Klebung hergestellten formschlüssigen Schnappverbindung (Kraftformschlußverbindung) Hauptanspruch: Verfahren zur Gestaltung und Herstellung von lösbaren, formschlüssigen Schnappverbindungen zum Verbinden von Kunststoffmit Metallteilen dadurch gekennzeichnet, daß das Konkavprofil der Schnappverbindung im Kunststoffteil liegt und das zugeordnete Konvexprofil am Metallteil durch Klebung während des ersten Fügevorgangs dadurch hergestellt wird, daß die Bindefestigkeit des Klebers auf der Netallseite hoch, auf der Kunststoffseite dagegen niedrig eingestellt wird. Dadurch verbleibt nach dem ersten Lösevorgang ein Konvexprofil auf der Metallseite, das bei erneutem Fügen in das Konkavprofil des Kunststoffteils einschnappen kann.

Unteransprüche: 1. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs auch zum Verbinden von zwei oder mehreren Kunststoffteilen verwendet werden kann.

2. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs auch zum Verbinden von zwei oder mehreren Metallteilen verwendet werden kann.

3. Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Profilform und Profilanzahl der Schnappverbindung, insbesondere deren Hinterschneidungswinkel, geändert werden kann.

40 Verfahren des Hauptanspruchs dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsprinzip des Hauptanspruchs sowohl für linienhafte als auch für rotationssymmetrische Schnappelemente eingesetzt werden kann.