DE102009004629A1 - Bauteilanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Bauteilanordnung - Google Patents

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Christian Dipl.-Ing. Wittig (FH)
Andreas Dipl.-Ing. Retzlaff (FH)
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Volkswagen AG
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Abstract

Bauteilanordnung, umfassend mindestens ein erstes Naturfaserbauteil (1), ein zweites Naturfaserbauteil (2), ein Verbindungsmittel zur Verbindung der Naturfaserbauteile (1, 2), wobei das Verbindungsmittel mindestens einen elektrischen Leiter (4) und einen Kunststoffkörper (3) umfasst, sowie Verfahren zur Herstellung einer Bauteilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verbindungsmittel durch Ultraschall erwärmt wird, wobei der Kunststoffkörper (3) schmilzt und sich mit den Oberflächen der Naturfaserbauteile (1, 2) verbindet, sowie Verfahren zur Herstellung einer Bauteilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Erwärmung des Verbindungsmittels induktiv erfolgt, wobei der Kunststoffkörper (3) schmilzt und sich mit den Oberflächen der Naturfaserbauteile (1, 2) verbindet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um Naturfaserbauteile miteinander zu verbinden benötigt man zusätzliche Materialien oder Bauteile, um zusätzlichen Schweißzusatzwerkstoff einzubringen. Die im Pressverfahren hergestellten Bauteile besitzen meist an den Seiten, die verschweißt werden ein Deckvlies, dessen Material die Schweißfähigkeit optimiert. Dadurch entsteht zusätzliches Gewicht, da das Vlies ganzflächig aufgebracht wird. Eine Alternative zu den Vliesen besteht in der Verwendung von zusätzlichen Kunststoffbauteilen, den Schweißzusatzwerkstoff in die Fügestelle einbringen. Allerdings benötigt man zu dessen Herstellung zusätzliche Werkzeuge, Transport- und Lagerkapazität. Ebenfalls wird durch diese Fügebauteile das Bauteilgewicht negativ beeinflusst.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits verbesserte Bauteilanordnungen bekannt geworden.
  • Aus der DE 197 19 282 A1 ist ein Verbinden von Materialbahnen aus einem Fasergewebe mittels einer zwischen den Materialbahnen angeordneten Naht bekannt geworden. Der die Naht bildende Faden besteht aus einem mit Polyester ummantelten Kern aus einer Glasfaser. Mittels Ultraschall wird der Faden erwärmt und die aufeinander angeordneten Fäden der beiden Materialbahnen verschmelzen. Gemäß der hier vorgeschlagenen Lösung werden die Fäden direkt miteinander verbunden, nicht jedoch durch den Faden direkt das Bauteil.
  • Die DE 600 14 525 T2 beschreibt das Verbinden eines Kunststoffbauteils mit einem Naturfaserbauteil durch Ultraschallschweißen. Das Kunststoffbauteil wird hier teilweise aufgeschmolzen, um eine Verbindung mit dem Naturfaserbauteil eingehen zu können.
  • Aus der DE 10 2007 003 357 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden eines thermoplastischen Bauteils mit einem Naturfaserbauteil durch Induktionsschweißen bekannt geworden. Hierbei wird ein elektrisch leitfähiges Material in einem Verbindungsbereich zwischen den beiden Bauteilen angeordnet. Durch Induktion wird das thermoplastische Material angeschmolzen und das Naturfaserbauteil erwärmt. Das thermoplastische Material ist hier Bestandteil des Bauteils, was mitunter zu hohen Produktionskosten führen kann.
  • Ferner ist in der DE 195 49 054 A1 ein Verfahren zum Verschweißen von Kunststofftafeln durch einen im Verbindungsbereich eingebetteten Draht beschrieben worden. Durch Zuführen von elektrischem Strom senden die Drähte Wärme aus und die Kunststofftafeln werden im Bereich der Drähte durch Verschmelzung miteinander verbunden. Die Bauteilverbindung wird hier durch unmittelbares Aufschmelzen des eigentlichen Bauteilmaterials hergestellt, so dass der Anwendungsbereich des hier vorgeschlagenen Verfahrens sehr begrenzt ist.
  • Auch aus der DE 199 25 203 A1 ist eine Bauteilanordnung bekannt geworden. Zwischen zwei Kunststoffbauteilen wird ein Draht angeordnet, welcher durch Laserstrahlung erwärmt wird. Hierdurch werden die Kunststoffbauteile im Verbindungsbereich erwärmt und es kommt zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen.
  • Darüber hinaus wird in der DE 196 55 278 B4 ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen durch einen zwischen den Bauteilen angeordneten Draht beschrieben. Vorzugsweise besteht der Draht aus einer Glasfaser, die mit Lotzinn umhüllt ist. Die Glasfaser ist derart ausgestaltet, dass das Lotzinn erwärmt werden kann, sofern die Glasfaser mit Laserlicht beaufschlagt wird.
  • Die vorgenannten Bauteilanordnungen sind jedoch mit den oben skizzierten Nachteilen behaftet. Es ist insbesondere nachteilig, dass die vorgenannten Bauteilanordnungen mit einem Verbindungsmittel ausgestattet sind, welches lediglich Verbindungsfunktionen aufweist.
  • Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bauteilanordnung mit einem Verbindungsmittel vorzuschlagen, welches eine universelle Einsetzbarkeit der Bauteilanordnung ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Bauteilanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass das Verbindungsmittel mindestens einen elektrischen Leiter und einen schmelzbaren Kunststoffkörper aufweist, kann ein einfach handhabbares Verbindungsmittel bereitgestellt werden, welches gleichermaßen dazu eingerichtet ist, als elektrischer Leiter von Strom oder Signalen für mechatronische Anwendungen im Bauteil zu dienen. Eine zusätzliche Verlegung und Befestigung von elektrischen Leitern kann dadurch substituiert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung vorzuschlagen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13 gelöst.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ferner deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
  • 1 eine Bauteilanordnung gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung;
  • 3 ein Aufbau einer Naturfasermatte.
  • Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
  • In der 1 ist eine herkömmliche Bauteilanordnung gemäß dem Stand der Technik, umfassend zwei Naturfaserbauteile, insbesondere ein erstes Naturfaserpressteil 1' und ein zweites Naturfaserpressteil 2', dargestellt. Als Verbindungsmittel sind Schweißdome 3' zur Verbindung der Naturfaserpressteile 1' und 2' vorgesehen.
  • In der 2 ist eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Naturfaserpressteil 1, ein zweites Naturfaserpressteil 2 sowie ein Verbindungsmittel, dargestellt.
  • Das erste Naturfaserpressteil 1 umfasst einen Verbindungsabschnitt 6 zur Verbindung mit dem zweiten Naturfaserpressteil 2. Das zweite Naturfaserpressteil 2 umfasst ebenfalls einen Verbindungsabschnitt 7 zur Verbindung mit dem ersten Naturfaserpressteil 1. Zwischen den Verbindungsabschnitten 6, 7 ist das Verbindungsmittel angeordnet.
  • Der Verbindungsabschnitt 6 des ersten Naturfaserpressteils 1 ist vorzugsweise plan ausgestaltet. Der Verbindungsabschnitt 7 des zweiten Naturfaserpressteils 2 ist vorzugsweise abschnittsweise plan ausgestaltet und weist eine Nut 5 zur Aufnahme des Verbindungsmittels auf. Bei den hier dargestellten Verbindungsabschnitten 6, 7 handelt es sich um längliche und näherungsweise rechteckförmige Abschnitte der Naturfaserbauteile 1, 2. Die Verbindungsabschnitte 6, 7 sind vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichtet. Es sind jedoch verschiedene Ausgestaltungen und Ausrichtungen der Verbindungsabschnitte 6, 7 denkbar. Die hier gewählte Form dient vornehmlich zur Illustration der vorgeschlagenen Bauteilanordnung.
  • Das Verbindungsmittel umfasst mindestens einen elektrischen Leiter 4 und einen Kunststoffkörper 3. Bei dem elektrischen Leiter 4 handelt es sich vorzugsweise um einen Metalldraht, insbesondere einen Stahldraht. Bei dem Kunststoffkörper 3 handelt es sich vorzugsweise um einen den elektrischen Leiter umgebenden oder zumindest teilweise umgebenden Kunststoffmantel. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kunststoff um einen Kunststoff mit thermoplastischen Eigenschaften.
  • Durch die hier vorgeschlagene Bauteilanordnung ergeben sich insbesondere folgende Vorteile.
  • Die Naturfaserpressteile 1, 2 benötigen kein zusätzliches kunststoffhaltiges Vlies als Verbindungsmittel. Diese Aufgabe übernimmt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verbindungsmittel, welches zwischen die Bauteile 1, 2 gelegt wird.
  • Das Verbindungsmittel, insbesondere der Kunststoffmantel, wirkt wie ein Schweißzusatzwerkstoff, der durch Erwärmung des Drahtes aufgeschmolzen werden kann. Nach dem Erkalten ist der Kunststoff dazu eingerichtet, die Naturfaserbauteile zu verbinden.
  • Der Kunststoffmantel kann auf mindestens zweierlei Art und Weise geschmolzen werden.
  • Durch Anregung der Schweißstelle mittels Ultraschall erwärmt sich der Draht 4. Der Thermoplast 3 schmilzt und verbindet sich mit den Oberflächen der Naturfaserbauteile 1, 2.
  • Auch kann die Erwärmung des Verbindungsmittels induktiv erfolgen. Hierzu wird das Verbindungsmittel in Form eines kunststoffummantelten Stahldrahtes benutzt. Durch die Induktion erwärmt sich der Stahldraht 4 und sorgt somit für die benötigte Wärmeenergie zum Schmelzen des Kunststoffmantels 3. Bei gezielter konstruktiver Ausführung kann dieser Draht 4 als Leiter von Strom oder Signalen für mechatronische Anwendungen im Bauteil dienen. Hierdurch kann auf eine zusätzliche Verlegung und Befestigung von elektrischen Leitern verzichtet werden. Das Verbindungsmittel kann grundsätzlich auch mehr als einen elektrischen Leiter 4 aufweisen, beispielsweise zwei elektrische Leiter 4.
  • Das Verbindungsmittel wird durch ein einfach herzustellenden „Endlosdraht” gebildet. Hierdurch ergeben sich auch Gewichtseinsparungen der Bauteilanordnung durch Verzicht auf PP-Abdeckvlies und geringere Abmessungen der Fügestelle. Auch ergibt sich hieraus eine Reduzierung von CO2-Emissionen, ferner eine Integration von mechatronischen Funktionen in ein Faserpressteil.
  • In 3 ist der Aufbau eines Naturfaserbauteils, insbesondere einer Naturfasermatte, zu illustrativen Zwecken dargestellt. Eine Naturfasermatte umfasst im Wesentlichen eine Schicht Dekor 11, eine Schicht Naturfaser + PP 12, eine Schicht optionales Abdeckvlies 13 und eine Schicht optionales Abdeckvlies 14.
    • 1'
    Naturfaserpressteil
    2'
    Naturfaserpressteil
    3'
    Schweißdom
    1
    Naturfaserpressteil
    2
    Naturfaserpressteil
    3
    Kunststoffkörper
    4
    elektrischer Leiter
    5
    Nut
    6
    Verbindungsabschnitt
    7
    Verbindungsabschnitt
    11
    Dekor
    12
    Naturfaser + PP
    13
    optionales Abdeckvlies
    14
    optionales Abdeckvlies
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - DE 60014525 T2 [0005]
    • - DE 102007003357 A1 [0006]
    • - DE 19549054 A1 [0007]
    • - DE 19925203 A1 [0008]
    • - DE 19655278 B4 [0009]

Claims (13)

  1. Bauteilanordnung, umfassend mindestens – ein erstes Naturfaserbauteil (1), – ein zweites Naturfaserbauteil (2), – ein Verbindungsmittel zur Verbindung der Naturfaserbauteile (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel mindestens einen elektrischen Leiter (4) und einen Kunststoffkörper (3) umfasst.
  2. Bauteilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektrischen Leiter (4) um einen Metalldraht, vorzugsweise einen Stahldraht, handelt.
  3. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kunststoffkörper (3) um einen Kunststoffmantel handelt.
  4. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (3) thermoplastische Eigenschaften aufweist.
  5. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel mit mindestens zwei elektrischen Leitern (4) ausgestattet ist.
  6. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Naturfaserbauteil (1) um ein Naturfaserpressteil handelt.
  7. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zweiten Naturfaserbauteil (2) um ein Naturfaserpressteil handelt.
  8. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Naturfaserbauteil (1) einen Verbindungsabschnitt (6) zur Verbindung mit dem zweiten Naturfaserbauteil (2) aufweist.
  9. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Naturfaserbauteil (2) einen Verbindungsabschnitt (7) zur Verbindung mit dem ersten Naturfaserbauteil (1) aufweist.
  10. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6) des ersten Naturfaserpressteils (1) plan ausgestaltet ist.
  11. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) des zweiten Naturfaserpressteils (2) abschnittsweise plan ausgestaltet ist und mindestens eine Nut (5) zur Aufnahme des Verbindungsmittels aufweist.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Bauteilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel durch Ultraschall erwärmt wird, wobei der Kunststoffkörper (3) schmilzt und sich mit den Oberflächen der Naturfaserbauteile (1, 2) verbindet.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Bauteilanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Verbindungsmittels induktiv erfolgt, wobei der Kunststoffkörper (3) schmilzt und sich mit den Oberflächen der Naturfaserbauteile (1, 2) verbindet.
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