DE102010047636A1

DE102010047636A1 - Funktionselement zur Anbringung an einem Kunststoffbauteil, ein Zusammenbauteil, eine Matrize und Verfahren

Info

Publication number: DE102010047636A1
Application number: DE102010047636A
Authority: DE
Inventors: Oliver Diehl; Dr. Humpert Richard
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2012-04-12
Also published as: US20120088075A1; EP2439417A3; CN102444653A; ES2663816T3; EP2439417A2; EP2439417B1; US9188148B2; CN102444653B

Abstract

Ein Funktionselement aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche bildenden Flansch größeren Durchmessers und einem innerhalb der Anbringungsfläche angeordneten und sich vom Flansch weg erstreckenden Zentrierabschnitt zeichnet sich dadurch aus, dass ein unter Druck aushärtender Klebstoff um den Zentrierabschnitt herum und der Anbringungsfläche benachbart angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionselement zur Anbringung an einem Kunststoffbauteil, ein Zusammenbauteil, eine Matrize und ein Verfahren zur Anbringung eines Funktionselements an einem Kunststoffbauteil.
Funktionselemente aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche bildenden Flansch größeren Durchmessers und einem innerhalb der Anbringungsfläche angeordneten und sich vom Flansch weg erstreckenden Zentrierabschnitt sind zur Verwendung mit metallischen Bauteilen, wie Blechteilen, weit verbreitet und gut bekannt. Ein Beispiel ist der europäischen Patentschrift EP 1116891 der vorliegenden Anmelderin zu entnehmen, die eine so genannte RND-Mutter beschreibt. Das heißt, das Funktionselement ist in der genannten europäischen Patentschrift als Mutterelement ausgebildet. Dort ist der Zentrierabschnitt als Nietabschnitt ausgebildet, der nach bzw. bei der Anbringung verformt wird, um ein Nietbördel zu bilden.
Die infrage kommenden Funktionselemente können aber nicht nur Mutterelemente sein, sondern auch als Bolzenelemente ausgebildet werden, beispielsweise als ein Bolzenelement ähnlich dem der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 062 391 . Der dort gezeigte Zentrierbolzen hat einen so genannten Rock, der letztendlich auch als Nietabschnitt ausgebildet ist und beim Einsetzen des Zentrierbolzens in ein Blechteil umgebördelt wird.
Funktionselemente können durchaus auch andere Formen haben. Beispielsweise kann ein Bolzenelement anstelle eines Gewindes einen zylindrischen Schaftteil aufweisen, der zur Lagerung eines Hebels, einer Seilrolle oder eines anderen Bauteils dienen kann. Auch ein hohles Element, ähnlich einem Mutterelement, kommt infrage, bei dem anstelle eines Gewindezylinders eine glatte Bohrung vorgesehen ist, die zur Lagerung einer Welle dient. Es sind ferner Funktionselemente bekannt, die zur Aufnahme eines eingesteckten Stiftes oder eines Clips ausgebildet sein können. Erfindungsgemäße Funktionselemente können auch zur Ausübung der entsprechenden Funktionen ausgebildet werden.
Im Zuge der Bestrebung nach Formteilen geringen Gewichts, jedoch hoher Festigkeit, werden heutzutage anstelle von Blechteilen häufig Kunststoffbauteile benutzt, vornehmlich in Form von Verbundwerkstoffen, wie beispielsweise mit glasfaser- oder kohlenfaserverstärkten Kunststoffen, wobei allerdings auch andere Verstärkungsmaterialien infrage kommen, üblicherweise solche mit hochfesten Verstärkungsfasern oder aus solchen Fasern hergestellten Geweben. Auch Bauteile aus solchen Kunststoffen müssen häufig mit Befestigungselementen versehen werden, wofür eine beschränkte Auswahl von Möglichkeiten bereits bekannt ist. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Einpresselemente bekannt, die in angepasste Bohrungen des Kunststoffmaterials üblicherweise bei erhöhten Temperaturen des Materials eingepresst werden. Das Kunststoffmaterial fließt um die Einsätze herum und in dort vorgesehene Hinterschneidungen und verankert die Einsätze in kaltem Zustand. Die Einsätze können beispielsweise mit einem Innengewinde versehen werden. Solche Einsätze haben zwar durchaus ihre Berechtigung, sind aber meistens nur beschränkt belastbar, da sie sonst im Kunststoffteil oder aus dem Kunststoffbauteil herausgezogen werden können. Die Verwendung von solchen Einsätzen ist bei relativ dünnen Kunststoffbauteilen besonders problematisch. Auch sind Befestigungselemente bekannt, die die Form eines Drahtbügels mit Augen an beiden Enden des Drahtbügels aufweisen, die mit einem Blindniet an einem Bauteil befestigt werden. Ein Schraubteil, das drehbar innerhalb einer dünnen Blechaufnahme gelagert ist, wird an einem weiteren Kunststoffbauteil ebenfalls mittels Blindnieten befestigt, die die Blechaufnahme bzw. die Halterung am Kunststoffbauteil befestigen. Die Schraube weist einen zylinderförmigen Vorsprung mit bayonettartigen Nuten auf und kann durch Drehung um 90° mit dem Drahtbügel am ersten Bauteil derart befestigt werden, dass der Drahtbügel in die Bayonettnuten aufgenommen wird, wodurch das zweite Bauteil an das erste Bauteil angebracht ist. Solche Befestigungen sind zwar sehr nützlich für dünne Bauteile, wie Verkleidungen in Flugzeugen oder Sportwägen, die schnell entfernt und wieder montiert werden müssen, die Befestigung selbst lässt aber nur eine beschränkte Spannkraft zu. Auch sind die vernieteten Verbindungen nicht sehr hoch belastbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Funktionselemente vorzusehen, die mit Kunststoffbauteilen verwendet werden können, welche relativ hochfeste Verbindungen mit einem weiteren Bauteil ermöglichen, egal, ob es sich bei dem weiteren Bauteil um ein Kunststoffbauteil oder um ein Bauteil aus Metall, wie ein Blechteil oder ein massives Teil handelt. Ferner sollen die Funktionselemente im Stande sein, in einer Massenfertigung verwendet zu werden, und zwar ohne dass sie beim Transport als Massenware Schäden erleiden, die die Funktionsfähigkeit in Frage stellen. Ferner sollen erfindungsgemäß unter Anwendung eines solchen Funktionselements Zusammenbauteile bestehend aus einem Funktionselement und einem Kunststoffbauteil vorgesehen werden, die im Betrieb hochwertige Verschraubungen mit weiteren Bauteilen ermöglichen. Darüber hinaus soll eine gesonderte Matrize und ein Verfahren zur Anbringung des Funktionselements an ein Kunststoffbauteil vorgesehen werden, wodurch ein funktionsfähiges System geschaffen werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Funktionselement aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche bildenden Flansch größeren Durchmessers und einem innerhalb der Anbringungsfläche angeordneten und vom Flansch weg erstreckenden Zentrierabschnitt vorgesehen, bei dem ein unter Druck aushärtender Klebstoff um den Zentrierabschnitt herum und der Anbringungsfläche benachbart angeordnet ist.
Durch die Unterbringung des unter Druck aushärtenden Kunststoffs um den Zentrierabschnitt herum und benachbart zur Anbringungsfläche wird der Klebstoff nach Herstellung des Funktionselements bzw. während dessen Lagerung und Transport in einer geschützten Position gehalten, wodurch Beschädigungen des Klebstoffdepots bzw. der Verlust des Klebstoffdepots oder eines Teils davon nicht zu befürchten ist. Ferner stellt der Zentrierabschnitt sicher, dass das Funktionselement gegenüber dem Kunststoffbauteil relativ genau positioniert wird und zugleich mit der Öffnung im Bauteil aufgrund der engen Toleranzen eine Art Dichtung bildet, wodurch bei der Anbringung eines Druckes auf die Oberseite des Funktionselements einerseits und auf die Unterseite des Bauteils andererseits, das durch eine Matrize abgestützt wird, der Klebstoff dem Anpressdruck ausgesetzt wird und sozusagen nicht zwischen dem Zentrierabschnitt und der Öffnung leicht ausweichen kann, wodurch der erforderliche Pressdruck im Klebstoff erreicht und die Funktion des unter Druck aushärten den Klebstoffs nicht beeinträchtigt wird.
Nach Anbringung des Funktionselements auf ein aus Kunststoff bestehendes Bauteil zeichnet sich das so erzeugte Zusammenbauteil dadurch aus, dass sich der Zentrierabschnitt in ein Loch des Bauteils hineinerstreckt und dass der Klebstoff eine relativ großflächige Klebstoffverbindung zwischen der Anbringungsfläche und der dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Kunststoffbauteils bildet.
Der Klebstoff ist vorzugsweise ein mikroverkapselter bzw. nanoverkapselter Klebstoff, der vorzugsweise aus mindestens zwei Komponenten besteht, die jeweils für sich in Mikro- bzw. Nanokapseln untergebracht sind, die miteinander vermischt sind, wobei die Kapseln unter Druckbelastung aufplatzbar sind, wodurch die mindestens zwei Komponenten in Berührung gelangen und eine ausgehärtete Klebeschicht bilden.
Durch die Verwendung von solchen verkapselten Klebstoffkomponenten können diese über einen längeren Zeitraum nebeneinander vermischt vorliegen, ohne dass sie miteinander reagieren. Es wird lediglich ein schwacher Klebstoff mit den Mikrokapseln vermischt, der einerseits die Kapseln aneinander hält und andererseits die vermischten Kapseln in einem entsprechenden Depot oder in entsprechenden Depots am Befestigungselement durch eine ausreichende, jedoch relativ schwache Klebverbindung festhält.
Alternativ zu diesem System kann die eine Komponente des Klebstoffs in Mikro- bzw. Nanokapselform vorliegen und die zweite Komponente einerseits als Bindemittel für die Kapseln, andererseits aber zum Ankleben der Kapseln an das Funktionselement dienen. D. h. die zweite Komponente sorgt alleine für eine relativ schwache Klebverbindung der Kapseln aneinander und am Funktionselement. Bei Berührung mit der zweiten Komponente, die beim Platzen der Kapseln entsteht, wir eine hochfeste Klebstoffverbindung mit der zweiten Komponente und mit dem Bauteil bzw. mit dem Funktionselement gebildet.
Dieser als Bindemittel wirkende Klebstoff trägt auch zu der Lösung bei, dass Klebstoffdepots an den Funktionselementen in geschützten Positionen verbleiben und daher nicht beschädigt werden. Ferner sorgt das Vorsehen mindestens einer der Komponenten in kleineren nebeneinander liegenden Mikro- bzw. Nanokapseln dafür, dass bereits beim Aufplatzen der Kapseln die Komponenten so miteinander vermischt sind, dass sie ordnungsgemäß und in den richtigen Mengen miteinander reagieren, um eine feste Klebstoffverbindung zwischen dem jeweiligen Funktionselement und dem Kunststoffbauteil zu erzeugen.
Besonders günstig ist es, wenn der Klebstoff in Form eines Ringes vorliegt. Hierdurch gelingt es, eine ausreichende Menge an Klebstoff in einer geschützten Position vorzusehen. Die Ringform macht es einfacher, den Klebstoff haftend an den jeweiligen Funktionselementen anzubringen, da er leicht über den Zentrierabschnitt gestülpt werden kann.
Der Ring ist vorzugsweise so ausgebildet, dass, in einer die Längsachse des Funktionselements anschließenden Längsebene geschnitten, der Schnitt sich im Wesentlichen dreieckig darstellt.
Bei einer solchen Konstruktion weist der Ring einen längeren der Anbringungsfläche benachbart angeordneten Schenkel und einen kürzeren dem Zentrierabschnitt benachbarten Schenkel auf, wobei der längere Schenkel und der kürzere Schenkel vorzugsweise zwischen sich einen rechten Winkel bilden.
Diese Ausbildung ist besonders bevorzugt, da der Ring aus Klebstoff hier durch den Zentrierabschnitt auf der einen Seite und durch die Anbringungsfläche auf der anderen Seite extrem gut geschützt ist. Da die Hypotenuse des Dreiecks sich quasi vom Zentrierabschnitt zur Anbringungsfläche erstreckt, ist hier eine Schrägfläche als Grenzfläche des Klebstoffdepots vorhanden, hinter der der Klebstoff insgesamt geschützt vorliegt.
Als Alternative zu der oben beschriebenen ringförmigen Auslegung des Klebstoffdepots kann der Klebstoff in einzelnen Klebstoffdepots um den Zentrierabschnitt herum angeordnet und auf diesem oder auf der Anbringungsfläche des Flansches haften.
Besonders günstig ist es, wenn mindestens eine überschüssigen Klebstoff aufnehmende Vertiefung im Flansch und/oder im Zentrierabschnitt ausgebildet ist. Durch das Vorsehen der Vertiefung kann der überschüssige Klebstoff, der bei der Anbringung des Funktionselements am Bauteil entsteht und in seiner Menge aus unvorhersehbaren Gründen, wie Toleranzen und Oberflächenrauigkeit unbestimmt ist, ausweichen, ohne der Klebeverbindung abträglich zu sein und ohne das Bauteil oder die Umgebung des Zusammenbauteils zu verschmutzen. Ein solches überschüssiges Material ist einerseits wünschenswert, um sicherzugehen, dass die Klebefuge vollständig mit Klebstoff gefüllt ist und die erwünschte Festigkeit der Klebeverbindung erreicht wird. Andererseits wird aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Dosierung des Klebstoffdepots durch Toleranzen bei den Abmessungen des Funktionselements bzw. bei dem verwendeten Kunststoffbauteil und Schwankungen des Anpressdruckes bzw. des Druckes, den der Klebstoff ”spürt”, sowie durch etwaige Entweichungen von Klebstoff am Zentrierabschnitt entlang und/oder vom Flanschabschnitt weg die überschüssige Menge von Fall zu Fall variiert.
Dadurch, dass eine ausreichende Klebeverbindung in der vorgesehenen Klebstofffuge stets zustande kommt, die quasi durch das Vorsehen eines Überschusses an Klebstoff bzw. durch das Vorsehen einer Ausweichmöglichkeit für überschüssigen Klebstoff gewährleistet ist, kann stets eine hochwertige Klebeverbindung erzeugt werden, so dass man zuversichtlich sein kann, dass die erreichte Festigkeit der Klebstoffverbindung und dadurch die Verdrehsicherung des Funktionselements am Kunststoffbauteil bzw. der Auspresswiderstand des Funktionselements vom Kunststoffbauteil weg stets erreicht werden kann.
Die Vertiefung ist vorzugsweise eine Ringvertiefung, die radial innerhalb der Anbringungsfläche als axiale Nut im Flansch oder radial außerhalb der Anbringungsfläche oder diese unterbrechend angeordnet ist. Somit kann hier die Ringvertiefung als radial äußere Begrenzung der Klebstofffuge zwischen dem Funktionselement und dem Kunststoffbauteil dienen und macht auch die Berechnung der Klebstoffverbindung und daher der Haftfestigkeit und der Verdrehsicherheit des Funktionselements am Kunststoffbauteil einfach. Es ist allerdings nicht zwingend erforderlich, mit einer Ringvertiefung zu arbeiten, sondern es können mehrere Vertiefungen vorgesehen werden, die innerhalb der Anbringungsfläche und um die Längsachse des Funktionselementes herum angeordnet sind, beispielsweise Vertiefungen in der Form von sich radial erstreckenden Nuten. Allerdings könnten die Vertiefungen oder die Ringvertiefung auch an anderen Stellen positioniert werden, beispielsweise könnte die Vertiefung als axiale Nut im Flanschteil unmittelbar benachbart zum Zentrierabschnitt vorliegen oder als radiale Nut in den Zentrierabschnitt hinein ausgebildet werden.
Der Zentrierabschnitt ist im Querschnitt vorzugsweise kreisrund und insbesondere auch zylinderförmig, da das Funktionselement dann in ein vorgefertigtes kreisrundes Loch im Kunststoffbauteil eingeführt werden kann, und zwar ohne auf eine besondere Orientierung um die Längsachse des Loches herum achten zu müssen. Ein solches Loch kann durch Bohren entstehen oder kann mit dem Kunststoffbauteil während dessen Formgebung oder Herstellung vorgefertigt sein, beispielsweise durch einen entsprechenden kreisrunden Vorsprung in der verwendeten Pressform oder im Spritzgusswerkzeug. Wie oben angedeutet, ist der Durchmesser des vorgefertigten Loches im Kunststoffbauteil vorzugsweise so gewählt, dass es dem Außendurchmesser des Zentrierabschnitts entspricht, wodurch nur eine sehr kleine Fuge oder gar keine Fuge oder gar eine Interferenzspannung zwischen dem Zentrierabschnitt und dem Rand des Loches entsteht. Hierdurch wird die erwünschte Dichtfunktion gewährleistet, und das Bauteil wird nicht durch austretenden Klebstoff an dieser Stelle verschmutzt.
Besonders günstig ist eine Anordnung, bei der die Anbringungsfläche radial innerhalb einer Anlagefläche angeordnet ist und gegenüber dieser in axialer Richtung des Zentrierabschnitts zurückversetzt ist.
Durch diese Anordnung kann das Funktionselement mit einer vergrößerten Anlagefläche ausgebildet werden, wodurch die Flächenpressung auf dem Kunststoffbauteil, die entweder bei der Anbringung des Funktionselements am Bauteil oder nachher bei der Erstellung einer Schraubverbindung zu dem Funktionselement entsteht, stets so gering gehalten werden, dass Setzerscheinungen nicht auftreten, die ja schließlich der Qualität der Schraubverbindung abträglich wären. Ferner kann auf diese Weise die Dicke des Klebstoffs innerhalb der Klebstofffuge durch das Ausmaß der Zurückversetzung genauer bestimmt werden, wodurch auch die Festigkeit der Klebeverbindung zwischen dem Funktionselement und dem Kunststoffbauteil gewährleistet ist. Zu der gesamten Anlagefläche gehören nicht nur die ringförmige Anlagefläche außerhalb der Anbringungsfläche, sondern auch die Anbringungsfläche selbst, da die Klebstoffmasse innerhalb der Klebstofffuge und benachbart zur Anlagefläche im fertigen Zustand des Zusammenbauteils fest und normalerweise nicht nachgiebiger als das Kunststoffbauteil ist. Wenigstens kann eine solche Auslegung durch Wahl des Klebstoffs sichergestellt werden.
Bei der zuletzt genannten Anordnung ist es besonders günstig, wenn die Anlagefläche eine äußere Ringfläche und die Anbringungsfläche eine innere Ringfläche bilden, wobei vorzugsweise eine überschüssigen Klebstoff aufnehmende Ringvertiefung zwischen der Anlagefläche und der Anbringungsfläche vorgesehen ist. Bei einer derartigen Konstruktion stellt diese Positionierung der Ringvertiefung bzw. der Anlagefläche sicher, dass etwaiger überschüssiger Klebstoff gar nicht vom Funktionselement entweichen und auf unerwünschte Weise das Kunststoffbauteil bzw. dessen Aussehen beeinträchtigen kann.
Wie angedeutet, kann es sich bei dem Funktionselement um ein Mutterelement oder ein Bolzenelement handeln oder um eine hohles Element oder ein Element mit einem zylindrischen Vorsprung zur Aufnahme einer Welle bzw. eines Clips oder einer Lagerbuchse.
Besonders günstig ist es, wenn das erfindungsgemäße Funktionselement im Verbund mit mehreren gleichartigen Funktionselementen vorgesehen ist, wobei die Funktionselemente in einer Reihe oder in mehreren Reihen in einem flexiblen Trägerband angeordnet sind und durch Umbiegen des Trägerbands aus diesem ausknüpfbar sind.
Dies ist eine besonders günstige Möglichkeit, die Funktionselemente zu lagern und in die Anbringungswerkzeuge zu transportieren und aus dem Trägerband herauszulösen. Dabei kann das Trägerband in Streifen vorliegen, die in vorgefertigten Längen in Magazinen untergebracht werden können, und somit ohne weiteres maschinell in einer Zuführeinrichtung in die Anbringungswerkzeuge für die Funktionselemente transportiert werden. Es ist auch möglich, das Trägerband aufzuwickeln, so dass größere Mengen an Funktionselementen platzsparend und geordnet untergebracht werden können. Denkbar ist es auch, nicht nur eine Reihe von Funktionselementen im Trägerband vorzusehen, sondern in zwei, drei oder mehreren Reihen nebeneinander, je nachdem, wie viele Funktionselemente auf einmal aus dem Trägerband herausgelöst und durch entsprechende Anbringungseinrichtungen in das Kunststoffbauteil eingesetzt werden.
Die Anbringung der Funktionselemente in Kunststoffbauteile kann mit vielen verschiedenen Vorrichtungen erfolgen. Denkbar ist es, für die Anbringung eine Presse zu verwenden, bei der das Funktionselement mittels eines Setzkopfs von oben auf das Kunststoffbauteil gedrückt wird, und zwar gegen eine Matrize, die in einem unteren Werkzeug der Presse gehalten wird. Das heißt, der Setzkopf kann entweder im oberen Werkzeug der Presse oder in einer Zwischenplatte der Presse und die Matrize dann in der Zwischenplatte der Presse bzw. in einem unteren Werkzeug der Presse gehalten werden. Auch sind umgekehrte Anordnungen durchaus möglich, d. h. der Setzkopf befindet sich im unteren Werkzeug der Presse oder in der Zwischenplatte der Presse, während die Matrize von oben kommend in der Zwischenplatte der Presse bzw. im oberen Werkzeug der Presse angeordnet ist.
Für jeden Hub der Presse können dann ein Funktionselement oder mehrere Funktionselemente gleichzeitig an das Kunststoffbauteil angebracht werden. Die Presse kann dann so eingestellt werden, dass sie einerseits nur auf das Maß schließt, das erforderlich ist, um das Funktionselement erfindungsgemäß an das Kunststoffbauteil anzubringen und einen ausreichenden Druck auf den Klebstoff auszuüben, um die Klebefunktion sicherzustellen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, mittels eines Roboters Funktionselemente in das Kunststoffbauteil einzusetzen bzw. an dieses anzubringen. Der Roboter kann hier beispielsweise eine Vorrichtung ähnlich einem Setzkopf tragen, der das Element auf die eine Seite des Kunststoffbauteils drückt, während das Kunststoffbauteil auf eine Unterlage oder auf eine Matrize drückt, die eben vom Roboter getragen wird. Ferner kann eine stationäre Einrichtung zur Halterung der Matrize verwendet werden und nur der Setzkopf vom Roboter betätigt werden. Auch eine umgekehrte Anordnung wäre denkbar, d. h. der Roboter drückt die Matrize auf die eine Seite eines Kunststoffbauteils, dessen andere Seite auf einer Halterung bzw. einem Setzkopf sitzt, die beispielsweise das Funktionselement abstützen. Außerdem ist es möglich mit einer Zange zu arbeiten, die das Kunststoffbauteil und das Element gegeneinander presst bzw. eine Matrize von der einen Seite des Kunststoffbauteils hält und ein Funktionselement von der anderen Seite auf das Kunststoffbauteil und auf die Matrize drückt. Auch könnten solche Funktionselemente in einem manuellen Vorgang verarbeitet werden, beispielsweise dadurch, dass das Kunststoffbauteil auf einer Matrize in einer festen Unterlage positioniert wird, das Funktionselement von oben mit dem Zentrierabschnitt voran in das vorgefertigte Loch im Kunststoffbauteil eingesetzt wird und dann mittels eines Schlagwerkzeugs und gegebenenfalls mittels eines entsprechenden Dornes der erforderliche Pressdruck erzeugt wird.
Besonders günstig ist es, wenn bei der Herstellung des Zusammenbauteils eine Matrize zur Anwendung gelangt, die einen mittleren Vorsprung aufweist, dessen radial nach außen weisende Fläche eine Schrägfläche ist, die ausgelegt ist, um mit einer entsprechenden Schrägfläche des Zentrierabschnitts diesen abzustützen bzw. umzuformen und/oder aufzuweiten, wobei die Matrize eine um den mittleren Pfosten herum angeordnete Ringfläche aufweist, die gegen die Unterseite des Kunststoffteils drückt und über das Kunststoffteil Druck auf den Klebstoff ausübt.
Hierdurch kann eine leichte Umformung des Zentrierabschnitt erfolgen, die vor allem dazu dient, diesen noch in innigeren Kontakt mit dem Rand des Loches im Kunststoffbauteil zu bringen und die erforderliche Dichtfunktion ordnungsgemäß zu gestalten, damit dort kein Klebstoff entweicht. Der Grad der Umformung des Zentrierabschnitts ist hier nicht so ausgeprägt, dass man von der Ausbildung eines Nietbördels sprechen könnte, zumal sich der Zentrierabschnitt vorzugsweise nicht über die volle Höhe des Randes des Loches im Bauteil erstreckt, sondern nur über einen Teil dieser Höhe. Die Schrägfläche kann auch durch eine gerundete Fläche gebildet werden, durch die der Zentrierabschnitt in seiner Form leicht verändert wird. Durch eine geringfügige Aufweitung des Zentrierabschnitts kann auch die Zentrierung des Funktionselements gegenüber der Lochung im Kunststoffbauteil genauer gestaltet werden. Dies wirkt sich in der Zusammenbausituation positiv aus, da dann die Ausrichtung des Kunststoffbauteils relativ zu dem weiteren anzuschraubenden Bauteil oder mit dem Bauteil, an dem das Kunststoffbauteil angeschraubt wird, verbessert wird. Durch die geringfügige Aufweitung des Zentrierabschnitts kann auch sichergestellt werden, dass der Klebstoff benachbart zum Zentrierabschnitt durch Platzen der Mikrokapseln aktiviert wird. Ferner kann die Aufweitung des Zentrierabschnitts zu einer leicht divergierenden Form des Zentrierabschnitts in Richtung von der Anbringungsfläche weg und zu einer entsprechenden konusförmigen Eindellung des Kunststoffbauteils führen, die auch eine mechanische Verriegelung zwischen diesen Teilen bewirkt.
Die Matrize kann insbesondere innerhalb der genannten Ringfläche eine ringförmige Erhöhung aufweisen, die zu einer ringförmigen Vertiefung in der dem Flansch abgewandten Seite des Bauteils und zu einer Ringstufe an der der Anbringungsfläche zugewandten Oberfläche des Bauteils führen, mit einer Fläche, die der der Anbringungsfläche entspricht.
Hierdurch kann sozusagen die axiale Höhe der Klebstofffuge zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Funktionselement kalibriert werden, wodurch auch die erwünschte Festigkeit der Verbindung reproduzierbarer gestaltet werden kann.
Das Verfahren zur Anbringung des Funktionselements zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass bei der Anbringung an das Blechteil die Mikrokapseln bzw. Nanokapseln zum Platzen gebracht werden, wodurch der Klebstoff zwischen der Anbringungsfläche des Funktionselements und der gegenüberliegenden Fläche des Kunststoffteils eine Klebstoffverbindung erzeugt und gegebenenfalls überschüssiger Klebstoff aus dem Bereich der Klebstoffverbindung herausgepresst wird, beispielsweise in eine Vertiefung des Funktionselements oder in einen sich zwischen der gerundeten Kante des Flansches und dem Kunststoffbauteil ausbildenden Zwickels.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, welche zeigen:
1A–1E ein erfindungsgemäßes Funktionselement in einer halben Draufsicht von unten (1A), in einer halbgeschnittenen Seitenansicht (1B) mit einer vergrößerten Darstellung des eingekreisten Bereichs der 1B (1C) in einer perspektivischen Darstellung (1D) und mit einer vergrößerten perspektivischen Darstellung des eingekreisten Bereichs der 1D (1E),
2A–2C die Anbringung eines erfindungsgemäßen Funktionselements gemäß 1A bis 1C an einem verhältnismäßig dünnen Bauteil unter Anwendung einer Matrize, wobei die 2A die Ausgangssituation und die 2B das fertiggestellte Zusammenbauteil darstellt, während 2C eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereichs der 2B wiedergibt,
3A–3C Zeichnungen einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung ähnlich den 2A–2C,
4A, 4B ein modifiziertes erfindungsgemäßes Zusammenbauteil, wobei die 4B den in 4A eingekreisten Bereich zu einem größeren Maßstab zeigt,
5 eine schematische Darstellung der Verwendung eines Trägerbandes, um eine Reihe von Funktionselementen zu halten, zu transportieren und freizugeben,
6 einen Zentrierbolzen gemäß der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung, die aber gemäß der vorliegenden Erfindung abgewandelt ist.
Die 1A–1C zeigen ein Funktionselement 10 aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche 12 bildenden Flansch 14 größeren Durchmessers D1 und einem innerhalb der Anbringungsfläche 12 angeordneten und sich vom Flansch weg erstreckenden Zentrierabschnitt 16 kleineren Durchmessers D2.
Oberhalb des Flansches 14 und in 1B gut ersichtlich, befindet sich ein zylindrischer Vorsprung 18, der über einen Radius in einer oberen Seite des Flansches in 1B übergeht. Die entstehende Ringfläche 20 bildet eine Andrückfläche, die bei der Befestigung des Funktionselements 10 an ein Kunststoffbauteil für die Anbringung der erforderlichen Presskraft dient. Durch das Vorsehen dieser Ringfläche 20 wird das Gewinde 22 des hier als Mutterelement ausgebildeten Funktionselements 10 gegen Verformung durch die Presskraft geschützt. Zugleich kann die axiale Höhe des auskragenden Flanschteils 14 auf das erforderliche Maß reduziert und hierdurch das Gewicht des Funktionselements ebenfalls reduziert werden.
Man sieht, dass die äußere Umfangsfläche 24 des Funktionselements eine ballige Form aufweist, die bei der Herstellung des Funktionselements in einem Kaltschlagverfahren automatisch entsteht. Diese ballige Form ist von Vorteil, da sie einerseits Gewicht spart, andererseits aber auch einen sanften Übergang vom achsparallelen Bereich 26 der äußeren Umfangsfläche des Flansches in die Unterseite des Flansches bildet. Der gerundete Übergang 28 vermeidet unerwünschte Kerben an der Oberfläche des Kunststoffbauteils.
Ein unter Druck aushärtender Klebstoff 30 ist um den Zentrierabschnitt 16 herum und auf dem hier als Anbringungsfläche 12 genannten Bereich der Unterseite des Flansches 14 benachbart angeordnet.
Der bevorzugte Klebstoff ist ein mikroverkapselter bzw. nanoverkapselter Klebstoff, der vorzugsweise aus mindestens zwei Komponenten besteht, die jeweils für sich in Mikro- bzw. Nanokapseln untergebracht sind, die miteinander und auch mit einem Bindemittel vermischt sind. Das Bindemittel hat die Funktion, die vermischten Mikrokapseln aneinander und an das Funktionselement zu verkleben. Die Kapseln sind ausgelegt, um unter Druckbelastung aufzuplatzen, wodurch die mindestens zwei Komponenten in Berührung gelangen, reagieren und eine aushärtende Klebeschicht bilden. Wie ersichtlich liegt der Klebstoff in Form eines Ringes vor.
Ferner sieht man, insbesondere aus den 1B, 1C und 1E, dass der Klebstoffring 30 in einer die Längsachse des Funktionselements einschließenden Längsebene geschnitten zumindest im Wesentlichen dreieckig ist.
Der Klebstoffring 30 weist einen längeren, der Anbringungsfläche benachbart angeordneten Schenkel 32 und einen kürzeren, dem Zentrierabschnitt benachbarten Schenkel 34 auf, wobei der längere Schenkel 32 und der kürzere Schenkel 34 vorzugsweise zwischen sich einen rechten Winkel bilden. Der im Querschnitt eine Dreiecksform aufweisende Klebstoffring 30 wird von der Anbringungsfläche 22 auf der einen Seite und vom Zentrierabschnitt 16 auf der anderen Seite geschützt. Da die Hypotenuse 36 der dreieckigen Form die Grenzfläche des Klebstoffrings bildet und innerhalb einer gedachten konusförmigen Schrägfläche liegt (nicht gezeigt), die sich vom freien Ende des Zentrierabschnitts 16 zu der radial anderen Begrenzung der Anbringungsfläche 12 erstreckt, ist die Gefahr der Verletzung, beispielsweise das Abplatzen des Klebstoffrings oder eines Bereichs davon sehr gering, und zwar selbst dann, wenn die Funktionselemente in einer losen Schüttung transportiert werden. Alternativ zu der Anordnung des Klebstoffs in Ringform kann der Klebstoff in einzelnen Klebstoffdepots um den Zentrierabschnitt herum auf der Anbringungsfläche des Flansches haften.
Es wird eine überschüssigen Klebstoff aufnehmende Vertiefung 38 im Flansch 14 vorgesehen. Eine Vertiefung könnte alternativ oder zusätzlich im Zentrierabschnitt ausgebildet sein (nicht gezeigt).
Die Vertiefung 38 ist wie gezeigt vorzugsweise eine Ringvertiefung, die radial außerhalb der Anbringungsfläche als axiale Nut im Flansch 14 ausgebildet ist. Stattdessen könnte die Ringvertiefung als radiale Nut im Zentrierabschnitt 16 oder radial innerhalb der Anbringungsfläche oder diese unterbrechend angeordnet sein.
Ferner bestünde die Möglichkeit, anstelle der Ringvertiefung 38 (oder als Ergänzung dazu (nicht gezeigt)) mehrere Vertiefungen vorzusehen, die innerhalb der Anbringungsfläche und um die Längsachse des Funktionselementes herum angeordnet sind, beispielsweise Vertiefungen in der Form von sich radial erstreckenden Nuten.
In den 1A bis 1E ist der Zentrierabschnitt in Querschnitt kreisrund und ringförmig. Er könnte aber bei Bedarf eine polygonale oder eine genutete oder gerippte Form aufweisen.
Man sieht insbesondere aus der 1B, dass die Anbringungsfläche 28 radial innerhalb einer ringförmigen Anlagefläche 40 angeordnet ist und gegenüber dieser in axialer Richtung des Zentrierabschnitts 16 um einen Betrag h zurückversetzt ist, der beispielsweise etwa 0,1 mm beträgt. Somit bildet die Anlagefläche 40 eine äußere Ringfläche und die Anbringungsfläche 28 eine innere Ringfläche, wobei die überschüssigen Klebstoff aufnehmende Ringvertiefung 38 zwischen der Anlagefläche 40 und der Anbringungsfläche 28 vorgesehen ist.
Das Funktionselement 10 ist in den 1A–1E als Mutterelement ausgebildet, es könnte aber genauso als Bolzenelement ausgebildet werden, wie in 6 gezeigt.
Es versteht sich, dass die bisherige Beschreibung der 1A bis 1E auch im übertragenen Sinne für ein Bolzenelement gemäß 6 gilt, in der die gleichen Bezugszeichen verwendet sind und die gleiche Bedeutung haben.
Ferner könnte das Funktionselement als ein hohles Element oder ein Element mit einem zylindrischen Vorsprung zur Aufnahme einer Welle bzw. eines Clips oder eine Lagerbuchse ausgebildet werden (nicht gezeigt).
Die 2A zeigt nun das erfindungsgemäße Funktionselement 10 gemäß 1A bis 1E innerhalb eines Halters 50 angeordnet, der beispielsweise als Setzkopf ausgebildet sein kann. Solche Setzköpfe sind auf dem Gebiet der Befestigungselemente zur Anwendung mit Blechteilen bestens bekannt und müssen hier nicht weiter erläutert werden.
Man sieht, dass der Halter 50 bzw. Setzkopf eine untere Stirnseite 52 sowie einen, der äußeren Form des Funktionselements 10 entsprechenden Ausschnitt 54 aufweist, der so bemessen ist, dass die Anlagefläche 40 des Funktionselements 10 mit der unteren Stirnseite 52 des Halters 50 in einer Ebene liegt. Unterhalb des Funktionselements 10 befindet sich ein Kunststoffbauteil, das auf einer Matrize 60 abgestützt wird. Im Kunststoffbauteil 56 befindet sich ein Loch 58, dessen Lochrand einen inneren Durchmesser bestimmt, der dem äußeren Durchmesser eines mittleren Vorsprungs 62 der Matrize 60 entspricht. Dieser Durchmesser entspricht ebenfalls dem äußeren Durchmesser D2 des Zentrierabschnitts 16 des Funktionselements 10. Ferner sieht man aus 2A, dass der mittlere Vorsprung 62 der Matrize, das Loch im Kunststoffbauteil 56 sowie der Zentrierabschnitt 16 des Funktionselements 10 eine gemeinsame mittlere Längsachse 64 aufweisen. Somit liegt das Kunststoffbauteil 56 auch in diesem Stadium konzentrisch zum Zentrierabschnitt 16 des Funktionselements. Ferner sieht man aus der 2A, dass der mittlere Vorsprung 62 der Matrize in einem unteren Bereich 66 des mittleren Vorsprungs 62 der Zentrierung des Kunststoffbauteils 56 und in einem oberen Bereich der Zentrierung des Funktionselements 10 dient. Oberhalb dieses unteren ringförmigen Bereichs 66 befindet sich eine ringförmige Ausnehmung 68 des mittleren Pfostens 62, die eine Form aufweist, die leicht von der Formgebung des unteren Bereichs 70 des Zentrierabschnitts 16 abweicht, damit dieser Bereich des Zentrierabschnitts 16 leicht gestaucht, leicht umverformt und geringfügig aufgeweitet wird, wenn der Halter bzw. der Setzkopf 50 gegen die ringförmig getriebene Fläche 20 des Funktionselements 10 in Pfeilrichtung F gedrückt wird. Man kann sich die Anordnung gemäß 2A so vorstellen, dass die Matrize 60 im unteren Werkzeug einer Presse zentriert ist, während der Halter 50 bzw. der Setzkopf entweder in einer Zwischenplatte der Presse (falls vorhanden) oder in einem oberen Werkzeug der Presse angeordnet ist. Beim Schließen der Presse wird der Halter 50 daher auf das Kunststoffbauteil 56 und die Matrize 60 zu bewegt, wodurch die Oberseite 72 des Kunststoffbauteils im Bereich um das Loch 58 herum gegen den Klebstoffring gedrückt wird und auch der innere Rand des Loches 58 Kunststoff vom Zentrierabschnitt 16 abschabt und hierdurch den Kunststoffring 30 unter Druck setzt, so dass die Komponenten des Klebstoffs miteinander reagieren und unter Druck gesetzt werden und der Klebstoff ausgehärtet wird. Bei Verwendung eines Klebstoffs mit Mikroverkapselung oder Nanoverkapslungskomponenten platzen die Kapseln unter dem angewandten Druck und lassen die entsprechenden Komponenten miteinander in innige Berührung gelangen, wodurch die chemische Aushärtereaktion ausgelöst wird.
Dabei stellt die passgenaue Form der äußeren Fläche des Zentrierabschnitts 16 und des Lochrandes der Öffnung bzw. des Loches 58 des Kunststoffbauteils sicher, dass kein Klebstoff oder nur eine geringfügige Menge an Klebstoff an den Zentrierabschnitt 16 vorbeiläuft, d. h. dieser Bereich ist gut abgedichtet, so dass der Klebstoff in den jetzt rechteckigen Raum 74 zwischen der Oberseite des Kunststoffbauteils und der Anbringungsfläche 38 des Funktionselements 10 unter Druck gesetzt wird und dort aushärtet, wie in 2B bzw. 2C gezeigt ist. Dabei gelangt überschüssiger Klebstoff in die Ringvertiefung 38 um die Anbringungsfläche 38 herum hinein. Man sieht ferner aus den 2B und 2C, dass die Anlagefläche 40 des Funktionselements 10 ebenfalls dichtend an der Oberseite 70 des Kunststoffbauteils 56 anliegt, diese jedoch nicht oder nur im geringen Umfang eindrückt. Somit bestimmt die axiale Höhe h gemäß 1B die axiale Dicke der ausgehärteten Klebstoffmenge 76, die den rechteckigen Raum (im Querschnitt) 74 ausfüllt.
Man sieht ferner aus den 2B bzw. 2C, dass die Stirnseite des leicht umgeformten Zentrierabschnitts 16 etwa in der Mitte des Kunststoffbauteils zu liegen kommt und auf jeden Fall nicht über die untere Seite 78 des Kunststoffbauteils hinausragt. Damit liegt eine planare Anschraubfläche 78 unterhalb des Kunststoffbauteils auf der dem Flanschteil 14 abgewandten Seite des Kunststoffbauteils 56. Da der Zentrierabschnitt 16 hier als ringförmiger Zentrierabschnitt ausgebildet ist, kann ohne weiteres eine Schraube von unten kommend in der 2B in das Gewinde 22 des Mutterelements eingeschraubt und hierdurch ein weiteres Bauteil gegen die Anschraubfläche gedrückt werden. Gleichzeitig wird die Anlagefläche 40 des Funktionselements an die Oberseite 72 des Kunststoffbauteils gedrückt, so dass eine hochwertige Anschraubsituation mit der erwünschten direkten Klemmung erreicht wird. Da der Klebstoff in der Klebstofffuge 74 ausgehärtet ist, wird auch ein Teil der axialen Belastung der Schraubverbindung über den Klebstoff in der Klebstofffuge 74 an die Anbringungsfläche 12 übertragen.
Die 3A bis 3C zeigen eine Ausführungsform, die der Ausführungsform gemäß 2A–2C sehr ähnlich ist, weshalb auch die gleichen Bezugszeichen in den entsprechenden Zeichnungen verwendet werden. Es versteht sich, dass die bisherige Beschreibung auch für Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen in den 3A–3C gilt. Diese Konvention wird auch im Zusammenhang mit den weiteren Figuren verwendet. Es werden nunmehr nur die wesentlichen Unterschiede zwischen der Ausführungsform gemäß 3A–3C im Vergleich zu den 2A–2C beschrieben.
Diese Unterschiede beschränken sich auf eine ringförmige Erhöhung 80 um den mittleren Vorsprung 62 der Matrize 60 herum. Aus der 3A sieht man, dass das Kunststoffbauteil jetzt auf der Oberseite der ringförmigen Stufe 80 sitzt und somit etwas oberhalb von der Ringfläche 82 der Matrize, die die ringförmige Erhöhung 80 umgibt. Die Situation im Halter 50 ist gegenüber der bisherigen Ausführungsform gemäß 2A–2C unverändert.
Aufgrund der Schließung der Presse oder einer anderen Einrichtung, die verwendet wird, um das Funktionselement 10 gegen das Kunststoffbauteil und die Matrize 60 zu drücken, bildet die ringförmige Erhöhung 82 der Matrize eine ringförmige Vertiefung 84 in der Unterseite 78 des Kunststoffbauteils und zugleich, wie am besten aus der 3C zu sehen ist, eine entsprechende Erhöhung 86 auf der Oberfläche des Kunststoffbauteils, wodurch die axiale Höhe des Klebstoffs innerhalb der Klebstofffuge 74 gegenüber der Ausführungsform gemäß 2B und 2C verkleinert wird. Dies kann von Vorteil sein, da häufig die Klebekraft von Klebstoffschichten mit einer abnehmenden Dicke der Klebstoffschicht erhöht wird, sofern diese Schicht noch eine angebrachte Dicke aufweist. Die axiale Höhe der Erhöhung 80 gegenüber der Fläche 82 kann mit Vorteil im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 mm gewählt werden. Der Unterschied zwischen der axialen Höhe der Anlagefläche 40 und der Anbringungsfläche 12 wird dann so gewählt, dass die axiale Höhe der Klebstoffschicht im Bereich 74 etwa 0,1 mm beträgt, wenn man die axiale Höhe der Erhöhung 86 berücksichtigt, die in etwa die axiale Höhe der Vertiefung 84 bzw. der Ringfläche 80 gegenüber der Fläche 82 beträgt.
Bei vielen Kunststoffmaterialien ist es möglich, eine solche permanente Verformung durch eine Ringstufe 80 einer Matrize 60 herbeizuführen.
Für den Fall, dass dies nicht gelingt oder zu befürchten wäre, dass das Material des Kunststoffbauteils hierdurch in unzulässiger Weise beschädigt wird, kann man auch bei der Ausbildung des Kunststoffbauteils für eine ringförmige Erhöhung am Kunststoffbauteil sorgen, wie beispielsweise in den 4A und 4B gezeigt. Diese Ausführung hat auch den Vorteil, dass eine Verstärkung des Kunststoffbauteils im Bereich um das Loch 58 herum vorliegt, wodurch eine Belastung der Schraubverbindung bzw. im Betrieb auftretende Belastungen besser in das Kunststoffbauteil 56 abgeleitet werden können.
Selbst wenn man nicht mit einer solchen ringförmigen Erhöhung arbeitet, kann man auf jeden Fall die axiale Höhe der Klebstofffuge und der hier sich ausbildenden Klebstoffschicht genau bestimmen, indem man die axiale Höhe h (1B) richtig bestimmt, d. h. den Grad der Rückversetzung der Anbringungsfläche 12 gegenüber der Anlagefläche 40 richtig wählt.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass die hohle Ausbildung des Halters 50 gemäß 2A bzw. 3A so ausgenützt werden kann, dass dort eine mittlere Längspassage 90 vorliegt, um mittels eines in der Passage 40 längs verschiebbaren Stößels das fertiggestellte Zusammenbauteil vom Halter 50 wegzudrücken, nachdem das Zusammenbauteil fertiggestellt wurde.
Die 5 zeigt nun wie einzelne Funktionselemente 10 in entsprechenden Öffnungen 100 eines Trägerbands 102 eingesetzt werden können, so dass die Funktionselemente in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Gegebenenfalls können mehrere Reihen von Öffnungen 100 im Trägerband vorgesehen werden, so dass auch mehrere Reihen von Funktionselementen möglich sind. Durch Zurückfalten des Trägerbandes auf sich selbst, wie bei 104 gezeigt, beispielsweise über eine nicht dargestellte Welle, werden die Funktionselemente 10 bei Bewegung des Trägerbandes 102 in Pfeilrichtung B eines nach dem anderen aus dem Trägerband ausgeknüpft, und sie können mittels eines beweglichen Fingers oder eines Halters (beide nicht gezeigt), der das Funktionselement direkt aufnimmt, dann in einen Zuführkanal eines Setzkopfes oder zu einer Position oberhalb einer Matrize 60 bewegt werden, wie schematisch in 5 dargestellt. 5 zeigt allerdings die Situation nach der Anbringung an das Kunststoffbauteil 56.
Zum Verbinden von verschiedenen Bauteilen ist eine große Anzahl unterschiedlicher Klebstoffarten bekannt. Die verschiedenen Klebstoffarten lassen sich zum einen nach der chemischen Basis und zum anderen nach dem Verfestigungsmechanismus einteilen. Bei chemisch härtenden Klebstoffen, oft auch Reaktionsklebstoffe genannt, werden die einzelnen chemischen Komponenten für den Klebstoff im richtigen Verhältnis in die Klebefuge eingebracht. Die Verfestigung wird durch chemische Reaktion der Komponenten miteinander erreicht. Grundsätzlich unterscheidet man bei den Reaktionsklebstoffen zwischen zwei(oder mehr-)komponentigen und einkomponentigen Systemen. In der vorliegenden Anmeldung können jede Art von Reaktionsklebstoffen eingesetzt und der Einfachheit halber im Folgenden als Klebstoff bezeichnet werden.
Bei Zweikomponentenklebstoffen werden zwei oft räumlich getrennte Zubereitungen eingesetzt. In diesen Zubereitungen befinden sich die Monomere, Grundbausteine des bei der Reaktion entstehenden Polymers. Eine der beiden Zubereitungen enthält Harzmonomere (Binder), während die andere Härter enthält. Es können auch weitere Inhaltsstoffe in den Zubereitungen vorhanden sein, wie z. B. Stabilisatoren, Thixotropiermittel, Beschleuniger, weitere Additive, Farb- oder Füllstoffe. Die zwei Komponenten müssen typischerweise vor der Applikation im korrekten Verhältnis intensiv vermischt werden. Mit dem Kontakt von Binder und Härter startet die chemische Reaktion zum Klebstoffpolymer. Dies bedingt, dass Zweikomponentenklebstoffe nur innerhalb einer gewissen Verarbeitungszeit verarbeitbar sind. Durch die fortschreitende Reaktion nimmt die Viskosität der Mischung stetig zu und kann schließlich nach Überschreiten der Verarbeitungszeit die zu verbindenden Oberflächen nicht mehr miteinander verbinden. Nach dem Verbinden der Oberflächen mittels des Klebstoffs folgt die Aushärtezeit, in der sich die Endfestigkeit der Verklebung aufbaut. Diese Aushärtezeit wird stark von äußeren Einflüssen beinflusst, insbesondere von der Temperatur. Eine Temperaturerhöhung führt zu einer beschleunigten Aushärtung und oft auch zu einer höheren Festigkeit. Im Gegensatz hierzu verlängern niedrigere Temperaturen die Aushärtezeit. Es werden auch Drei- oder Mehrkomponentenklebstoffe hergestellt, die je nach Bedarf eingesetzt werden können.
Typische Arten von zwei(oder mehr-)komponentigen und einkomponentigen Systemen sind: Cyanacrylat-Klebstoffe, Methylmethacrylat-Klebstoffe, anaerob härtende Klebstoffe, strahlenhärtende Klebstoffe, Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe, Epoxidharz-Klebstoffe und Polyurethan-Klebstoffe.
Bei den speziellen Anforderungen, die an ein Funktionselement gestellt werden, kommt es darauf an, eine Klebstoffmasse in nicht ausgehärteter Form am Funktionselement vorzusehen, und zwar so, dass das Funktionselement mit dem nicht ausgehärteten Klebstoff über einen längeren Zeitraum von Tagen, über Monate bis hin zu Jahren gelagert werden kann, ohne dass der Klebstoff aushärtet. Bekannt sind auch Klebstoffsysteme, bei denen die einzelnen Komponenten in Mikro- bzw. Nanokapseln vorliegen. Möglich sind folgende Arten von Systemen:

a) Eine Komponente des Klebstoffs wird in Mikro- bzw. Nanokapseln in die zweite Komponente eingebracht, wobei die zweite Komponente so ausgelegt ist, dass sie die Mikro- bzw. Nanokapseln aneinander bindet und diese an das Funktionselement klebt. Die erste Komponente härtet jedoch ohne Berührung mit der zweiten Komponente nicht aus, sondern funktioniert wie ein schwacher Klebstoff, ähnlich wie der Klebstoff bei Haftnotizen. Erst durch ein Platzen der Mikro- bzw. Nanokapseln wird die zweite Komponente in der ersten Komponente freigegeben, so dass die zwei Komponenten in Berührung gelangen und aushärten und eine hohe Klebekraft entwickelt wird.
b) Es werden beide Komponenten eines Zweikomponentenklebstoffs jeder für sich in Mikro- bzw. Nanokapseln untergebracht, und diese werden mit einer dritten Komponente vermischt, wobei die dritte Komponente die Aufgabe hat, jeweils die erste und die zweite Komponente aneinander zu halten und an das Funktionselement zu kleben. Es kommt nur eine geringe Menge an der dritten Komponente zur Verwendung, nur so viel, um die oben bezeichneten Funktionen zu erreichen, jedoch nicht so viel, dass die Anwesenheit der dritten Komponente das Entstehen einer hochwertigen Klebeverbindung durch Reaktionen zwischen der ersten und zweiten Verbindung verhindert.
c) Es können auch Mehrkomponentenklebstoffe verwendet werden, die jeweils für sich in Mikro- bzw. Nanokapseln untergebracht sind, und erst dann miteinander reagieren, wenn die Kapseln (wie bei den obigen Beispielen) durch Druckeinwirkung zum Platzen gebracht werden. Auch bei solchen Mehrkomponentenklebstoffen muss ein Bindemittel vorgesehen werden, das die einzelnen Kapseln in vermischter Form aneinander hält und an das jeweilige Funktionselement bindet.

Ein Beispiel für einen Dreikomponentenklebstoff wäre ein Epoxidharz als erste Komponente, eine epoxidharzpolymerische Verbindung als zweite Komponente und ein Härter, beispielsweise in der Form eines Peroxids, als dritte Komponente.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1116891 [0002]
DE 102004062391 [0003]

Claims

Funktionselement (10) aus Metall mit einem eine Anbringungsfläche (12) bildenden Flansch größeren Durchmessers (D1) und einem innerhalb der Anbringungsfläche (12) angeordneten und sich vom Flansch weg erstreckenden Zentrierabschnitt (16), dadurch gekennzeichnet, dass ein unter Druck aushärtender Klebstoff (30) um den Zentrierabschnitt (16) herum und der Anbringungsfläche (12) benachbart angeordnet ist.
Funktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (30) ein mikroverkapselter bzw. nanoverkapselter Klebstoff ist, der vorzugsweise aus mindestens zwei Komponenten besteht, die jeweils für sich in Mikro- bzw. Nanokapseln untergebracht sind, die miteinander vermischt sind, wobei die Kapseln unter Druckbelastung aufplatzbar sind, wodurch die mindestens zwei Komponenten in Berührung gelangen und eine ausgehärtete Klebeschicht bilden.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in Form eines Ringes (30) vorliegt.
Funktionselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (30) in einer die Längsachse (64) des Funktionselements einschließenden Längsebene geschnitten zumindest im Wesentlichen dreieckig ist.
Funktionselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (30) einen längeren der Anbringungsfläche (12) benachbart angeordneten Schenkel (32) und einen kürzeren dem Zentrierabschnitt (16) benachbarten Schenkel (34) aufweist, wobei der längere Schenkel (32) und der kürzere Schenkel (34) vorzugsweise zwischen sich einen rechten Winkel bilden.
Funktionselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in einzelnen Klebstoffdepots um den Zentrierabschnitt (16) herum auf der Anbringungsfläche (12) des Flansches haftet.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine überschüssigen Klebstoff aufnehmende Vertiefung (38) im Flansch (14) und/oder, im Zentrierabschnitt (16) ausgebildet ist.
Funktionselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (38) eine Ringvertiefung ist, die radial innerhalb der Anbringungsfläche als axiale Nut im Flansch (14) und/oder als radiale Nut im Zentrierabschnitt (16) oder radial außerhalb der Anbringungsfläche (12) oder diese unterbrechend angeordnet ist.
Funktionselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vertiefungen vorgesehen sind, die innerhalb der Anbringungsfläche (12) und um die Längsachse (64) des Funktionselementes herum angeordnet sind, beispielsweise Vertiefungen in der Form von sich radial erstreckenden Nuten.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff, der Klebstoffring (30) oder die Klebstoffdepots vor Anbringung an ein Bauteil und vor dem Platzen der Mikrokapseln bzw. Nanokapseln am Funktionselement an der Anbringungsfläche (12) und oder am Zentrierabschnitt (16), beispielsweise mittels eines Haftmittels, das auch die Kapseln zusammen hält, haftet bzw. haften.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche Dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (16) im Querschnitt kreisrund, ringförmig oder polygonal ist oder eine genutete oder gerippte Form aufweist.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringungsfläche (12) radial innerhalb einer Anlagefläche (40) angeordnet ist und gegenüber dieser in axialer Richtung (64) des Zentrierabschnitts (16) zurückversetzt ist.
Funktionselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (40) eine äußere Ringfläche und die Anbringungsfläche (12) eine innere Ringfläche bildet, wobei vorzugsweise eine überschüssigen Klebstoff aufnehmende Ringvertiefung (38) zwischen der Anlagefläche (40) und der Anbringungsfläche (12) vorgesehen ist.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Mutterelement oder ein Bolzenelement handelt, oder um ein hohles Element oder ein Element mit einem zylindrischen Vorsprung zur Aufnahme einer Welle bzw. eines Clips oder einer Lagerbuchse.
Funktionselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Verbund mit mehreren gleichartigen Funktionselementen (10) vorgesehen ist, wobei die Funktionselemente in einer Reihe oder in mehreren Reihen in einem flexiblen Trägerband (102) angeordnet sind und durch Umbiegen des Trägerbands aus diesem ausknüpfbar sind.
Zusammenbauteil bestehend aus einem Funktionselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem aus Kunststoff bestehenden Bauteil (56), dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zentrierabschnitt (16) in ein Loch (58) des Bauteils (56) hinein erstreckt und dass der Klebstoff (30) eine Klebstoffverbindung zwischen der Anbringungsfläche (12) und der dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Bauteils (56) bildet.
Zusammenbauteil nach Anspruch 16, bei dem das Funktionselement nach Anspruch 7 ausgebildet ist, wobei die Vertiefung (38) zum Teil mit überschüssigem Klebstoff gefüllt ist.
Zusammenbauteil nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das Funktionselement nach Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist und die Anlagefläche (40) unmittelbar an der Oberfläche des Bauteils (56) anliegt.
Zusammenbauteil nach Anspruch 18, bei dem die der Anbringungsfläche (12) zugewandte Fläche des Bauteils eine Ringstufe (86) aufweist mit einer Höhe, die kleiner ist als der Betrag, um den die Anbringungsfläche gegenüber der Anlagefläche zurückversetzt ist.
Matrize zur Anbringung des Funktionselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einem vorgelochten Kunststoffteil, wie beispielsweise eine Kunststoffplatte, eine faserverstärkte Kunststoffplatte oder ein Faserverbundmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (60) einen mittleren Vorsprung (62) aufweist, dessen radial nach außen weisende Fläche eine Schrägfläche ist, die ausgelegt ist, um mit einer entsprechenden Schrägfläche des Zentrierabschnitts (16) diesen abzustützen bzw. umzuformen und/oder aufzuweiten und mit einer um den mittleren Pfosten herum angeordneten Ringfläche (80), die gegen die Unterseite des Kunststoffteils (56) drückt und über das Kunststoffteil (30) Druck auf den Klebstoff ausübt.
Matrize nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (60) um den mittleren Vorsprung (62) herum und innerhalb der genannten Ringfläche eine ringförmige Erhöhung (86) aufweist, die zu einer ringförmigen Vertiefung (84) in der dem Flansch (14) abgewandten Seite des Bauteils (56) und zu einer Ringstufe an der der Anbringungsfläche (12) zugewandten Oberfläche des Bauteils (56) führt, mit einer Fläche, die der der Anbringungsfläche (12) entspricht.
Verfahren zur Anbringung eines Funktionselements nach einem der Ansprüche 1 bis 12 an ein Bauteil aus Kunststoff, beispielsweise an eine Kunststoffplatte, einen Faserverbundstoff, wie ein glasfaserverstärktes oder ein kohlenfaserverstärktes Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anbringung an das Bauteil (56) die Mikrokapseln bzw. Nanokapseln zum Platzen gebracht werden, wodurch der Klebstoff (34) zwischen der Anbringungsfläche (12) des Funktionselements (10) und der gegenüberliegenden Fläche des Bauteils (56) eine Klebstoffverbindung erzeugt und gegebenenfalls überschüssiger Klebstoff aus dem Bereich der Klebstoffverbindung herausgepresst wird, beispielsweise in eine Vertiefung (38) des Funktionselements (10) oder in einen sich zwischen der gerundeten Seite des Flansches (14) und dem Bauteil (56) ausbildenden Zwickel.