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WO2022135760A1 - Bauteil insbesondere für eine luftfeder, ein luftfederbein, einen luftfederdämpfer oder ein topmountgehäuse und verfahren zum herstellen des bauteils - Google Patents

Bauteil insbesondere für eine luftfeder, ein luftfederbein, einen luftfederdämpfer oder ein topmountgehäuse und verfahren zum herstellen des bauteils Download PDF

Info

Publication number
WO2022135760A1
WO2022135760A1 PCT/EP2021/077453 EP2021077453W WO2022135760A1 WO 2022135760 A1 WO2022135760 A1 WO 2022135760A1 EP 2021077453 W EP2021077453 W EP 2021077453W WO 2022135760 A1 WO2022135760 A1 WO 2022135760A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
channel
air spring
groove
joining material
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/077453
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Werner
Hilrich Kardoes
Michael Mess
Original Assignee
Vibracoustic Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vibracoustic Se filed Critical Vibracoustic Se
Priority to CN202180085404.3A priority Critical patent/CN116615328A/zh
Publication of WO2022135760A1 publication Critical patent/WO2022135760A1/de

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    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3207—Constructional features
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/721—Vibration dampening equipment, e.g. shock absorbers

Definitions

  • Component in particular for an air spring, an air spring strut, an air spring damper or a top mount housing and method for producing the component
  • the invention relates to a component, in particular for an air spring, an air spring strut, an air spring damper or a top mount housing, and a method for producing the component.
  • injection molding can be used.
  • individual components of the component e.g. B. made by injection molding.
  • These components can have shell structures. After their production, the shells are assembled and connected to each other. The connection can be carried out, for example, by means of gluing or welding processes.
  • a bonding material is used to join the edges of the components together.
  • the materials of the components on the surfaces of the edges are fused with the joining material applied to the edges at high temperature.
  • the object of the invention is therefore to create an improved component and an improved method for producing the component.
  • the invention relates to a component, in particular for an air spring, an air spring strut, an air spring damper or a top mount housing, the component having a first component with at least one groove element, a second component with at least one spring element corresponding to the groove element and a joining material, the invention providing that the tongue element is at least partially arranged in the groove element, at least one channel extending between the groove element and the tongue element and the first structural component and the second structural component being connected to one another in a materially bonded manner by inserting the joining material into the channel.
  • component components can thus be connected to one another with a weld seam in previously inaccessible areas.
  • the first structural component has at least one groove element and the second structural component has at least one matching tongue element.
  • the at least one groove element and the at least one tongue element are positioned in such a way that the tongue element is at least partially inserted into the groove element.
  • the component parts can thus be coupled to one another via a tongue and groove connection.
  • a channel extends between the groove element and the tongue element.
  • the channel can be created by only partially inserting the tongue element into the groove element, or it can be integrated into the tongue element or the groove element.
  • the channel can have an opening on one side or be closed.
  • a heated, flowable joining material is introduced into the channel.
  • the channel can have, for example, a through-opening into the external environment of the component.
  • the construction sub-components can be placed in an injection molding tool in the mold and injected.
  • the through opening will expire like the channel with the joining material.
  • the joining material can flow along the channel and spread out in the channel. It merges with the contact surfaces to the groove element and tongue element. When it cools down, the joining material solidifies in the channel and causes an integral connection between the groove element and the tongue element.
  • the components can be, for example, for an air spring, an air spring strut, an air spring damper or a top mount housing.
  • a tool can be used to guide material to the component to create a weld seam.
  • the channel can be arranged at least partially between a bottom surface of the groove element and an end surface of the tongue element.
  • the at least one tongue element can be inserted only partially into the at least one groove element. This can be brought about, for example, by the tongue element having a shape that prevents the tongue element from being completely inserted into the groove element.
  • a lumen therefore remains between the end face of the tongue element and the bottom face of the groove element.
  • the lumen is the channel through which the joining material can be introduced. In this way, the channel can be implemented simply and inexpensively.
  • the first assembly component and the second assembly component can enclose at least one cavity.
  • the first assembly component and the second assembly component can at least partially enclose a cavity.
  • the walls of the cavity which can also be on the inside, can be connected by means of an injected melt for spray welding. Due to the special design of the channels, in particular due to the supporting effect of the spring elements corresponding to the channels, the tip welding can be set up in such a way that the cavity can be prevented from collapsing due to the injection pressure and the channel can be filled evenly.
  • the spring element z. B. at one edge narrower than the width of the groove member and thus leave a channel open when it is fully inserted into the groove member. In this case, too, the channel can be produced simply and inexpensively.
  • the component can also have, for example, at least one spacer for maintaining a predetermined penetration depth of the spring element in the groove element.
  • the spacer can for example be arranged between the groove element and the tongue element in the channel.
  • the spacer can be arranged on the spring element, with at least one side wall of the groove element being supported on the spacer.
  • the spacer can protrude from a side surface of the tongue element and form a seat for the groove element.
  • the side wall of the groove element is placed on the spacer when the predetermined penetration depth is reached and prevents further insertion of the spring element into the groove element.
  • a channel can thus be produced in a simple manner between the tongue element and the groove element and kept open before the joining material is introduced.
  • the second structural component can have at least one rib element, with the spring element being arranged on a free end piece of the rib element.
  • the rib element thus extends from the second structural component to the first structural component.
  • the rib element can be arranged inside the component.
  • the at least one rib element is adjacent to the at least one cavity, with the first assembly component being supported on the rib element in a region around the cavity.
  • the channel can, for example, have at least one through-opening, with the channel being connected to an outer surface of the component via the through-opening, with joining material being arranged in the through-opening.
  • the through-opening can be arranged at a position accessible from the outside. Heated joining material can be introduced through the passage opening and distributed in the channel. The contact surfaces with the groove element and the spring element can be melted. When it cools down, the joining material solidifies and joins the two components together.
  • the channel can have several through openings. In this way, joining material can be introduced into the channel at several positions at the same time. This avoids the joining material being subject to excessive cooling as it flows through the channel.
  • the component can have at least one distribution channel on the outer surface, for example, which is filled with joining material, the distribution channel being connected to the channel via the joining material and through the through-opening.
  • the distribution channel can extend over an outer surface of one of the assembly components and be accessible from the outside so that joining material can be introduced into it.
  • the joining material can flow through the distribution channel and the through-opening into the channel.
  • the joining material on the distributor channel can have an undercut towards the channel.
  • the channel can be filled directly through a through-opening.
  • the undercut which can also be referred to as an undercut structure, can be connected to the channel via at least one further through opening.
  • the undercut advantageously extends on the side of the structural component opposite a groove element. On the one hand, this results in an improved mechanical connection between the component parts via the joining material.
  • the undercut also acts as an overflow bean when the joining material is introduced. This improves the venting of the canal when inserting the joining material.
  • the heated joining material flowing through the channel further preheats the channel first and then flows into the area where the undercut is formed. Joining material that continues to flow is then subject to weaker cooling and remains in the channel. As a result, the quality of the weld can be increased.
  • the first assembly component can, for example, consist of a first material and the second assembly component consists of a second material, with the joining material having a higher melting point than the first material and the second material, with the first material and the second material each being able to be welded to the joining material .
  • the joining material can then easily melt the materials of the assembly components when it comes into contact with them. This improves the formation and quality of the weld. It is also conceivable that the groove element and/or the tongue element has, for example, at least one insertion bevel.
  • the groove element can have a gap of 0.2 mm on each side of the spring element, for example. This also makes it easier to insert the tongue and groove connection. This can result in a gap of up to 0.4 mm between the spring element and the groove element in the event of a one-sided tolerance shift. However, if the gap depth is deep enough, the melt runs dead in the gap: the channel between the groove element and the tongue element can therefore be filled in spite of the gap.
  • the invention further relates to an air spring, an air spring strut, an air spring damper or a top mount housing comprising a component according to the preceding description, the component being arranged on the air spring, the air spring strut, the air spring damper or the top mount housing.
  • the invention further relates to a method for producing a component according to the preceding description or an air spring according to the preceding description, comprising the steps: producing a first component with at least one groove element and a second component with at least one spring element corresponding to the groove element; Arranging the first assembly component and the second assembly component such that the tongue element is at least partially inserted into the groove element, at least one channel being formed between the groove element and the tongue element; Introducing molten bonding material into the channel.
  • the groove element and the spring element can be melted and adhesively connected by the melted joining material in a region of the channel.
  • the first assembly component and the second assembly component can enclose at least one cavity.
  • 5a, b shows a schematic sectional representation of the component and a tool during the introduction of the joining material with a distribution channel within the tool;
  • 6a-c shows a schematic sectional view of the component with a distribution channel on the component
  • FIG. 8 shows a flow chart of the method.
  • the assembly 10 comprises a first assembly component 12 , a second assembly component 14 and a joining material 16 which cohesively connects the first assembly component 12 to the second assembly component 14 .
  • the component 10 is a component of an air spring and has an opening 11 at a central point.
  • another component of the air spring or the air spring itself can be guided through the opening.
  • the component 10 can also be a component of an air spring strut, an air spring damper or a top mount housing.
  • first assembly component 12 and the second assembly component 14 are shown individually and before the connection with the joining material 16.
  • the first assembly component 12 comprises at least one groove element 18 which extends along part of the first assembly component 12 .
  • the groove element 18 has a side wall 40 which extends away from the first assembly component 12 .
  • the second assembly component 14 can have a space that forms a cavity 46 in the assembly 10 when the first assembly component 12 has been assembled with the second assembly component 14 .
  • a rib element 42 can be arranged within the cavity 46 which supports the cavity 46 in the component 10 and which extends in the component 10 from the second component 14 to the first component 12 .
  • a spring element 20 is arranged on a free end of the rib element 42 and is arranged and designed to match the corresponding groove element 18 .
  • the arrangement of the tongue elements 20 and the groove elements 18 is such that when the first assembly component 12 and the second assembly component 14 are assembled, a tongue element 20 is joined to a groove element 18 in each case. In this example, the spring element 20 is at least partially inserted into the groove element 18 .
  • Spacers 38 on the outer wall of the second assembly component 14 determine the depth of penetration of the tongue elements 20 into the groove elements 18 .
  • the side wall 40 of at least some groove elements 18 of the first assembly component 12 is then in contact with the spacers 38, as shown in FIG. 2b.
  • the tongue elements 20 can then no longer be inserted into the groove elements 18 .
  • Spacers 38 can also be provided on the rib element 42, which support the structural components 12 and 14 centrally on one another (not shown).
  • a lumen remains between the tongue elements 20 and the groove elements 18 and forms a channel 44 that extends along the tongue elements 20 and the groove elements 18 . It is formed between the bottom surface of the groove elements 18 and an end face 21 of the tongue elements 20 .
  • the channel 44 preferably has a height of at least 0.5 mm, more preferably at least 2 mm.
  • the first assembly component 12 from FIG. 1 is shown in FIG. 3a.
  • the first assembly component 12 has an opening that is delimited by a wall 13 .
  • a flat cover element extends from the wall 13 to the outer wall 19 of the first structural component 12, which is crossed by struts 17 in a star shape.
  • the struts 17 are arranged on the upper side of the first structural component 12 and, together with a nozzle-side tool half, e.g. 6a, a distribution channel 26 of the cover element 12 which is arranged on the upper side of the first component 12 and in which the joining material 16 can be injected and distributed.
  • the struts 17 form at least partially the groove elements 18 opposite on the underside of the first structural component 12 between the wall 13 and the outer wall 19.
  • the groove elements 18 are shown in FIG. 2a as described above.
  • Distribution channels 26 are shown along the struts 17 , which are connected to the groove element 18 on the other side of the first assembly component 12 in a fluid-communicating manner via a through-opening 22 .
  • Other struts 17 have undercut shapes 24 which are also connected via through-openings 22 to the corresponding groove element 18 on the other side of the first assembly component 12 in a fluid-communicating manner.
  • the struts 17 can include further through-openings 22 which are arranged on the component 10 at locations which are accessible from the outside.
  • FIG. 3b shows the second assembly component 14 from FIG.
  • At least one rib element 42 extends from the opening 11 to an outer wall 15.
  • the rib elements 42 delimit cavities 46 within the component 10.
  • a spring element 20 is arranged on a free end piece of at least one rib element 42 12 can be introduced.
  • channels 44 are formed between the tongue elements 20 and the groove elements 18.
  • the channels 44 can be arranged between side walls of the groove elements 18 and between the end face 21 of the tongue elements 20 and a bottom surface of the groove elements 18.
  • the joining material 16 is shown in FIGS. 4a and 4b as it extends between the first assembly component 12 and the second assembly component 14 or on the two assembly components 12, 14.
  • FIG. 4a shows joining material 16, which has a ring 23, which welds together the first assembly component 12 and the second assembly component 14 on an outer wall.
  • the first assembly component 12 consists of a first material that can be welded to the joining material 16 .
  • the second assembly component 14 consists of a second material that can be welded to the joining material 16 .
  • the first material and the second material can be the same.
  • the first and second materials preferably have a lower melting point than the joining material 16 .
  • the first material and the second material can, for. B. have a polyamide 6 and the joining material 16 can, for. B. have a polyamide 66.
  • the weld seams 32 extend from the ring 23 in the component 10 along the channels 44 . These extend either directly from the ring 23 into the channels 44 or via distributor structures 30 into the channels 44, with the distributor structures 30 being arranged in the component 10 in the distributor channels 26. Connections between the distributor structures 30 and the weld seams 32 are produced via connecting pieces 34 and 36, respectively, which are arranged in the component 10 in the through openings 22.
  • the through-openings 22 can have different shapes, so that the connecting pieces 34 and 36 can also be shaped differently.
  • the connecting pieces 34 are round or cylindrical and the connecting pieces 36 are rectangular or cuboid.
  • the passage openings 22 in which the connecting pieces 34, 36 are arranged are formed accordingly.
  • the connectors 36 extend a longer distance along or parallel to the welds 32 than the connectors 34 which are formed along the welds 32 only a small distance.
  • weld seams 32 are not connected to the distribution channels 26 via connecting pieces 34 or 36 . Instead, they are then directly connected to the ring 23 and are filled via it.
  • Joining material 16 is also shown in FIG. 4b, which has a further ring 25, which is circular in this example. This is arranged in the example of Figure 1 at the opening 11 and connects the first component 12 to the second component 14 at a connection point at the opening 11.
  • a weld seam 32 is also connected to the further ring 25 via a distributor structure 30 .
  • Two further weld seams 32 are connected directly to the further ring 25 . They have connection structures 36 that connect the weld seams 32 to the undercuts 28 .
  • Figures 5a and 5b show the component 10, which is arranged in a mold.
  • the molding tool 49 has a lower mold 48, a middle mold 50 and an upper mold 52.
  • the lower mold 48 receives a portion of the second assembly component 14 .
  • the first assembly component 12 is placed on the second assembly component 14 .
  • This is enclosed by the middle mold 50 from the outside.
  • the upper mold 52 is arranged on the middle mold 50 .
  • Flow channels 56 which are connected to the channels 44 of the component 10 via through-openings 22 extend through the upper mold 52 and the middle mold 50 .
  • the flow channels 56 are filled with joining material 16 .
  • the joining material 16 is introduced through an entry port 57 on the upper mold 52 .
  • the distributor gate of the joining material 16 extends between the upper mold 52 and the middle mold 50 and opens into the through-openings 22 of the component 10 .
  • the joining material 16 can therefore flow from the inlet opening 57 to the through-openings 22 and can be distributed along the channels 44 between the groove element 18 and the tongue element 20 .
  • wall structures arranged within the component 10, such as the rib element 42, which borders the cavities 46 within the component 10, can establish a connection between the component components 12, 14 with weld seams.
  • the distributor sprue positioned between the upper mold 52 and the middle mold 50 is ejected from the joining material 16 so that a new cycle can take place.
  • FIG. 5b shows a detailed view from FIG. 5a.
  • a groove element 18 with a spring element 20 and a channel 44 is shown in more detail.
  • the groove element 18 has insertion bevels 54 on its side walls 40 which facilitate the insertion of the tongue element 20 into the groove element 18 .
  • Figures 6a to 6c show another embodiment of the component 10 and the associated mold.
  • the molding tool 49 comprises a lower mold 48 and a cover mold 60, which directly adjoins the lower mold 48.
  • the lower mold 48 accommodates at least part of the second assembly component 14.
  • a distribution channel 26 is arranged between the cover mold 60 and the first assembly component 12 .
  • the distribution channel 26 extends on an outward-facing surface of the first assembly component 12 along the struts 17 shown in Figure 3a to the through-openings 22.
  • the distribution channel 26 is filled with joining material 16 and is integrally connected to the first assembly component 12. It does not have to be removed afterwards, as in the example in FIG. 5a.
  • the inlet opening 57 is also arranged on the lid mold 60 . Heated, free-flowing joining material 16 can be introduced into the distribution channel 26 through the inlet opening 57 . The heated joining material 16 can flow along the distribution channel 26 through the through-openings 22 into the channels 44 .
  • FIG. 6b shows the demolded component 10.
  • the distribution channel 26 now has solidified joining material 16, which fills the distribution channel 26 completely.
  • Solidified joining material 16 is also arranged in the channels 44 and is at least partially fused to the surfaces of the groove elements 18 and the tongue elements 20 .
  • FIG. 6c shows a detailed view of the illustration from FIG. 6b.
  • the channel 44 is shown with the groove element 18 and the tongue element 20 which is filled with joining materials 16 .
  • the material 16 extends through the passage opening 22 along the distribution channel 26 on the outer surface of the first assembly component 12.
  • distribution channels 26 can also be located within the structural components 12 , 14 .
  • the side walls 40 of the groove element 18 have insertion bevels 54 in this example.
  • the insertion bevels 54 can also be arranged on the spring element 20 . In this case, too, the insertion bevels 54 facilitate the insertion of the tongue element 20 into the groove element 18.
  • Figure 8 shows the method 100 for manufacturing the component 10.
  • first assembly component and the second assembly component are produced.
  • the first assembly component is manufactured with at least one groove element and the second assembly component is manufactured with at least one tongue element.
  • the groove element and the tongue element correspond to one another, so that when they are put together the first assembly component and the second assembly component, the tongue element at least partially the groove element can be inserted.
  • the first assembly component is arranged with the second assembly component in such a way that the spring element is at least partially inserted into the groove element. This assembles the component. At least one channel remains between the groove element and the tongue element. Furthermore, the first assembly component and the second assembly component can enclose at least one cavity.
  • melted joining material is introduced into the channel.
  • the molten joining material continues to melt the contact surfaces to the groove element and the tongue element.
  • a weld seam is formed between the first assembly component and the second assembly component.
  • An adhesive connection is created between the groove element and the spring element in the area of the channel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein einen Luftfederdämpfer oder einem Topmountgehäuse, wobei das Bauteil (10) eine erste Bauteilkomponente (12) mit mindestens einem Nutelement (18), eine zweite Bauteilkomponente (14) mit mindestens einem zum Nutelement (18) korrespondierenden Federelement (20) und einen Fügewerkstoff (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) zumindest teilweise in dem Nutelement (18) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Nutelement (18) und dem Federelement (20) mindestens ein Kanal (44) erstreckt und die erste Bauteilkomponente (12) und die zweite Bauteilkomponente (14) durch Einführen des Fügewerkstoffs (16) in den Kanal (44) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Mit der Erfindung wird ein verbessertes Bauteil (10) geschaffen, bei dem unabhängig von einer Erreichbarkeit von außen Schweißnähte für eine Verbindung von Bauteilkomponenten (12, 14) erzeugt werden können.

Description

Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse und Verfahren zum Herstellen des Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse und ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils.
Bei der Herstellung von Bauteilen aus Kunststoff können z. B. Spritzgussverfahren verwendet werden. Um Bauteile mit Hohlräumen herzustellen, werden zunächst einzelne Komponenten des Bauteils z. B. mittels Spritzguss hergestellt. Diese Komponenten können Schalenstrukturen aufweisen. Nach ihrer Herstellung werden die Schalen zusammengesetzt und miteinander verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise mittels Klebe- oder Schweißverfahren durchgeführt werden.
In beiden Verfahren wird ein Fügewerkstoff verwendet, um Ränder der Komponenten miteinander zu verbinden. Bei einem Schweißverfahren werden die Werkstoffe der Komponenten an den Oberflächen der Ränder mit dem mit hoher Temperatur auf die Ränder aufgetragenen Fügewerkstoff verschmolzen. Für die Herstellung gasdichter Verbindungen ist weiter bekannt, die Ränder zweier aufeinander platzierter Schalen mit einem Fügewerkstoff, der einen höheren Schmelzpunkt als die Werkstoffe der Schalen aufweist, von außen zu umspritzen. Die Werkstoffe der Schalen und der Fügewerkstoff sind dazu derart ausgewählt, dass sie sich miteinander verbinden können.
Es besteht weiterhin Bedarf, Bauteile mit unzugänglichen Strukturen, die eine Verbindung zwischen den verschiedenen, einzeln hergestellten Komponenten herstellen sollen, mittels Schweißverfahren herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Bauteil und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Bauteils zu schaffen.
Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 , 13 und 14 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12 und 15.
Die Erfindung betrifft ein Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse, wobei das Bauteil eine erste Bauteilkomponente mit mindestens einem Nutelement, eine zweite Bauteilkomponente mit mindestens einem zum Nutelement korrespondierenden Federelement und einen Fügewerkstoff aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Federelement zumindest teilweise in dem Nutelement angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Nutelement und dem Federelement mindestens ein Kanal erstreckt und die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente durch Einführen des Fügewerkstoffs in den Kanal stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Mit der Erfindung können damit Bauteilkomponenten an bisher unzugänglichen Bereichen mit einer Schweißnaht miteinander verbunden werden. Dazu weist die erste Bauteilkomponente mindestens ein Nutelement auf und die zweite Bauteilkomponente mindestens ein dazu passendes Federelement auf. Das mindestens eine Nutelement und das mindestens eine Federelement sind beim Zusammenfügen der Bauteilkomponenten derart positioniert, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird. Die Bauteilkomponenten können damit über eine Nut-Feder-Verbindung aneinandergekoppelt werden. Zwischen dem Nutelement und dem Federelement erstreckt sich ein Kanal. Der Kanal kann durch lediglich teilweises Einführen des Federelements in das Nutelement entstehen oder er kann in das Federelement oder das Nutelement integriert sein. Der Kanal kann zu einer Seite eine Öffnung aufweisen oder geschlossen sein. Nach dem Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente mit der zweiten Bauteilkomponente wird ein erhitzter fließfähiger Fügewerkstoff in den Kanal eingebracht. Dazu kann der Kanal zum Beispiel eine Durchgangsöffnung in die äußere Umgebung des Bauteils aufweisen. Die Bau- teilkomponenten können in ein Spritzgusswerkzeug in der Form eingelegt und angespritzt werden. Die Durchgangsöffnung wird wie der Kanal mit dem Fügewerkstoff verfallt. Der Fügewerkstoff kann entlang des Kanals fließen und sich in dem Kanal verteilen. Er verschmilzt mit den Kontaktflächen zum Nutelement und zum Federelement. Beim Abkühlen erstarrt der Fügewerkstoff in dem Kanal und bewirkt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Nutelement und dem Federelement. Damit können von außen unzugängliche Strukturen des Bauteils, z. B. innenliegende Wände, die eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Bauteilkomponente herstellen, miteinander verschweißt werden. Die Bauteile können zum Beispiel für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse sein. Es wird mit der Erfindung ein verbessertes Bauteil geschaffen, bei dem unabhängig von einer Erreichbarkeit von außen Schweißnähte für eine Verbindung von Bauteilkomponenten erzeugt werden können.
Mit von außen erreichbar oder von außen zugänglich ist gemeint, dass mit einem Werkzeug Material für das Erzeugen einer Schweißnaht an das Bauteil geleitet werden kann.
Gemäß einem Beispiel kann der Kanal zumindest teilweise zwischen einer Bodenfläche des Nutelements und einer Stirnfläche des Federelements angeordnet sein.
In diesem Beispiel kann das mindestens eine Federelement lediglich teilweise in das mindestens eine Nutelement einführbar sein. Dies kann zum Beispiel dadurch bewirkt werden, dass das Federelement eine Form aufweist, die ein vollständiges Einführen des Federelements in das Nutelement verhindert. Nach dem Zusammenfügen der Bauteilkomponenten verbleibt daher ein Lumen zwischen der Stirnfläche des Federelements und der Bodenfläche des Nutelements. Das Lumen ist der Kanal durch den der Fügewerkstoff eingebracht werden kann. Der Kanal lässt sich auf diese Weise einfach und kostengünstig realisieren.
Gemäß einem Beispiel können die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum umschließen.
Die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente können dabei mindestens teilweise einen Hohlraum einschließen. Die Wände des Hohlraums, die auch innenliegen können, können mittels einer angespritzten Schmelze zum Spritzschweißen verbunden werden. Durch die besondere Ausgestaltung der Kanäle, insbesondere durch die Stützwirkung der zu den Kanälen korrespondierenden Federelementen, kann das Spitzschweißen so eingerichtet werden, dass ein Einfallen des Hohlraums durch den Spritzdruck verhindert werden kann und der Kanal gleichmäßig gefüllt werden kann. Weiter kann das Federelement z. B. an einer Kante schmaler als die Breite des Nutelements ausgebildet sein und auf diese Weise ein Kanal offenlassen, wenn es vollständig in das Nutelement eingeführt ist. Auch in diesem Fall kann der Kanal einfach und kostengünstig erzeugt werden.
Das Bauteil kann weiter beispielsweise mindestens einen Abstandshalter zum Halten einer vorbestimmten Eindringtiefe des Federelements in dem Nutelement aufweisen.
Der Abstandshalter kann zum Beispiel zwischen dem Nutelement und dem Federelement in dem Kanal angeordnet sein.
Weiter kann der Abstandshalter gemäß einem Beispiel am Federelement angeordnet sein, wobei mindestens eine Seitenwand des Nutelements auf dem Abstandshalter abgestützt ist.
Der Abstandshalter kann in diesem Beispiel von einer Seitenoberfläche des Federelements hervorragen und eine Aufnahme für das Nutelement bilden. Beim Einführen des Federelements in das Nutelement wird die Seitenwand des Nutelements bei Erreichen der vorbestimmten Eindringtiefe auf dem Abstandshalter abgesetzt und verhindert ein weiteres Einführen des Federelements in das Nutelement. Damit kann auf einfache Weise ein Kanal zwischen dem Federelement und dem Nutelement erzeugt und vor dem Einführen des Fügewerkstoffs offengehalten werden.
In einem weiteren Beispiel kann die zweite Bauteilkomponente mindestens ein Rippenelement aufweisen, wobei das Federelement an einem freien Endstück des Rippenelements angeordnet ist.
Das Rippenelement erstreckt sich damit von der zweiten Bauteilkomponente zu der ersten Bauteilkomponente. Das Rippenelement kann innerhalb des Bauteils angeordnet sein.
Dabei ist weiter denkbar, dass das mindestens eine Rippenelement an den mindestens einen Hohlraum angrenzt, wobei die erste Bauteilkomponente in einem Bereich um den Hohlraum auf dem Rippenelement abstützt ist.
Der Kanal kann zum Beispiel mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisen, wobei der Kanal über die Durchgangsöffnung mit einer Außenfläche des Bauteils verbunden ist, wobei in der Durchgangsöffnung Fügewerkstoff angeordnet ist.
Die Durchgangsöffnung kann an einer von außen zugänglichen Position angeordnet sein. Durch die Durchgangsöffnung kann erhitzter Fügewerkstoff eingeführt und in dem Kanal verteilt werden. Dabei können die Kontaktflächen mit dem Nutelement und dem Federelement angeschmolzen werden. Beim Abkühlen erstarrt der Fügewerkstoff und verbindet die beiden Bauteilkomponenten miteinander. Der Kanal kann mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen. Damit kann an mehreren Positionen gleichzeitig Fügewerkstoff in den Kanal eingeführt werden. Dies vermeidet, dass der Fügewerkstoff beim Durchströmen des Kanals einer zu starken Abkühlung unterliegt.
Weiter kann das Bauteil an der Außenfläche zum Beispiel mindestens einen Verteilerkanal aufweisen, der mit Fügewerkstoff gefüllt ist, wobei der Verteilerkanal über den Fügewerkstoff und durch die Durchgangsöffnung mit dem Kanal verbunden ist.
Der Verteilerkanal kann sich über eine äußere Oberfläche einer der Bauteilkomponenten erstrecken und von außen zugänglich sein, so dass Fügewerkstoff in ihn eingeführt werden kann. Der Fügewerkstoff kann durch den Verteilerkanal und die Durchgangsöffnung in den Kanal fließen.
In einem weiteren Beispiel kann der Fügewerkstoff an dem Verteilerkanal einen Hinterschnitt zum Kanal aufweisen.
In diesem Beispiel kann der Kanal durch eine Durchgangsöffnung direkt befüllt werden. Der Hinterschnitt, die auch als Hinterschnittstruktur bezeichnet werden kann, kann über mindestens eine weitere Durchgangsöffnung mit dem Kanal verbunden sein. Der Hinterschnitt erstreckt sich vorteilhafterweise auf der einem Nutelement gegenüberliegenden Seite der Bauteilkomponente. Damit wird über den Fügewerkstoff zum einen eine verbesserte mechanische Verbindung zwischen den Bauteilkomponenten bewirkt. Weiter wirkt der Hinterschnitt beim Einführen des Fügewerkstoffs als Überlaufbohne. Diese verbessert die Entlüftung des Kanals beim Einführen des Fügewerkstoffs. Der durch den Kanal fließende, erhitzte Fügewerkstoff wärmt weiter den Kanal zunächst vor und fließt dann in den Bereich, in dem der Hinterschnitt gebildet wird. Nachfließender Fügewerkstoff unterliegt dann einer schwächeren Abkühlung und verbleibt im Kanal. Dadurch kann die Qualität der Schweißnaht erhöht werden.
Die erste Bauteilkomponente kann beispielsweise aus einem ersten Werkstoff besteht und die zweite Bauteilkomponente aus einem zweiten Werkstoff besteht, wobei der Fügewerkstoff einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff, wobei der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff jeweils mit dem Fügewerkstoff verschweißbar sind.
Der Fügewerkstoff kann dann die Werkstoffe der Bauteilkomponenten leicht aufschmelzen, wenn er mit ihnen in Kontakt kommt. Dies verbessert die Bildung und die Qualität der Schweißnaht. Weiter ist denkbar, dass das Nutelement und/oder das Federelement zum Beispiel mindestens eine Einführschräge aufweist.
Damit wird das Zusammensetzen der Bauteilkomponenten erleichtert, da das Nutelement und das Federelement mittels der Einführschrägen geführt ineinandergesteckt werden können.
Um Lagetoleranzen des Federelements aufgrund von Verzug ausgleichen zu können, kann das Nutelement zum Beispiel einen Spalt von 0,2 mm auf jeder Seite des Federelements aufweisen. Das erleichtert auch das Einführen der Nut-Feder-Verbindung. Hierdurch kann bei einseitiger Toleranzverschiebung ein Spalt von bis zu 0,4 mm zwischen dem Federelement und dem Nutelement entstehen. Wenn die Spalttiefe jedoch tief genug ist, läuft sich die Schmelze im Spalt tot: der Kanal zwischen dem Nutelement und dem Federelement kann daher trotz der Spalte gefüllt werden.
Weiter betrifft die Erfindung eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder ein Topmountgehäuse umfassend ein Bauteil nach der vorangegangenen Beschreibung, wobei das Bauteil an der Luftfeder, dem Luftfederbein, dem Luftfederdämpfer oder dem Topmountgehäuse angeordnet ist.
Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen der Luftfeder, des Luftfederbeins oder des Luftfederdämpfers ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen des oben beschriebenen Bauteils. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach der vorangegangenen Beschreibung oder einer Luftfeder nach der vorangegangenen Beschreibung, umfassend die Schritte: Herstellen einer ersten Bauteilkomponente mit mindestens einem Nutelement und einer zweiten Bauteilkomponente mit mindestens einem zum Nutelement korrespondierenden Federelement; Anordnen der erste Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente derart, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird, wobei zwischen dem Nutelement und dem Federelement mindestens ein Kanal gebildet wird; Einführen von geschmolzenem Fügewerkstoff in den Kanal.
Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen des oben beschriebenen Bauteils. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Gemäß einem Beispiel können in einem Bereich des Kanals das Nutelement und das Federelement durch den geschmolzenen Fügewerkstoff angeschmolzen und haftend verbunden werden.
Gemäß einem weiteren Beispiel können die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum umschließen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Bauteils;
Fig. 2a, b eine schematische Schnittdarstellung des Bauteils beim Zusammenführen;
Fig. 3a, b schematische Darstellungen der Bauteilkomponenten;
Fig. 4a, b schematische Darstellungen des Fügewerkstoffs;
Fig. 5a, b eine schematische Schnittdarstellung des Bauteils und eines Werkzeugs beim Einführen des Fügewerkstoffs mit einem Verteilerkanal innerhalb des Werkzeugs;
Fig. 6a-c eine schematische Schnittdarstellung des Bauteils mit einem Verteilerkanal am Bauteil;
Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung eines Details des Bauteils; und
Fig. 8 ein Flussdiagramm des Verfahrens.
Im Folgenden wird das Bauteil in seiner Gesamtheit gemäß Figur 1 mit dem Bezugszeichen 10 referenziert.
Das Bauteil 10 umfasst eine erste Bauteilkomponente 12, eine zweite Bauteilkomponente 14 und einen Fügewerkstoff 16, der die erste Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 stoffschlüssig verbindet. Das Bauteil 10 ist in diesem Beispiel eine Komponente einer Luftfeder und weist an zentraler Stelle einen Durchbruch 11 auf. Durch den Durchbruch kann zum Beispiel eine andere Komponente der Luftfeder oder die Luftfeder selbst geführt werden. Das Bauteil 10 kann weiter eine Komponente eines Luftfederbeins, eines Luftfederdämpfers oder eines Topmountgehäuses sein.
In den Figuren 2a und 2b sind die erste Bauteilkomponente 12 und die zweite Bauteilkomponente 14 einzeln und vor dem Verbinden mit dem Fügewerkstoff 16 dargestellt.
Die erste Bauteilkomponente 12 umfasst mindestens ein Nutelement 18, das sich entlang eines Teils der ersten Bauteilkomponente 12 erstreckt. Das Nutelement 18 weist eine Seitenwand 40 auf, die sich von der ersten Bauteilkomponente 12 weg erstreckt.
Die zweite Bauteilkomponente 14 kann einen Raum aufweisen, der im Bauteil 10 einen Hohlraum 46 bildet, wenn die erste Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 zusammengesetzt wurde. Innerhalb des Hohlraums 46 kann ein Rippenelement 42 angeordnet sein, das den Hohlraum 46 im Bauteil 10 abstützt und das sich im Bauteil 10 von der zweiten Bauteilkomponente 14 zu der ersten Bauteilkomponente 12 erstreckt. An einem freien Ende des Rippenelements 42 ist ein Federelement 20 angeordnet, das passend zu dem korrespondierenden Nutelement 18 angeordnet und ausgebildet ist. Die Anordnung der Federelemente 20 und der Nutelemente 18 ist dabei derart, dass beim Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente 12 und der zweiten Bauteilkomponente 14 jeweils ein Federelement 20 mit einem Nutelement 18 zusammengefügt wird. Das Federelement 20 wird in diesem Beispiel dabei zumindest teilweise in das Nutelement 18 eingeführt.
Abstandshalter 38 an der Außenwand des zweiten Bauteilkomponente 14 legen die Eindringtiefe der Federelemente 20 in die Nutelemente 18 fest. Die Seitenwand 40 zumindest einiger Nutelemente 18 der ersten Bauteilkomponente 12 liegt dann, wie in Figur 2b dargestellt, an den Abstandshaltern 38 an. Die Federelemente 20 können dann nicht weiter in die Nutelemente 18 eingeführt werden. Es können ebenfalls Abstandshalter 38 am Rippenelement 42 vorgesehen sein, welche die Bauteilkomponenten 12 und 14 zentral aufeinander abstützen (nicht dargestellt).
Zwischen den Federelementen 20 und den Nutelementen 18 verbleibt daher in diesem Beispiel ein Lumen, das einen Kanal 44 bildet, der sich entlang der Federelemente 20 und der Nutelemente 18 erstreckt. Er ist zwischen der Bodenfläche der Nutelemente 18 und einer Stirnfläche 21 der Federelemente 20 ausgebildet. Vorzugsweise weist der Kanal 44 mindestens eine Höhe von 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 2 mm, auf.
In Figur 3a ist die erste Bauteilkomponente 12 aus Figur 1 dargestellt. An zentraler Position weist die erste Bauteilkomponente 12 einen Durchbruch auf, der durch eine Wand 13 begrenzt wird. Von der Wand 13 erstreckt sich in diesem Beispiel ein flaches Deckelelement bis zur Außenwand 19 der ersten Bauteilkomponente 12, welches von Streben 17 sternförmig durchzogen ist. . Die Streben 17 sind dabei auf der Oberseite der ersten Bauteilkomponente 12 angeordnet und bilden zusammen mit einer andüsseitigen Werkzeughälfte, z. B. der in Figur 6a dargestellten Deckelform 60, einen an der Oberseite den ersten Bauteilkomponente 12 angeordneten Verteilerkanal 26 des Deckelelements 12, in denen der Fügewerkstoff 16 eingespritzt und verteilt werden kann. Gleichzeitig bilden die Streben 17 gegenüberliegend auf der Unterseite der ersten Bauteilkomponente 12 zwischen der Wand 13 und der Außenwand 19 zumindest teilweise die Nutelemente 18. Die Nutelemente 18 sind in der Figur 2a wie oben beschrieben dargestellt.
Entlang der Streben 17 sind zum Beispiel Verteilerkanäle 26 dargestellt, die über eine Durchgangsöffnung 22 mit dem Nutelement 18 auf der anderen Seite der ersten Bauteilkomponente 12 fluidkommunizierend verbunden sind. Andere Streben 17 weisen Hinterschnittformen 24 auf, die ebenfalls über Durchgangsöffnungen 22 mit dem entsprechenden Nutelement 18 auf der anderen Seite der ersten Bauteilkomponente 12 fluidkommunizierend verbunden sind.
Die Streben 17 können weitere Durchgangsöffnungen 22 umfassen, die am Bauteil 10 an von außen zugänglichen Stellen angeordnet sind.
Figur 3b zeigt die zweite Bauteilkomponente 14 aus Figur 1. Sie weist einen Durchbruch 11 auf, der von einer zylindermantelförmigen Wand der zweiten Bauteilkomponente 14 begrenzt wird. Von dem Durchbruch 11 erstreckt sich mindestens ein Rippenelement 42 bis zu einer Außenwand 15. In diesem Beispiel ist eine Vielzahl von Rippenelementen 42 vorhanden. In dem zusammengesetzten Bauteil 10 begrenzen die Rippenelemente 42 Hohlräume 46 innerhalb des Bauteils 10. An einem freien Endstück mindestens eines Rippenelements 42 ist ein Federelement 20 angeordnet, das beim Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 in ein korrespondierendes Nutelement 18 der ersten Bauteilkomponente 12 eingeführt werden kann.
Beim Einführen der Federelemente 20 in die Nutelemente 18 entstehen zwischen den Federelementen 20 und den Nutelementen 18 Kanäle 44. Die Kanäle 44 können zwischen Seitenwänden der Nutelemente 18 und zwischen der Stirnfläche 21 der Federelemente 20 und einer Bodenfläche der Nutelemente 18 angeordnet sein.
In den Figuren 4a und 4b ist der Fügewerkstoff 16 dargestellt, wie er sich zwischen der ersten Bauteilkomponente 12 und der zweiten Bauteilkomponente 14 bzw. an den beiden Bauteilkomponenten 12, 14 erstreckt. Figur 4a zeigt dabei Fügewerkstoff 16, der einen Ring 23 aufweist, der die erste Bauteilkomponente 12 und die zweite Bauteilkomponente 14 an einer Außenwand miteinander verschweißt. Die erste Bauteilkomponente 12 besteht dabei aus einem ersten Werkstoff, der mit dem Fügewerkstoff 16 verschweißbar ist. Die zweite Bauteilkomponente 14 besteht aus einem zweiten Werkstoff, der mit dem Fügewerkstoff 16 verschweißbar ist. Der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff können gleich sein. Weiter weisen der erste und zweite Werkstoff bevorzugt einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Fügewerkstoff 16 auf.
Der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff können z. B. ein Polyamid 6 aufweisen und der Fügewerkstoff 16 kann z. B. ein Polyamid 66 aufweisen.
Im Bauteil 10 entlang der Kanäle 44 erstrecken sich die Schweißnähte 32 von dem Ring 23 aus. Diese erstecken sich entweder unmittelbar von dem Ring 23 in die Kanäle 44 oder über Verteilerstrukturen 30 in die Kanäle 44, wobei die Verteilerstrukturen 30 im Bauteil 10 in den Verteilerkanälen 26 angeordnet sind. Verbindungen zwischen den Verteilerstrukturen 30 und den Schweißnähten 32 werden über Verbindungsstücke 34 bzw. 36 hergestellt, die im Bauteil 10 in den Durchgangsöffnungen 22 angeordnet sind.
Die Durchgangsöffnungen 22 können dabei verschiedene Formen aufweisen, sodass auch die Verbindungsstücke 34 bzw. 36 unterschiedlich ausgeformt sein können. So sind die Verbindungsstücke 34 rund bzw. zylindrisch ausgebildet und die Verbindungsstücke 36 rechteckig bzw. quaderförmig ausgebildet. Entsprechend sind die Durchgangsöffnungen 22 ausgebildet, in denen die Verbindungsstücke 34, 36 angeordnet sind. Weiter erstrecken sich die Verbindungsstücke 36 über eine längere Strecke entlang bzw. parallel zu den Schweißnähten 32 als die Verbindungsstücke 34, die lediglich über eine kleine Strecke entlang der Schweißnähte 32 ausgebildet sind.
Auch ist es möglich, dass die Schweißnähte 32 nicht über Verbindungsstücke 34 oder 36 an die Verteilerkanäle 26 angebunden sind. Sie sind dann stattdessen unmittelbar an den Ring 23 angebunden und werden über diesen gefüllt.
In Figur 4b ist ebenfalls Fügewerkstoff 16 dargestellt, der einen weiteren Ring 25 aufweist, der in diesem Beispiel kreisrund ist. Dieser ist in dem Beispiel von Figur 1 am Durchbruch 11 angeordnet und verbindet die erste Bauteilkomponente 12 mit der zweiten Bauteilkomponente 14 an einer Verbindungsstelle am Durchbruch 11.
Auch mit dem weiteren Ring 25 ist eine Schweißnaht 32 über eine Verteilerstruktur 30 verbunden. Zwei weitere Schweißnähte 32 sind unmittelbar mit dem weiteren Ring 25 verbunden. Sie weisen Verbindungsstrukturen 36 auf, die die Schweißnähte 32 mit den Hinterschnitten 28 verbinden. Die Figuren 5a und 5b zeigen das Bauteil 10, das in einem Formwerkzeug angeordnet ist.
Gemäß Figur 5a weist das Formwerkzeug 49 eine untere Form 48, eine mittlere Form 50 und eine obere Form 52 auf. Die untere Form 48 nimmt einen Teil der zweiten Bauteilkomponente 14 auf. Auf die zweite Bauteilkomponente 14 ist die erste Bauteilkomponente 12 aufgesetzt. Diese wird von außen von der mittleren Form 50 umschlossen. Auf der mittleren Form 50 ist die obere Form 52 angeordnet. Durch die obere Form 52 und die mittlere Form 50 erstrecken sich Durchflusskanäle 56, die über Durchgangsöffnungen 22 mit den Kanälen 44 des Bauteils 10 verbunden sind. Die Durchflusskanäle 56 sind mit Fügewerkstoff 16 befüllt. Der Fügewerkstoff 16 wird durch eine Eingangsöffnung 57 an der oberen Form 52 eingeführt. In diesem Beispiel erstreckt sich zwischen der oberen Form 52 und der mittleren Form 50 der Verteileranguss des Fügewerkstoffs 16, der in die Durchgangsöffnungen 22 des Bauteils 10 mündet. Im flüssigen Zustand kann der Fügewerkstoff 16 daher von der Eingangsöffnung 57 zu den Durchgangsöffnungen 22 fließen und sich entlang der Kanäle 44 zwischen dem Nutelement 18 und dem Federelement 20 verteilen. Insbesondere können Wandstrukturen, die innerhalb des Bauteils 10 angeordnet ist, wie zum Beispiel das Rippenelement 42, das an die Hohlräume 46 innerhalb des Bauteils 10 grenzt, mit Schweißnähten eine Verbindung zwischen den Bauteilkomponenten 12, 14 herstellen.
Nach dem Entformen der gefügten Bauteilkomponenten 12, 14, wird der zwischen der oberen Form 52 und der mittleren Form 50 positionierte Verteileranguss aus dem Fügewerkstoff 16 ausgeworfen, so dass ein neuer Zyklus erfolgen kann.
Figur 5b zeigt dabei eine Detailansicht aus Figur 5a. Dabei wird ein Nutelement 18 mit einem Federelement 20 und einem Kanal 44 näher dargestellt. Das Nutelement 18 weist an seinen Seitenwänden 40 Einführschrägen 54 auf, die das Einführen des Federelements 20 in das Nutelement 18 erleichtern. Der Verteileranguss ist nach dem Entformen aus dem Spritzgusswerkzeug von der mit dem Fügwerkstoff 16 gefüllten Durchgangsöffnung 22 abgerissen, wobei ein kleiner Rest des Angusses noch stehen bleiben kann; eine weitere Nacharbeit ist nicht notwendig, so dass auf diese Art und Weise eine kostengünstige Verbindung der Bauteile 12 und 14 inklusive der kostengünstigen Entfernung des Verteilerangusses realisiert werden kann.
Figuren 6a bis 6c zeigen eine weitere Ausführungsform des Bauteils 10 und des dazugehörigen Formwerkzeugs.
Gemäß Figur 6a umfasst das Formwerkzeug 49 eine untere Form 48 sowie eine Deckelform 60, die unmittelbar an die untere Form 48 anschließt. Wie im Beispiel nach Figur 5 a nimmt die untere Form 48 zumindest einen Teil der zweiten Bauteilkomponente 14 auf. Zwischen der Deckelform 60 und der erste Bauteilkomponente 12 ist dabei ein Verteilerkanal 26 angeordnet. Der Verteilerkanal 26 erstreckt sich dabei in diesem Beispiel auf einer nach außen weisenden Oberfläche der ersten Bauteilkomponente 12 entlang der in Figur 3a gezeigten Streben 17 bis zu den Durchgangsöffnungen 22. Der Verteilerkanal 26 ist mit Fügewerkstoff 16 gefüllt und stoffschlüssig mit der ersten Bauteilkomponente 12 verbunden. Er muss nicht wie im Beispiel der Figur 5a nachträglich entfernt werden. Vielmehr kann der entlang der Streben 17 stoffschlüssig mit der Bauteilkomponente 12 verbundene Fügewerkstoff zu der Versteifung der Bauteilkomponente beitragen. Die Einlassöffnung 57 ist ebenfalls an der Deckelform 60 angeordnet. Durch die Einlassöffnung 57 kann erhitzter, fließfähiger Fügewerkstoff 16 in den Verteilerkanal 26 eingeleitet werden. Der erhitzte Fügewerkstoff 16 kann entlang des Verteilerkanals 26 durch die Durchgangsöffnungen 22 in die Kanäle 44 fließen.
Figur 6b zeigt dabei das entformte Bauteil 10. Der Verteilerkanal 26 weist nun erstarrten Fügewerkstoff 16 auf, der den Verteilerkanal 26 vollständig füllt. Auch in den Kanälen 44 ist erstarrten Fügewerkstoff 16 angeordnet, der zumindest teilweise mit den Oberflächen der Nutelemente 18 und der Federelemente 20 verschmolzen ist.
Figur 6c zeigt eine Detailansicht der Darstellung aus Figur 6b. Dabei wird der Kanal 44 mit dem Nutelement 18 und dem Federelement 20 dargestellt, der mit Fügewerkstoffe 16 befüllt ist. Der Werkstoff 16 erstreckt sich dabei durch die Durchlassöffnung 22 entlang des Verteilerkanals 26 an der äußeren Oberfläche der ersten Bauteilkomponente 12.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Verteilerkanäle 26 sich auch innerhalb der Bauteilkomponenten 12, 14 befinden können.
Die Seitenwände 40 des Nutelements 18 weisen in diesem Beispiel Einführschrägen 54 auf.
Wie in Figur 7 dargestellt, können die Einführschrägen 54 auch an dem Federelement 20 angeordnet sein. Auch in diesem Fall erleichtern die Einführschrägen 54 das Einführen des Federelements 20 in das Nutelement 18.
Figur 8 zeigt das Verfahrens 100 zum Herstellen des Bauteils 10.
In einem ersten Schritt 102 werden die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente hergestellt. Die erste Bauteilkomponente wird mit mindestens einem Nutelement und die zweite Bauteilkomponente wird mit mindestens einem Federelement hergestellt. Das Nutelement und das Federelement korrespondieren dabei miteinander, sodass bei einem Zusammensetzen der ersten Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente das Federelement zumindest teilweise das Nutelement einführbar ist.
In einem weiteren Schritt 104 wird die erste Bauteilkomponente derart mit der zweiten Bauteilkomponente angeordnet, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird. Damit wird das Bauteil zusammengesetzt. Zwischen dem Nutelement und dem Federelement verbleibt mindestens ein Kanal. Weiter können die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum einschließen.
In einem weiteren Schritt 106 wird geschmolzener Fügewerkstoff in den Kanal eingeführt. Der geschmolzene Fügewerkstoff schmilzt weiter die Kontaktflächen zu dem Nutelement und dem Federelement an. Beim Erstarren des Fügewerkstoffs wird eine Schweißnaht zwischen der ersten Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente gebildet. Es entsteht eine haftende Verbindung zwischen dem Nutelement und dem Federelement im Bereich des Kanals.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenhste
Bauteil Durchbruch erste Bauteilkomponente Wand zweite Bauteilkomponente Außenwand Fügewerkstoff Strebe Nutelement Außenwand Federelement Stirnfläche Durchgangsöffnung Ring
Hinterschnittform weiterer Ring Verteilerkanal Hinterschnitt Verteilerstruktur Schweißnaht Verbindungsstück Verbindungsstück Abstandshalter Seitenwand Rippenelement Kanal Hohlraum untere Form Formwerkzeug mittlere Form obere Form Einführschräge Durchflusskanal Eingangsöffnung Deckelform

Claims

Patentansprüche Bauteil insbesondere für eine Luftfeder, ein Luftfederbein, einen Luftfederdämpfer oder einem Topmountgehäuse, wobei das Bauteil (10) eine erste Bauteilkomponente (12) mit mindestens einem Nutelement (18), eine zweite Bauteilkomponente (14) mit mindestens einem zum Nutelement (18) korrespondierenden Federelement (20) und einen Fügewerkstoff (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (20) zumindest teilweise in dem Nutelement (18) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Nutelement (18) und dem Federelement (20) mindestens ein Kanal (44) erstreckt und die erste Bauteilkomponente (12) und die zweite Bauteilkomponente (14) durch Einführen des Fügewerkstoffs (16) in den Kanal (44) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) zumindest teilweise zwischen einer Bodenfläche des Nutelements (18), einer Seitenfläche des Nutelements (18) und einer Stirnfläche (21) des Federelements (20) angeordnet ist. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bauteilkomponente (12) und die zweite Bauteilkomponente (14) mindestens einen Hohlraum (46) umschließen. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandshalter am Federelement (20) angeordnet ist, wobei mindestens eine Seitenwand des Nutelements (18) auf dem Abstandshalter abgestützt ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bauteilkomponente (14) mindestens ein Rippenelement (42) aufweist, wobei das Federelement (20) an einem freien Endstück des Rippenelements (42) angeordnet ist. Bauteil nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rippenelement (42) an den mindestens einen Hohlraum (46) angrenzt, wobei die erste Bauteilkomponente (12) in einem Bereich um den Hohlraum (46) auf dem Rippenelement (42) abstützt ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) mindestens eine Durchgangsöffnung (22) aufweist, wobei der Kanal (44) über die Durchgangsöffnung (22) mit einer Außenfläche des Bauteils (10) verbunden ist, wobei in der Durchgangsöffnung (22) Fügewerkstoff (16) angeordnet ist. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) an der Außenfläche mindestens einen Verteilerkanal (26) aufweist, der mit Fügewerkstoff (16) gefüllt ist, wobei der Verteilerkanal (26) über den Fügewerkstoff (16) und durch die Durchgangsöffnung (22) mit dem Kanal (44) verbunden ist. Bauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügewerkstoff (16) an dem Verteilerkanal (26) einen Hinterschnitt zum Kanal (44) aufweist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bauteilkomponente (12) aus einem ersten Werkstoff besteht und die zweite Bauteilkomponente (14) aus einem zweiten Werkstoff besteht, wobei der Fügewerkstoff (16) einen höheren Schmelzpunkt aufweist als der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff, wobei der erste Werkstoff und der zweite Werkstoff jeweils vorzugsweise mit dem Fügewerkstoff (16) verschweißbar sind. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutelement (18) und/oder das Federelement (20) mindestens eine Einführschräge (54) aufweist. Luftfeder, Luftfederbein, Luftfederdämpfer oder Topmountgehäuse umfassend ein Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das Bauteil (10) an der Luftfeder, dem Luftfederbein, dem Luftfederdämpfer oder dem Topmountgehäuse angeordnet ist. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder einer
Luftfeder, Luftfederbein, Luftfederdämpfer oder einem Topmountgehäuse nach Anspruch 12, umfassend die Schritte:
Herstellen (102) einer ersten Bauteilkomponente mit mindestens einem Nutelement und einer zweiten Bauteilkomponente mit mindestens einem zum Nutelement korrespondierenden Federelement;
Anordnen (104) der erste Bauteilkomponente und der zweiten Bauteilkomponente derart, dass das Federelement zumindest teilweise in das Nutelement eingeführt wird, wobei zwischen dem Nutelement und dem Federelement mindestens ein Kanal gebildet wird;
Einführen (106) von geschmolzenem Fügewerkstoff in den Kanal. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Kanals das Nutelement und das Federelement durch den geschmolzenen Fügewerkstoff angeschmolzen und haftend verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bauteilkomponente und die zweite Bauteilkomponente mindestens einen Hohlraum umschließen.
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