Die Erfindung betrifft ein Ultraschallschweißverfahren zur Befestigung eines Bauteils an ein Funktionsteil, wobei das Bauteil in einem Halter befestigt und der Halter mit dem Funktionsteil verbunden wird.

An einem Kraftfahrzeug werden viele Funktionsteile verwendet, wie zum Beispiel ein Stoßfänger oder ein Radkasten. Aufgrund der unterschiedlichsten Ausstattungsvarianten ist es erforderlich, an dem Funktionsteil Bauteile zu befestigen. Ein derartiges Bauteil ist zum Beispiel bei einem Stoßfänger ein Sensor zur Abstandsmessung. Da ein Sensor nicht direkt am Stoßfänger befestigt werden kann, wird er in einen Halter aus Kunststoff eingesetzt, wobei der Halter mit dem

Stoßfänger verbunden wird.

Nach dem Stand der Technik werden diese Halter mit dem Funktionsteil durch Kleben, Clipsen oder den herkömmlichen Schweißverfahren befestigt.

Figur 1 (siehe auch die Figurenbeschreibung weiter unten) zeigt einen Halter nach dem Stand der Technik. In diesen Halter wird ein Sensor eingeclipst. Der

Halter wird an einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen befestigt. Hierzu sind am Halter großflächige Klebe- oder Schweißflächen vorgesehen.

Nachteilig hieran ist, dass diese Halter speziell für das Funktionsteil, an dem sie befestigt werden sollen, ausgebildet sein müssen und großflächige Klebe- oder

Schweißflächen aufweisen müssen. Die Klebe- oder Schweißflächen müssen in der Regel an das Funktionsteil angepasst werden. Großflächige Klebe- oder Schweißflächen können leicht Oberflächenfehler am Funktionsteil verursachen, zum Beispiel auf der Vorderseite des Stoßfängers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Befestigung eines Bauteils an ein Funktionsteil eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des An- Spruchs 1 so zu verbessern, dass die Halter nicht speziell für das Funktionsteil, an dem sie befestigt werden sollen, ausgebildet sein müssen und keine großflächigen Klebe- oder Schweißflächen am Halter erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass als Verfahren das an sich bekannte torsionale Ultraschallschweißverfahren verwendet wird, mit einer Sonotrode zur Übertragung der den Schweißvorgang erzeugenden Schwingungen auf den zu verschweißenden Halter, wobei der Halter mit ersten Kopplungselementen zur Ankopplung der Schwingungen der Sonotrode an den Halter und mit zweiten Kopplungselementen zur Ankopplung der von der Sonotrode induzierten Schwingungen im ersten Kopplungselement an das Funktionsteil verse- hen wird und dadurch beim Schweißvorgang die Schwingungen der Sonotrode auf die Kopplungselemente und über die Kopplungselemente auf das Funktionsteil übertragen werden und so den Halter mit dem Funktionsteil verschweißen.

Das torsionale Ultraschallschweißen ist zum Beispiel beschrieben in der EP 1 930 148 A1 .

In einer bevorzugten Ausbildung bestehen das Funktionsteil und/oder der Halter aus einem Kunststoff. Das Funktionsteil und/oder der Halter können jedoch auch aus einem Metall bestehen.

Bevorzugt ist das Funktionsteil ein Innen- oder Außenteil eines Kraftfahrzeugs. Außenteile sind z.B. Stoßfänger, Heckklappen, Kotflügel, Türen, Seitenwände, das Dach oder der Unterboden. Bevorzugt wird der Halter als Hohlzylinder ausgebildet und das Bauteil wird in den Hohlzylinder eingesetzt und befestigt. Der Halter besteht bevorzugt auch aus Kunststoff und kann so durch das torsionale Ultraschallschweißverfahren mit dem Funktionsteil, welches bevorzugt auch ein Kunststoffteil ist, verschweißt werden. Die Verschweißung erfolgt dabei an einer Stirnfläche des Halters.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung bilden die ersten Kopplungselemente am Halter und/oder Hohlzylinder radiale Auskragungen mit Auflageflächen für die Sonotrode. Diese radialen Auskragungen können wesentlich kleiner ausgebildet werden als die Klebe- oder Schweißflächen an einem Halter nach dem Stand der Technik, weil das torsionale Ultraschallschweißverfahren nur kleine

Schweißflächen erfordert. Die radialen Auskragungen sollten eine zur Längsachse des Halters senkrechte Auflagefläche für die Sonotrode aufweisen.

In einer Ausführungsform sind die radialen Auskragungen einzelne Zapfen, ein den Halter umgreifender Ring oder Segmente. Je nach den Erfordernissen ist die Geometrie der radialen Auskragungen auszubilden.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden als zweite Kopplungselemente sich im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse erstreckende Schweißelemente verwendet. Diese Schweißelemente liegen beim Schweißvorgang am Funktionsteil auf und werden durch das torsionale Ultraschallschweißverfahren mit dem Funktionsteil verschweißt.

Als Schweißelemente können einzelne Zapfen, ein den Halter umgreifender Ring oder Segmente verwendet werden.

Bevorzugt werden die zweiten Kopplungselemente mit den ersten Kopplungselementen so verbunden, dass sie Schwingungen übertragen können. - A -

In bevorzugter Ausführungsform werden die zweiten Kopplungselemente oder Schweißelemente einstückig mit den ersten Kopplungselementen ausgebildet. Hierdurch werden die den Schweißvorgang erzeugenden Schwindungen am besten übertragen.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Sonotrode als Hohlzylin- der ausgebildet und umgreift beim Schweißvorgang den Halter und/oder Hohlzy- linder und sitzt auf den Auflageflächen am ersten Kopplungselement auf. Hierdurch ergeben sich perfekte Schweißstellen.

Eine erfindungsgemäße Verwendung des torsionalen Ultraschallschweißverfah- rens ist die Befestigung eines Sensors an einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug.

Der Sensor ragt in einer Ausführungsvariante teilweise aus dem Halter heraus und ragt in eine durchgehende Bohrung und/oder Stanzung im Stoßfänger.

Zwischen dem Sensor und dem Stoßfänger ist in einer Variante ein Entkopp- lungsring angeordnet. Dieser Entkopplungsring kann zum Beispiel an den Halter angespritzt sein.

Ein erfindungsgemäßer Halter zur Verwendung für das Ultraschallschweißverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Halter ein Hohlzylinder ist, der Halter radiale Auskragungen als Auflagefläche für die Sonotrode aufweist und an den radialen Auskragungen sich im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse erstreckende Schweißelemente angeordnet sind. Dieser Halter kann universell für verschiedene Funktionsteile verwendet werden und muss nur an das aufzunehmende Bauteil angepasst werden. Die Schweißelemente sind bevorzugt einzelne Zapfen zur Anlage an das Funktionsteil.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Halter 3 nach dem Stand der Technik. In diesen Halter 3 lässt sich zum Beispiel ein Sensor als Bauteil über Rastelemente 13 einclipsen. Der Halter 3 ist aus Kunststoff bevorzugt als Spritzteil gefertigt und weist großflächige Klebe- oder Schweißflächen 14 auf, mit denen er an ein Funktionsteil ange- klebt werden kann. An jedes Funktionsteil muss der Halter 3 bzw. seine Klebeoder Schweißflächen 14 angepasst werden. Dies bedingt für jedes Funktionsteil einen speziellen Halter 3, auch wenn immer der gleiche Sensor verbaut wird.

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Halter 3, der gegenüber dem Halter nach dem Stand der Technik gemäß Figur 1 , an seiner im Einbau zum Funktionsteil weisenden Stirnseite verändert ist. Der erfindungsgemäße Halter 3 ist als Hohl- zylinder ausgebildet mit Rastelementen 13, in die ein Bauteil 1 (siehe Figur 3) eingeclipst wird. An der im Einbau zum Funktionsteil weisenden Stirnseite weist der Halter 3 erste Kopplungselemente 5 auf, die zur Ankopplung der Schwingungen der Sonotrode an den Halter 3 dienen und die aus radialen Auskragun- gen bestehen. In der hier gezeigten Ausführungsform sind diese ersten Kopplungselemente 5 ein den Halter 3 umgreifender, radialer Ring, der eine Auflagefläche 8 für eine Sonotrode aufweist.

An diesem Ring sind zweite Kopplungselemente 6 zur Ankopplung der von der Sonotrode induzierten Schwingungen im ersten Kopplungselement 5 an das Funktionsteil 2 angeordnet. Diese zweiten Kopplungselemente 6 sind im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse 9 sich erstreckende Schweißelemente 10 (siehe Figur 3). Diese Schweißelemente 10 sind dabei in der hier gezeigten Ausführungsform einzelne Zapfen, welche die Schwingungen der Sonotrode auf das Funktionsteil übertragen. Die Enden der Zapfen werden beim Schweißvorgang mit dem Funktionsteil verschmolzen. Das Funktionsteil 2 ist in den hier gezeigten

Figuren ein Kunststoffteil.

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Halter 3 mit aufgesetzter Sonotrode 4, wobei der Halter auf ein Funktionsteil 2 an der Stelle aufge- setzt ist, an der der Halter 3 mit dem Funktionsteil 2 verschweißt werden soll. Im Halter 3 ist ein Bauteil 1 eingesetzt und über die in der Figur 2 gezeigten Rastelemente verrastet bzw. verclipst (hier nicht gezeigt).

Die Sonotrode 4 für das torsionale Ultraschallschweißverfahren ist als Hohlzylin- der ausgebildet und umgreift in der hier gezeigten Ausführungsform den Halter 3 und sitzt beim Schweißvorgang auf einer Auflagefläche 8 an ersten Kopplungselementen 5 auf. Diese ersten Kopplungselemente 5 sind radiale Auskragungen 7, die in der hier gezeigten Ausführungsform ein auf der Außenfläche des Halters 3 umlaufender Ring sind. Die ersten Kopplungselemente 5 befinden sich an dem zum Funktionsteil 2 gewandten Ende des Halters 3.

An der zum Funktionsteil 2 gewandten Seite der ersten Kopplungselemente 5 bzw. der radialen Auskragungen 7 sind als zweite Kopplungselemente 6 Schweißelemente 10 angeordnet. Diese Schweißelemente 10 erstrecken sich in der hier gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse 9 und liegen beim Schweißvorgang auf dem Funktionsteil 2 auf. Die Schweißelemente 10 sind hier einzelne Zapfen, können aber auch als Ring oder Segmente ausgebildet werden.

Das in dem Halter 3 verrastete Bauteil 1 ist hier ein Sensor zur Messung eines Abstandes und das Funktionsteil 2 ist ein Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges.

Im Funktionsteil 2 ist eine Bohrung 1 1 eingebracht, in die das Bauteil 1 hineinragt. Zwischen dem Funktionsteil 2 und dem Bauteil 1 ist ein Entkopplungsring 12 angeordnet, der zum Beispiel mit dem Halter 3 verbunden sein kann.

Die Erfindung beschreibt eine Anwendung des torsionalen Ultraschallschweißens, welches auf Kunststoffbelange und dessen Einsatzgebiet verändert wurde, sowie die Konzeption der Halter 3, welche in Kombination mit dem abgeänderten

Schweißverfahren eine abzeichnungsfreie, kleinere und sichere Verbindung er- möglicht. Diese Art der Verbindung erlaubt auch das Anformen von harten und weichen Materialien sowie andere Materialalternativen mit differenzierter Teilauslegung.

Wie weiter oben schon erwähnt, ist das torsionale Ultraschallschweißverfahren in der EP 1 930 148 A1 beschrieben. Unter torsional wird eine Schwingung einer

Sonotrode 4 um ihre Längsachse oder Torsionsachse 9 verstanden, das heißt die Sonotrode 4 führt eine torsionale Bewegung um eine Torsionsachse aus, welche im Wesentlichen senkrecht auf der Ebene der zu bildenden Schweißnaht steht. Die Torsionsachse 9 liegt somit im Wesentlichen parallel zur Kraftachse, mit welcher die Sonotrode 4 auf das Funktionsteil 2 gedrückt wird.