Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Aus der DE 10 2012 221 698 B3 ist eine Bauteilverbindung bekannt, bei der auf ein erstes Bauteil eine Stahlkugel aufgeschweißt ist. Ein mit dem ersten Bauteil zu verbindendes zweites Bauteil weist ein Durchgangsloch auf und wird so an das erste Bauteil angelegt, dass die von dem ersten Bauteil abstehende Kugel zumindest ein Stück weit durch das Durchgangsloch des zweiten Bauteils hindurch ragt. Anschließend wird auf die Kugel ein zweiteiliger Kunststoff-Clip aufgeclipst, der das in dem zweiten Bauteil vorgesehene Durchgangsloch überkragt und die beiden Bauteile zusammenklemmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer modifizierten Bauteilverbindung anzugeben, um dadurch ein weiteres Anwendungsfeld zu erschließen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein erstes Bauteil, das mit einem zweiten Bauteil verbunden werden soll. Zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche des ersten Bauteils besteht aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial. Selbstverständlich kann das gesamte erste Bauteil aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen. Dies muss aber nicht so sein. Vielmehr kann es auch sein, dass ein„Kern" des ersten Bauteils aus einem anderen Material besteht und der Kern oder ein Teil des Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial beschichtet oder überzogen ist. Bei dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des ersten Bauteils kann es sich um ein faserverstärktes thermoplastisches Kunststoffmaterial handeln. Die Fasern bzw. Partikel sind in dem thermoplastischen Kunststoffmaterial verteilt. Als Fasern in Betracht kommen z.B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern o.ä. Hinsichtlich der Faserlänge können Langfasern, Kurzfasern oder sog. Endlosfasern oder Kombination derselben verwendet werden.

Auf das erste Bauteil bzw. auf das thermoplastische Kunststoffmaterial des ersten Bauteils wird mindestens eine Kugel durch Ultraschall-Schweißen aufgeschweißt. Die Kugel zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teilbereich ihrer Oberfläche aus einem thermoplastischen Kunststoff material besteht.

Bei der Kugel kann es sich insbesondere um eine Vollkugel aus thermoplastischem Kunststoffmaterial handeln. Alternativ dazu kann es sich bei der Kugel auch um eine Hohlkugel aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial handeln. Ferner ist denkbar, dass die Kugel einen Kugelkern aufweist, der zumindest teilweise mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial überzogen bzw. beschichtet ist. Der Kugelkern kann z.B. aus Stahl, Aluminium, Glas, Blei o.ä. bestehen. Dadurch können spezifische Eigenschaften des Kugelkerns (der z.B. magnetisch sein kann) mit Eigenschaften der thermoplastischen Beschichtung (Schweißbarkeit mit Bauteilen oder Substraten) kombiniert werden. Bei dem thermoplastischen Kunststoffmaterial der Kugel kann es sich um einen faser- oder partikelverstärkten Kunststoff handeln, was die Festigkeit der Schweißverbindung zwischen der Kugel und dem ersten Bauteil erhöht.

Vor dem Verschweißen der Kugel mit dem ersten Bauteil wird die Kugel an das erste Bauteil angedrückt, derart, dass das thermoplastische Kunststoffmaterial der Kugel an dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des ersten Bauteils anliegt.

Anschließend wird die Kugel mittels einer Ultraschall-Sonotrode in Schwingungen versetzt, was zu einem lokalen Aufschmelzen des Materials der Kugel und/oder des Materials des ersten Bauteils im Berührbereich und somit zu einem Verschmelzen der beiden Materialien, d.h. zu einem Verschweißen der Kugel mit dem ersten Bauteil führt. Aufgrund der konvexen Geometrie der Kugel entsteht im Berührbereich zwischen der Kugel und dem ersten Bauteil eine extrem hohe Energiedichte, die zu einem sauberen, lokal begrenzten Aufschmelzen von Kugelmaterial und Material des ersten Bauteils und somit im Ergebnis zu einer sehr sauberen, hochwertigen und festen Schweißverbindung führt.

Das oben bereits erwähnte zweite Bauteil weist ein Durchgangsloch auf und wird so an das erste Bauteil herangeführt, dass die von dem ersten Bauteil abstehende Kugel in das Durchgangsloch des zweiten Bauteils hinein ragt oder ein Stück weit durch das Durchgangsloch des zweiten Bauteils hindurch ragt.

Anschließend wird ein Clip-Element, das z.B. aus einem elastischen Kunststoffmaterial bestehen kann, auf die Kugel aufgeclipst. Das Clip- Element überkragt das Durchgangsloch und verbindet somit die beiden Bauteile formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander. Wenn das Clip- Element bzw. ein das Durchgangsloch überkragender Rand des Clip- Elements elastisch ausgebildet ist, kann durch das Clip-Element sogar eine dauerhafte Verspannung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erreicht werden.

Die Erfindung ist in einer nahezu unbegrenzten Vielzahl von Gebieten anwendbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich des Fahrzeugbaus, und dort insbesondere im Bereich des Karosseriebaus anwendbar. Somit kann es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten Bauteil um ein Fahrzeugbauteil, insbesondere um ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs handeln.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das erste Bauteil, an der Stelle, an der die Kugel durch Ultraschall-Schweißen auf das erste Bauteil aufgeschweißt werden soll, eine„physische Markierung" auf, die eine exakte Positionierung der Kugel in Bezug auf das erste Bauteil erleichtert. Eine solche physische Markierung kann bspw. durch eine muldenartige Vertiefung, insbesondere durch eine kugelkalottenartige muldenartige Vertiefung, eine fadenkreuzartige Vertiefung o.ä. gebildet sein.

Nach einer Weiterbildung wird auf die dem zweiten Bauteil zugewandte Seite des ersten Bauteils und/oder auf die dem ersten Bauteil zugewandte Seite des zweiten Bauteils oder einfach zwischen die beiden Bauteile eine Kleberschicht eingebracht, welche die beiden Bauteile zusätzlich zu dem Clip-Element stoffschlüssig miteinander verbindet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erzeugt die Sonotrode nach dem „Einschalten" der Sonotrode translatorische und/oder torsionale Schwingungen, welche sich auf die Kugel übertragen.

Bei einem Klebstoffauftrag kann vorgesehen sein, dass der für die Aufnahme des Klebstoffs erforderliche Spalt zwischen den beiden Bauteilen durch das Clip-Element ermöglicht bzw. sogar sichergestellt wird. Das Clip-Element stellt nach dem Zusammenclipsen der beiden Bauteile eine „Handling- Festigkeit" sicher, auch wenn der Kleberstoff noch nicht ausgehärtet ist. Die beiden durch das Klebelement zusammengeclipsten Bauteile können somit auch bei noch nicht ausgehärtetem Kleberstoff weiter bearbeitet bzw. weiter transportiert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Kugel mittels einer in die Sonotrode integrierten oder an der Sonotrode angeordneten Ansaugeinrichtung angesaugt. Mittels einer derartigen Ansaugeinrichtung kann die Kugel aus einem Kugelreservoir bzw. aus einem Vorratsbehälter, der mit einer Vielzahl von Kugeln gefüllt ist, angesaugt, entnommen und an das erste Bauteil herangeführt werden. Zur Fixierung mittels Unterdruck kann an einer Stirnseite der Sonotrode eine muldenartige Aufnahme vorgesehen sein, in welche die Kugel mittels der Ansaugeinrichtung angesaugt bzw. eingesaugt wird.

Die Sonotrode kann als Handgerät ausgebildet sein. Dementsprechend kann die Kugel von Hand mittels der Sonotrode an das erste Bauteil herangeführt und mit dem ersten Bauteil verschweißt werden. Alternativ dazu kann das Entnehmen einer Kugel aus einem Kugelreservoir, das Heranführen der Kugel an das erste Bauteil und das Verschweißen der Kugel mit dem ersten Bauteil auch vollautomatisiert werden, indem die Sonotrode von einem Industrie-Roboter gesteuert und bewegt wird.

Das Aufclipsen des Clip-Elements auf die Kugel kann wahlweise von Hand oder automatisiert mittels einer Clip-Setzeinrichtung erfolgen.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 -5 zeigen einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein platinenartiges, d.h. im Wesentlichen ebenes erstes Bauteil 1 , welches eine kugelkalottenförmige oder muldenartige Vertiefung 2 aufweist. Das erste Bauteil 1 kann vollständig aus thermoplastischem Material bestehen oder zumindest im Bereich der muldenartigen Vertiefung 2 mit einem thermoplastischen Material beschichtet oder überzogen sein.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird in die muldenartige Vertiefung 2 eine Kugel 3 eingebracht. Die Kugel 3 ragt somit zumindest zu einem Teil in die muldenartige Vertiefung 2 hinein. Die muldenartige Vertiefung 2 wirkt als „physische Markierung". Die Kugel 3 wird somit durch die Vertiefung 2 in einer vordefinierten Weise in Bezug auf das erste Bauteil 1 positioniert. Die Kugel 3 kann bspw. von Hand in die Vertiefung 2 eingelegt werden. Alternativ dazu kann die Kugel 3 auch mittels einer Zuführeinrichtung, z.B. eines Roboters (nicht dargestellt) in die Vertiefung 2 eingebracht werden. Mittels einer hier nur schematisch dargestellten Ultraschall-Sonotrode 4 wird die Kugel 3 in Ultraschall-Schwingungen (z.B. in translatorische und/oder torsionale Schwingungen) versetzt und mit dem thermoplastischen Material des ersten Bauteils 1 und somit mit dem ersten Bauteil 1 verschweißt.

Die Kugel 3 kann ebenfalls aus thermoplastischem Material bestehen. Sie muss aber nicht vollständig aus thermoplastischem Material bestehen. Denkbar ist, dass die Kugel 3 lediglich im Berührbereich mit der Vertiefung 2 mit einem thermoplastischen Material beschichtet oder überzogen ist. Selbstverständlich kann die Kugel aber auch eine aus einem nichtthermoplastischen Material bestehenden Kugelkern aufweisen, der vollständig mit einer Oberflächenschicht aus thermoplastischem Material überzogen ist.

Das Zuführen der Kugel in die Vertiefung 2 kann auch über die Sonotrode erfolgen. Im Bereich einer Stirnseite der Sonotrode 4 kann hierzu eine muldenartige Vertiefung vorgesehen sein, in welche ein Ansaugkanal mündet. Mittels einer hier nicht näher dargestellten Ansaugeinrichtung, die z.B. in die Sonotrode 4 integriert sein kann, kann die Kugel 3 in die muldenartige Vertiefung 4a der Sonotrode eingesaugt bzw. hieran angesaugt werden. Somit kann die Kugel 3 durch Verfahren der Sonotrode relativ zu dem ersten Bauteil 1 positioniert und in die Vertiefung 2 des ersten Bauteils eingebracht werden. Die Sonotrode kann hierbei von Hand oder automatisiert gesteuert durch einen Industrie-Roboter bewegt werden.

Durch in Schwingung Versetzen der Kugel 3 schmilzt thermoplastisches Material der Kugel 3 und/oder thermoplastisches Material der Vertiefung 2 lokal begrenzt auf und verschmilzt miteinander. Dadurch wird die Kugel 3 mit dem ersten Bauteil 1 verschweißt. Aufgrund der konvexen Geometrie der Kugel entsteht im Berührbereich zwischen der Kugel und dem ersten Bauteil eine sehr hohe Energiedichte, die zu einem sauberen, lokal begrenzten Aufschmelzen des thermoplastischen Materials der Kugel 3 bzw. des ersten Bauteils 1 führt.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird auf eine Oberseite des ersten Bauteils 1 eine Kleberschicht 5 aufgetragen.

Anschließend wird, wie in Fig. 4 dargestellt, auf die Kleberschicht 5 ein zweites Bauteil 6 aufgebracht, welches ein Durchgangsloch 6a aufweist. Das zweite Bauteil 6 ist so in Bezug auf das erste Bauteil 1 bzw. die Kugel 3 angeordnet, dass die Kugel 3 in das Durchgangsloch 6a des zweiten Bauteils 6 hinein ragt bzw. hier sogar ein Stück weit durch das Durchgangsloch 6a hindurch ragt.

Anschließend wird ein Clip-Element 7 auf die Kugel 3 aufgeclipst. Das Clip- Element 7 überkragt hier mit einer Rastnase 7a, welche an dem zweiten Bauteil 6 anliegt, das Durchgangsloch 6a des zweiten Bauteils. Durch das (elastische) Clip-Element 7 werden die beiden Bauteile (6, 1 ) zusammengehalten bzw. gegeneinander gedrückt. Die beiden Bauteile 1 , 6 können somit auch bei noch nicht ausgehärtetem Kleberstoff 5 weiter transportiert bzw. sogar bereits weiter verarbeitet werden.