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Faurecia Innenraum Systeme GmbH

Faureciastraße 1

76767 Hagenbach

Verfahren zur Ultraschall-Verschweißung und Baumodul, insbesondere

Kraftfahrzeug -Türm od u I

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultraschall-Verschweißung sowie ein Baumodul, das miteinander verschweißte Bauteile aufweist, insbesondere ein Kraftfahrzeug- Türmodul.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ultraschall-Schweißverfahren bekannt. Im Allgemeinen werden die von einem Ultraschall-Generator erzeugten elektrischen Schwingungen in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz umgewandelt und über ein Schweißwerkzeug, das heißt eine sogenannte Sonotrode, dem Werkstück zugeleitet. Durch die Einwirkung des Ultraschalls werden die zu verschweißenden Formteile an den Fügeflächen plastifiziert und unter Anwendung von Druck verschweißt. Beispielsweise lassen sich so Kunststoffbauteile zum Beispiel aus ABS, PMMA, PC, PS

und SAM miteinander verschweißen. Es können aber auch Schweißverbindungen von Kunststoffen mit anderen Werkstoffen, wie zum Beispiel Metallen, durch Ultraschall- Schweißen hergestellt werden.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Sonotrodenformen für die Ultraschall- Verschweißung bekannt geworden, wie zum Beispiel aus DE 20 2005 003 067 U1 , DE 299 23 223 U1 , DE 298 23 967 U1 , DE 298 13 964 U1 , DE 203 14 781 U1 , DE 200 02 555 U1 und DE 198 54 013 C2.

Durch Ultraschall-Verschweißung lassen sich auch wasserdichte Aufbauten herstellen. Beispielsweise zeigt die DE 199 34 596 A1 einen Stecker mit einem wasserdichten Aufbau, der durch Ultraschall-Verschweißung hergestellt wird, und die DE 103 49 240 A1 eine wasserdichte Abdichtanordnung eines ummantelten Kabels, welche ebenfalls ultraschallverschweißt ist.

Der Erfindung liegt dem gegenüber die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Ultraschall-Verschweißung von Bauteilen zu schaffen sowie ein Baumodul, das miteinander verschweißte Bauteile aufweist, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Türmodul.

Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ultraschall-Verschweißung von ersten und zweiten Bauteilen geschaffen, wobei das erste Bauteil eine Einbuchtung zur Aufnahme von ersten und zweiten Vorsprüngen des zweiten Bauteils aufweist. Für die Ultraschall- Verschweißung der ersten und zweiten Bauteile werden diese zunächst so positioniert, dass die ersten und zweiten Vorsprünge in die Einbuchtung ragen und einen Boden der Einbuchtung berühren. Danach wird eine Ultraschall-Schwingung auf die Bauteile über- tragen, so dass es zu einer Relativbewegung zwischen den Bauteilen kommt. Dabei wird der Boden gegen die ersten und zweiten Vorsprünge gedrückt, so dass sich die

Vorsprünge in einander entgegengesetzte Richtungssinne verformen. Zwischen den Vorsprüngen und dem Boden werden dadurch jeweils Schweißverbindungen gebildet.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die resultierende Schweißverbindung wasserdicht ausgebildet sein kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Schweißverbindungen jeweils relativ großflächig an den Seiten der Vorsprünge gebildet werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einbuchtung im wesentlichen trapez- stumpfförmig ausgebildet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einbuchtung ca. zwischen 7 mm und 25 mm, insbesondere ca. 15 mm, tief und hat eine öffnung im Bereich von ca. 4 mm bis 32 mm, insbesondere ca. 8 mm bis 16 mm. Die Wandstärke der Einbuchtung kann zum Beispiel ca. zwischen 1 mm und 6 mm, insbesondere ca. 3 mm betragen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Vorsprünge vor der Verschweißung im wesentlichen parallel zueinander. Insbesondere können die beiden Vorsprünge senkrecht auf dem zweiten Bauteil stehen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die beiden Vorsprünge jeweils eine Wandstärke von ca. 1 mm bis 6 mm, insbesondere ca. 3 mm.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die beiden Vorsprünge einen Abstand des ca. 0,5 bis 0,95 fachen der öffnung der Einbuchtung.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Vorsprünge in etwa gleich lang.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Ultraschall-Schwingung mit Hilfe einer Sonotrode auf das erste Bauteil übertragen. Beispielsweise hat die Sonotrode eine Arbeitsfläche mit einer Spitze, die auf die Rückseite des Bodens zwischen den beiden Vorsprüngen aufgesetzt wird. In dieser Position der Sonotrode wird die Ultraschall-

Schwingung übertragen, wobei die Sonotrode gleichzeitig auf die Rückseite des Bodens gedrückt wird.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Arbeitsfläche wellenförmig ausgebil- det, wobei zwei Halbwellen von der Spitze ausgehen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Einbuchtung und die Vorsprünge nach deren Positionierung in der Einbuchtung sowie die Arbeitsfläche der Sonotrode nach Aufsetzen von deren Spitze auf die Rückseite des Bodens symmetrisch angeord- net.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem ersten oder bei dem zweiten Bauteil um eine Trägerplatte, an dem durch Ultraschall-Verschweißung verschiedene Komponenten angeordnet werden. Beispielsweise handelt es sich bei der Trägerplatte um den Träger eines Kraftfahrzeug-Türmoduls.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Baumodul mit zumindest ersten und zweiten Bauteilen, die miteinander verschweißt sind. Das erste Bauteil hat halbwellenförmige Abschnitte, die mit entsprechenden Vorsprüngen des zweiten Bauteils eine Schweißverbindung bilden. Beispielsweise sind die Schweißverbindungen relativ großflächig an den Seiten der Vorsprünge ausgebildet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schweißverbindungen wasserdicht.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Baumodul um ein Türmodul, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Türmodul. Kraftfahrzeug-Türmodule sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere auch Kraftfahrzeug-Türmodule mit einem Träger, der einen Nassbereich und einen Trockenbereich innerhalb der Kraftfahrzeug-Tür definiert, vgl. zum Beispiel EP 0 944 497 und EP 0 961 703.

Bei der Anbringung von Komponenten an dem Träger und / oder der Anbringung des Trägers innerhalb der Tür tritt das Problem der Abdichtung zur Aufrechterhaltung der Trennung zwischen Trocken- und Nassbereich auf. Für eine solche Abdichtung werden im Stand der Technik Dichtungsgummis verwendet, was die Montage aufwendig macht. Außerdem können Dichtungsgummis im Lauf der Zeit porös und damit undicht werden. Hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe, indem sie eine wasserdichte Ultraschall- Verschweißung zur Anbringung von Komponenten an dem Träger und / oder zur Anbringung des Trägers im Inneren der Tür ermöglicht.

Beispielsweise können durch Ultraschall-Verschweißung verschiedene Komponenten eines Türmoduls an dem Träger befestigt werden, wie zum Beispiel elektrische Komponenten, insbesondere elektrische Konnektoren, Fensterheber-Komponenten, Lautsprecherkomponenten, Komponenten eines Bedienfelds, insbesondere Schalterkomponenten, und dergleichen.

Dadurch wird eine kosteneffiziente Möglichkeit für die Herstellung eines Kraftfahrzeug- Trägermoduls geschaffen, wobei gleichzeitig die Langzeitdichtigkeit des Türmoduls verbessert wird, da die Ultraschall-Schweißverbindungen anders als Abdichtungen mittels Dichtmitteln keiner Alterung unterliegen.

Im weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch zwei miteinander zu verschweißende Bauteile vor dem Schweißvorgang,

Figur 2 die Ansicht der Figur 1 nach der Verschweißung der Bauteile,

Figur 3 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug-Türmodul.

Die Figur 1 zeigt ein Bauteil 100 mit einer Einbuchtung 102. Die Einbuchtung 102 ist in der hier betrachteten Ausführungsform in etwa trapezstumpfförmig. Es sind jedoch auch

andere Formen der Einbuchtung 102 möglich, wie zum Beispiel rechteckig, quadratisch oder andere geometrische Formen.

An dem Trapezstumpf der Einbuchtung 102 ist ein Boden 104 gebildet. Der Boden 104 hat eine Tiefe T von einigen Millimetern, wie zum Beispiel zwischen 7 mm und 25 mm, insbesondere ca. 15 mm.

Die Einbuchtung 102 bildet eine öffnung 106 mit einer Weite W von einigen Millimetern, insbesondere zwischen 4 mm und 32 mm, beispielsweise zwischen ca. 8 mm und 16 mm. Das Seitenverhältnis der Weite W zur Tiefe T liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2.

Die Wandstärke S liegt im Bereich der Einbuchtung, insbesondere im Bereich von deren Seitenflanken 138 und 140, beispielsweise zwischen 1 mm und 6 mm, insbesonde- re bei ca. 3 mm.

Das Bauteil 100 kann im Bereich seiner Einbuchtung 102 aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, wie zum Beispiel ABS oder einem anderen Kunststoff.

Das Bauteil 108 hat zwei in etwa gleich lange Vorsprünge 112 und 114. Die Vorsprünge 112 und 114 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und haben die gleiche Länge, die etwas über der Tiefe T liegt. Die Wandstärke der Vorsprünge kann in der Größenordnung von S liegen.

Die Vorsprünge 112 und 114 sind um einen Abstand A voneinander beabstandet, wobei dieser Abstand A zum Beispiel das ca. 0,5 bis 1 fache der Weite W der öffnung der Einbuchtung 106 betragen kann. Die Vorsprünge 112, 114 des Bauteils 108 bestehen beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie zum Beispiel ABS oder einem anderen Kunststoff. Die Vorsprünge 112 und 114 haben Seiten 130, 134 bzw. 132, 136 von denen jeweils Teilbereiche zur Ausbildung von Fügeflächen zur Verschweißung mit der Einbuchtung 102, insbesondere mit deren Seitenflanken 138, 140 und deren Boden 104, dienen, wie in der Fig. 2 dargestellt.

Zur Ultraschall-Verschweißung der Bauteile 100 und 108 dient eine Sonotrode 116, deren Arbeitsfläche 118 in der Figur 1 gezeigt ist. Die Arbeitsfläche hat eine Spitze 120 von der zwei in etwa halbwellenförmige Bereiche 122 und 124 ausgehen.

Zur Ultraschall-Verschweißung der Bauteile 100 und 108 werden diese Bauteile zunächst so relativ zueinander positioniert, dass die Vorsprünge 112 und 114 des Bauteils 108 in die Einbuchtung 102 ragen, so dass sie den Boden 104 der Einbuchtung 102 berühren.

Die Sonotrode 116 wird mit ihrer Spitze 120 auf die Rückseite des Bodens 104 in etwa in der Mitte des Bodens 104 aufgesetzt.

Beispielsweise werden die Bauteile 100 und 108 so positioniert, dass sich bei in etwa in der Mitte der Rückseite des Bodens 104 aufgesetzter Spitze 120 der Sonotrode 116 eine zu der Mittelachse 126 in etwa symmetrische Anordnung ergibt.

Nach dem Aufsetzen der Spitze 120 der Sonotrode 116 wird die Sonotrode 116 in Ultraschall-Schwingungen 128 versetzt, um eine Relativbewegung insbesondere zwischen dem Boden 104 und den Vorsprüngen 112 und 114 zu induzieren. Dabei kommt es zur Ausbildung der Schweißverbindungen.

Diese Schweißverbindungen sind in der Figur 2 dargestellt. Der Vorsprung 112 ist mit seiner Seite 130 an den Boden 104 geschweißt und/oder mit seiner Seite 134 and die Seitenflanke 138. Ebenso verhält es sich mit dem Vorsprung 114, der mit seiner Seite 132 an den Boden 104 und/oder mit seiner Seite 136 an die Seitenflanke 140 geschweißt ist.

Wie in der Figur 2 ebenfalls dargestellt, ist der Boden 104 bei dem Ultraschall- Schweißvorgang so verformt worden, dass er sich der Form der Arbeitsfläche 118 der Sonotrode 116 angepasst hat. Durch das Herunterdrücken der Sonotrode 116 auf den Boden 104 während des Ultraschall-Schweißvorgangs sind ferner die Vorsprünge 112

und 114 nach links bzw. rechts gebogen worden, so dass sie sich mit ihren Seiten 130 bzw. 132 an den Boden 104 bzw. mit ihren Seiten 134 und 136 and die Seitenflanken 138 bzw. 140 gelegt haben, so dass entsprechende Schweißverbindungen zwischen dem Boden 104 und den Vorsprüngen 112, 114 resultieren.

Bei der Ultraschall-Verschweißung werden die Seitenflanken 138 und 140 ebenfalls entsprechend der Form der Arbeitsfläche 118 der Sonotrode verformt und legen sich an die äußeren Seiten 134 bzw. 136 der Vorsprünge 112 und 114 an, so dass hier ebenfalls Schweißverbindungen resultieren können.

Nach Abschalten der Ultraschall-Schwingung 128 kann es je nach Ausführungsform vorteilhaft sein, die Sontrode 116 noch für einige Sekunden gegen den Boden 104 zu drücken, bis die Schweißverbindungen ausgehärtet sind.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform des Bauteils 100 als Trägerplatte für ein Kraftfahrzeug-Türmodul. Beispielsweise dient das Bauteil 100 zur Trennung eines Nassbereichs und eines Trockenbereichs im Inneren einer Kraftfahrzeug-Tür.

Die Figur 3 zeigt das Bauteil 100 in einer schematischen Draufsicht vom Nassbereich in Richtung auf den Trockenbereich, das heißt die in der Figur 3 oben liegende Vorderseite des Bauteils 100 grenzt den Nassbereich ab, wohingegen die Rückseite des Bauteils 100 den Trockenbereich definiert.

An der Rückseite des Bauteils 100 können innerhalb des Trockenbereichs ein oder mehrere Bauteile 108 angeordnet sein, wobei die Figur 3 exemplarisch das Bauteil 108 mit gestrichelten Linien zeigt. Das Bauteil 108 kann beispielsweise eine elektrische Komponente, insbesondere einen elektrischen Konnektor, eine Fensterheberkomponente, eine Schalterkomponente, eine Lautsprecherkomponente oder dergleichen bilden.

Das Bauteil 108 ist mit den Einbuchtungen des Bauteils 100, das heißt insbesondere mit den Böden 100 und 104' verschweißt, so wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.

Ferner kann das Bauteil 100 auch ein oder mehrere Einbuchtungen, die ähnlich der Einbuchtung 102 der Figuren 1 und 2 ausgebildet sein können, aufweisen, um Ultraschall-Schweißverbindungen der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Art zum Beispiel mit einem Tür-Innenblech 142 auszubilden, um das Bauteil im Inneren der Tür zu befestigen.

Bezugszeichenliste

100 Bauteil

102 Einbuchtung

104 Boden

104' Boden

106 öffnung

108 Bauteil

10 112 Vorsprung

114 Vorsprung

116 Sontrode

118 Arbeitsfläche

120 Spitze

15 122 Bereich

124 Bereich

126 Mittelachse

128 Ultraschallschwingung

130 Seite

20 132 Seite

134 Seite

136 Seite

138 Seitenfläche

140 Seitenfläche

25 142 Tür-Innenblech