DE69503284T2

DE69503284T2 - Verfahren zum Befestigen eines thermoplastischen Einsatzes

Info

Publication number: DE69503284T2
Application number: DE69503284T
Authority: DE
Inventors: Arnt Rinse Nl-7908 At Hoogeveen Offringa; John Nl-9525 Td Drouwenerveen Teunissen
Original assignee: Fokker Special Products BV
Current assignee: GKN Fokker Aerospace BV
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2015-04-05
Also published as: EP0676272B1; US5437750A; DE69503284D1; EP0676272A3; EP0676272A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung thermoplastischer Einsätze in als Konstruktionselemente dienenden Verbundplatten. Sie betrifft im besonderen ein Verfahren zum Befestigen eines thermoplastischen Einsatzes in einer als Konstruktionselement dienenden Verbundplatte, die zwei Außenschichten aus thermoplastischem Werkstoff und eine mittlere Schicht aus Schaumstoff oder Wabenmaterial besitzt. Die vorliegende Erfindung betrifft im besonderen das Befestigen eines in eine Bohrung in einer als Konstruktionselement dienenden Verbundplatte eingesetzten thermoplastischen Einsatzes an den thermoplastischen Außenschichten der Verbundplatte mit Hilfe des Ultraschallschweißens.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für Bodenplatten im Flugzeugbau.

Ausgangssituation der Erfindung

Verbundplatten werden im Flugzeugbau oftmals als Boden- und/oder Trennwandplatten eingesetzt. Eine Verbundplatte besteht in traditioneller Weise aus zwei relativ dünnen Außenschichten und einer mittleren Schicht aus Schaumstoff oder Wabenmaterial. Durch Verkleben der Schichten miteinander entsteht eine Platte mit einem hohen Verhältnis zwischen Festigkeit und Masse, wodurch sie für den Einsatz bei Flugzeugen interessant wird. Verbundplatten sind sehr widerstandsfähig gegenüber Belastungen, die gleichmäßig über eine große Oberfläche verteilt sind. Werden Verbundplatten jedoch Belastungen ausgesetzt, bei denen die Kraft an einem Punkt der Platte zur Einwirkung kommt, dann kann die mittlere Schicht zerquetscht werden und können sich die Außenschichten vom Kern lösen. Diese Eigenschaft von Verbundplatten ist ein Problem, wenn die Platten als Bodenplatten eingesetzt werden sollen und infolgedessen an einer Plattentragkonstruktion befestigt werden müssen. Die Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, Bolzen oder Nägel, zerquetschen oftmals lokal die mittlere Schicht, wenn sie zur Befestigung der Platte an der Tragkonstruktion durch die Platte hindurch eingesetzt sind. Es ist deshalb bei dem gegenwärtigen Stand der Technik zur Befestigung von Verbundplatten an Tragelementen allgemein üblich, Einsätze in der Platte zu benutzen. Die Einsätze besitzen eine Durchgangsbohrung, durch die hindurch das Befestigungsmittel eingeführt werden kann, um die Platte an den Tragelementen, wie beispielsweise Schienen oder Stützen, zu befestigen. Der Einsatz nimmt dann die Kräfte auf, die durch das Befestigungsmittel ausgeübt werden und notwendig sind, um die Platten zuverlässig am Tragelement zu befestigen. Das Verfahren zum Befestigen des Einsatzes in einer Bohrung in der Verbundplatte ist deshalb direkt verantwortlich für die Stärke der Scher- und Druckkräfte, denen die Platte in Verbindung mit dem Tragelement standhalten kann.
Die benutzten Einsätze besitzen im allgemeinen einen zylindrischen Körper mit einer senkrechten zylindrischen Bohrung. Form, Größe und Ausführung der senkrechten zylindrischen Bohrung im Körper sind zum großen Teil vom Befestigungsmittel abhängig, das zur Befestigung der Platte an den Tragelementen dient. Bolzen, Schrauben und dergleichen existieren in verschiedenen Formen und Abmessungen, so daß im Einsatz senkrechte zylindrische Bohrungen mit spezifischen Formen erforderlich sind. Form, Größe und Ausführung des Einsatzkörpers sind zum großen Teil vom Verfahren zum Befestigen des Einsatzes in der Platte abhängig. Die meisten Einsätze besitzen des weiteren eine zylindrische Kopfscheibe, deren Durchmesser größer als der Körper ist.
Wegen der Bedeutung einer guten Verbindung und Spannungsentlastung zwischen Platte, Einsatz, Befestigungsmittel und Tragelement sind verschiedene Verfahren zum Befestigen von Einsätzen in Verbundplatten entwickelt worden und nach dem bisherigen Stand der Technik bekannt.
Die Olson erteilten USA-Patente 4 242 158 und 4 305 540 offenbaren ein Verfahren zum Befestigen eines Einsatzes in einer Verbundplatte, wofür Klebstoff bei einem Teil des Einsatzes und ein Gegenwerkzeug zur Formung des anderen Teils des Einsatzes Anwendung finden. Der bei diesem Verfahren benutzte Einsatz besitzt eine zylindrische Kopfscheibe als oberes Ende eines zylindrischen Körpers. Die Länge des Körpers ist größer als die Dicke der Platte. Der Einsatz wird mit dem zylindrischen Körper in eine Bohrung in der Platte eingeführt, wobei die Kopfscheibe des Einsatzes oben auf der oberen Außenschicht der Platte ruht. Der untere Teil des zylindrischen Körpers des Einsatzes steht an der unteren Außenschicht der Platte vor. Die Kopfscheibe des Einsatzes wird an der oberen Außenschicht dieser Platte mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs befestigt. Das Gegenwerkzeug drückt gegen den unteren Teil des Einsatzes und führt durch diesen angewendete Druck dazu, daß dieser vorstehende Teil umgebördelt wird und einen Flansch bildet, durch den der Einsatz an der unteren Außenschicht befestigt wird. Zur gleichen Zeit wird überschüssiger Klebstoff an der Kontaktfläche mit Druckluft vom Einsatz weggeblasen.
Verbundplatten mit thermoplastischen Außenschichten erlauben die Benutzung thermoplastischer Einsätze. Die Befestigung thermoplastischer Einsätze in der Verbundplatte erfüllt jedoch bisher noch nicht die bautechnischen Forderungen der Flugzeughersteller. Das wird auch von Worthing in seinem USA-Patent 4 817 264, Spalte 2, Zeilen 27-45, erwähnt. Worthing benutzt infolgedessen einen zweiteiligen Einsatz. Dieser zweiteilige Einsatz besteht aus einem Metallflansch und einem thermoplastischen Körper. Bei dem in diesem Patent beschriebenen Verfahren wird Klebstoff verwendet, um die Kopfscheibe an der oberen Außenschicht der Verbundplatte zu befestigen, und Ultraschallenergie zum Erweichen des vorstehenden Endes des Einsatzes und Druck zum Umbördeln dieses Teils und zum Bilden eines Flansches angewendet. Dieser Flansch bildet eine mechanische Verbindung und ist dem Flansch ähnlich, der in den USA-Patenten 4 242 258 und 4 305 540 von Olson beschrieben ist.
Die oben erwähnten Verfahren zum Befestigen von Einsätzen in Verbundplatten sind arbeitsaufwendig und zeitraubend. Dabei beeinflußt besonders die Zeit, die notwendig ist, damit der Klebstoff ausreichend hart werden kann, in hohem Maße die Fertigungsdauer und -kosten dieser Verbundplatten. Die Mindestdauer zum Härten beträgt bei Raumtemperatur im allgemeinen mehrere Stunden. Die Verwendung von Klebstoffen erfordert des weiteren einen stärkeren Einsatz von Arbeitskräften und ist darüber hinaus anfälliger für Fehler. Durch die Verwendung von Klebstoffen wird des weiteren die Masse der Platte vergrößert und das Verhältnis zwischen Masse und Festigkeit verringert.
Ein weiterer Nachteil des bisherigen Standes der Technik sind nach Befestigung des Einsatzes in der Verbundplatte dessen Kopfscheibe und unterer Flansch, die überstehen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Befestigen eines in eine Durchgangsbohrung in einer Verbundplatte eingesetzten thermoplastischen Einsatzes an den Wänden der senkrechten Bohrung der thermoplastischen Außenschichten der Verbundplatte bereitzustellen. Der Einsatz für das neue Befestigungsverfahren besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer zylindrischen Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Ultraschallenergie zum Befestigen des Einsatzes an den thermoplastischen Außenschichten der Verbundplatte anzuwenden. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den thermoplastischen Einsatz mit einem konzentrischen thermoplastischen Rand an der Ober- und Unterseite des Körpers zu versehen, der als thermoplastischer Opferwerkstoff dient und mit dem thermoplastischen Werkstoff der oberen und unteren Außenschicht der Verbundplatte unter Anwendung von Ultraschallenergie verschmolzen wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zum Befestigen eines thermoplastischen Einsatzes an den thermoplastischen Außenschichten einer Verbundplatte bereitzustellen, das nicht länger als 10 5s dauert und zu einer wasserdichten Verbindung führt. Die Verbindung zwischen dem thermoplastischen Einsatz und den thermoplastischen Außenschichten der Platte wird dadurch hergestellt, daß ein thermoplastischer Opferwerkstoff des Einsatzes mit den thermoplastischen Außenschichten unter Anwendung von Ultraschallenergie verschmolzen wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen eines thermoplastischen Einsatzes in einer Verbundplatte besteht aus den Schritten Bereitstellen einer Verbundplatte mit einer oberen und einer unteren thermoplastischen Außenschicht, Herstellen einer Durchgangsbohrung in der Verbundplatte, Bereitstellen eines thermoplastischen Einsatzes mit einem als integraler Bestandteil ausgebildeten thermoplastischen Opferwerkstoff, Bereitstellen eines Ultraschallschweißgerätes, Einführen des Einsatzes in die Durchgangsbohrung, Anwenden von Ultraschallenergie und Druck, bis der thermoplastische Opferwerkstoff des thermoplastischen Einsatzes mit der oberen und unteren thermoplastischen Außenschicht der Verbundplatte zu einer Schmelzverbindung verschmolzen ist, und Kühlen der Schmelzverbindung vor einer Weiterverarbeitung der Verbundplatte.
Der für dieses Verfahren vorgesehene Einsatz besteht aus dem gleichen thermoplastischen Werkstoff wie die Außenschichten der Verbundplatte. Besonders der obere und der untere Teil der Einsätze sind so ausgeführt, daß sie eine Paßeinheit mit den Rändern der Durchgangsbohrung bilden. Der bei diesem Verfahren benutzte Einsatz besitzt vorzugsweise einen im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer axialen Durchgangsbohrung, wobei diese Bohrung ein Befestigungsmittel aufnehmen kann, mit dem die Platte an Tragelementen oder dergleichen einer Tragkonstruktion befestigt werden kann.
Der thermoplastische Opferwerkstoff des Einsatzes ist integraler Bestandteil des Einsatzes. Der Opferwerkstoff ist oben und unten am Einsatz als Rand mit dem gleichen Durchmesser wie der Körper des Einsatzes ausgeführt und besitzt ein Volumen, das ausreicht, um den Zwischenraum zwischen Einsatz und Außenschicht auszufüllen und die Schmelzverbindung zwischen Einsatz und Außenschicht unter Anwendung von Ultraschallenergie zu bilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1a bis 1d Querschnitte einer Reihe bevorzugter Ausführungsformen eines thermoplastischen Einsatzes vor dem Befestigen.
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt des Einsatzes in Kombination mit einer Verbundplatte vor dem Befestigen;
Fig. 4a bis 4c Querschnitte, die die nacheinander ablaufenden Schritte des Befestigens des thermoplastischen Einsatzes an der oberen und unteren thermoplastischen Außenschicht der Verbundplatte veranschaulichen; und
Fig. 5 einen Querschnitt einer Verbundplatte mit einem erfindungsgemäß darin befestigten thermoplastischen Einsatz.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es soll nun ausführlicher auf die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eingegangen werden.
Fig. 1a bis 1d zeigen eine Reihe möglicher bevorzugter Ausführungsformen des Einsatzes 1 vor dem Einführen in eine Bohrung in einer Verbundplatte und dem Befestigen. Der Einsatz 1 ist im besonderen so ausgeführt, daß er durch Anwendung von Ultraschallenergie in einer Verbundplatte mit thermoplastischen Außenschichten befestigt werden kann. Aus diesem Grund besitzt die allgemeine Form des Einsatzes 1 erfindungsgemäß einen im wesentlichen zylindrischen Körper 12 und als integrale Bestandteile ausgebildete obere und untere axiale thermoplastische Opferränder 13 und 14. Der Außendurchmesser der oberen und unteren Opferränder 13 und 14 entspricht dem Außendurchmesser des Körpers 12 des Einsatzes 1. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Fig. la dargestellt ist, besitzt der Einsatz 1 des weiteren eine Bohrung 10 mit einem Senkabschnitt 11. Soll eine Verbundplatte, die mit einer Reihe von Einsätzen gemäß Fig. 1a versehen ist, montiert werden, dann müssen Befestigungsmittel, wie beispielsweise Bolzen, benutzt werden, wobei der Senkabschnitt 11 den Kopf und die Bohrung 10 den Schaft des Bolzens aufnimmt. Die Benutzung von Einsätzen mit einem Senkabschnitt 11 führt schließlich nach der Montage der Platten an den Plattentragelementen zu einer glatten oberen Außenschicht ohne vorstehende Bolzenköpfe.
Wie in Fig. 1a dargestellt, besitzt der Rand 13 einen rechteckigen Querschnitt, während der Rand 14 des weiteren einen Senkabschnitt 22 besitzt. Fig. 1b zeigt eine Ausführungsform des Einsatzes 1 ohne Senkabschnitt 11, während die Ränder 13 und 14 die gleichen wie bei der in Fig. 1a dargestellten Ausführungsform sind. Fig. 1c zeigt den Rand 14 mit rechteckiger Form. In Fig. 1d wird eine Ausführungsform mit einer Aussparung 19 im Körper 12 gezeigt, wobei diese Ausführungsform für die Anwendung einer Kombination aus zwei Befestigungsverfahren, wie beispielsweise Anwendung von Ultraschallenergie und Verwendung von Gießharz, geeignet ist.
Es soll nun ein allgemeine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen eines thermoplastischen Einsatzes in einer Verbundplatte durch Verschmelzen des thermoplastischen Opferwerkstoffs des Einsatzes mit dem thermoplastischen Werkstoff der Wände der Durchgangsbohrung der Außenschichten mit Hilfe von Ultraschallenergie folgen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird der Einsatz 1 mit der oberen Seite nach unten auf die Gegensonotrode 2 gesetzt, anschließend wird die Bohrung 9 in der mit der Oberseite nach unten zeigenden Verbundplatte 4 mit dem Einsatz 1 zur Deckung gebracht und die Verbundplatte 4 mit der oberen Außenschicht 6 nach unten auf den Einsatz 1 herabgesenkt. Dabei stützt sich die Verbundplatte 4 auf dem Tisch 3 ab, in dem sich die Gegensonotrode 2 befindet. Anschließend wird die Sonotrode 5 auf den Einsatz 1 gesetzt und Ultraschallenergie und Druck (durch die Masse der Sonotrode 5) zur Anwendung gebracht, so daß eine Schmelzverbindung zwischen dem thermoplastischen Werkstoff der oberen und unteren Außenschicht 6, 7 und des Einsatzes 1 entsteht. Die Gegensonotrode 2 und die Schweißsonotrode 5 sind Bestandteil des Ultraschallschweißgerätes. Die Schweißsonotrode 5 kann gegenüber dem Tisch 3 bewegt werden, wohingegen die Gegensonotrode 2 fest am Tisch 3 angebracht ist. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Ultraschallgerät der Reihe 900 des Herstellers BRANSON ULTRASONIC CORP., Danburry, Connecticut, USA, eingesetzt.
Die Bohrung 9 in der Platte 4 wird so hergestellt, daß dabei eine Bohrung mit senkrechten Bohrungswänden an den entsprechenden oberen und unteren Außenschichten 6 und 7 ohne Ablösung dieser Außenschichten entsteht. Um das zu erreichen, werden vor dem Herstellen der Bohrung vorzugsweise Platten aus PERSPEX-Glas auf die obere und untere Außenschicht 6, 7 der Platte 4 gelegt und anschließend eine Bohrung hergestellt, die zuerst durch die PERSPEX-Schicht, dann durch die Außenschicht 6, durch die Kernschicht 8, durch die Außenschicht 7 und schließlich durch die zweite PERSPEX-Platte führt. Nach dem Bohren werden die PERSPEX-Platten wieder entfernt. Auf gleiche Weise wird die Durchgangsbohrung 9 hergestellt.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Einsatzes 1, wie er in Fig. 1a dargestellt ist, in der Bohrung 9 vor dem Verschmelzen. Die Figur zeigt einen vergrößerten Zwischenraum 17a zwischen dem Einsatz 1 und der benachbarten Bohrungswand 6a der oberen Außenschicht, den Zwischenraum 17b, zwischen dem Einsatz 1 und der benachbarten Bohrungswand 7a der unteren Außenschicht und die als integrale Bestandteile ausgebildeten thermoplastischen Opferränder 13 und 17 des Einsatzes 1. Die Ränder 13 und 17 müssen so dimensioniert sein, daß ausreichend thermoplastischer Qpferwerkstoff vorhanden ist, um die Zwischenräume 17a und 17b auszufüllen und so das notwendige Volumen für die Schmelzverbindung zwischen den thermoplastischen Außenschichten und dem Einsatz zu liefern. Damit eine entsprechende Schmelzverbindung erreicht wird, ist eine genaue Paßeinheit von Einsatz 1 und Bohrung 9 notwendig.
In der derzeitig bevorzugten Ausführungsform des Einsatzes 1 besitzt der Rand 13 eine Höhe von 0,25 mm und eine Breite von 0,50 mm und der Rand 14 eine Höhe von 0,40 mm und eine Breite von 0,50 mm. Die Höhe der Bohrungswand 6a der oberen Außenschicht beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform 0,75 mm, und die Höhe der Bohrungswand 7a der unteren Außenschicht beträgt 0,5 mm. Die genaue Paßeinheit von Einsatz 1 und Bohrung 9 wird bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Bohrung 9 mit einem Bohrer, der einen um 0,2 mm größeren Durchmesser als der Einsatz besitzt, hergestellt wird.
Fig. 4a bis 4c zeigen die Schritte des Verfahrens zum Befestigen des thermoplastischen Einsatzes gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4a zeigt einen Querschnitt des Einsatzes 1, wie er erfindungsgemäß eingesetzt wird. Der Einsatz 1 wird mit der Oberseite nach unten gedreht und die Bohrung 10 mit dem Senkabschnitt 11 und dem Opferrand 13, der in Richtung Gegensonotrode 2 des Ultraschallschweißgerätes zeigt, mit dem Kopf 18 der Sonotrode 2 zur Deckung gebracht. Die Verbundplatte 4 wird ebenfalls umgedreht, so daß die obere Außenschicht 6 zum Tisch 3 zeigt und die Durchgangsbohrung 9 mit dem Einsatz 1 und dem Kopf 18 der Gegensonotrode 2 zur Deckung kommt. Die Sonotrode 5 des Ultraschallschweißgerätes, die Bohrung 9, der Einsatz 1 und die Gegensonotrode 2 werden aufeinander ausgerichtet. Der Einsatz 1 wird auf den Kopf 18 der Gegensonotrode 2 gesetzt, anschließend wird die Platte 4 so, wie es in Fig. 4b und 3 dargestellt ist, nach unten bewegt und dabei der Einsatz 1 eingesetzt. Da der Rand 13 auf dem unteren Teil des Kopfes 18 der Gegensonotrode 2 ruht, steht ein Teil des Einsatzes 1 an der Außenschicht 7 vor. Die Höhe des vorstehenden Teils entspricht der Gesamthöhe von Rand 13 und Rand 14. Wie in Fig. 4b dargestellt, wird die Sonotrode 5 nach unten bewegt und sitzt mit dem flachen massiven Unterteil 21 oben auf dem Rand 14 des Einsatzes 1. Bei Einwirkung von Ultraschallenergie läßt diese beide Ränder 13 und 14 weich werden, in den Zwischenraum 17a bzw. 17b fließen und mit der ebenfalls unter dem Einfluß der Ultraschallenergie und der Reibung zwischen dem Einsatz und dem thermoplastischen Werkstoff der Bohrungswand stehenden oberen Außenschicht 6 bzw. der unteren Außenschicht 7 verschmelzen.
Versuche mit verschiedenen Formen und Abmessungen der derzeit bevorzugten Ausführungsform des Einsatzes 1 von Fig. 1a haben ergeben, daß nur ein geringer Einfluß der Form und Ausführung des Kopfes 18 der Gegensonotrode 2 auf die erforderlichen Abmessungen des Randes 13 besteht. Der thermoplastische Opferwerkstoff des Randes 13 wird unter dem Einfluß der spezifischen Form des Kopfes 18 der Gegensonotrode 2 in wirksamer Weise in den Zwischenraum 17a geleitet. Das führt dazu, daß die erforderliche Abmessung des Randes 13 in der bevorzugten Ausführungsform kleiner als der Rand 14 ist. Der Kopf des Ultraschallschweißgerätes kann bei einem thermoplastischen Einsatz, der durch die Anwendung von Ultraschallenergie an den Außenschichten einer Verbundplatte befestigt werden soll, in der Tat auf die Form, Ausführung und Abmessung der Bohrung und eines eventuell vorhandenen Senkabschnitts zugeschnitten werden.
Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform besitzt der Einsatz 1 von Fig. la einen Senkabschnitt 11 in der Durchgangsbohrung 10 und ist die Gegensonotrode 2 passend dazu geformt; Durch diese spezifisch geformte Ausführung der Gegensonotrode 2 läßt sich der thermoplastische Opferwerkstoff des oberen Randes 13 während der Anwendung der Ultraschallenergie in bestimmte Richtungen leiten. Ein flaches massives Unterteil 21 der Sonotrode 5 wirkt hingegen nicht leitend, wobei dies zu der Notwendigkeit führt, mehr Opferwerkstoff im unteren Rand 14 vorzusehen, damit der Zwischenraum 17b ausgefüllt und eine Schmelzverbindung gebildet werden kann. Es leuchtet ein, daß dann, wenn das Unterteil 21 der Sonotrode 5 ebenfalls auf die Form, Ausführung und Abmessung der Bohrung des Einsatzes 1 zugeschnitten werden kann, ohne dabei das Ultraschallwellenbild nachteilig zu beeinflussen, der untere Rand 14 zweifellos ein kleineres Volumen besitzen könnte.
Fig. 4c zeigt den Einsatz 1 der in Fig. 1a dargestellten bevorzugten Ausführungsform, der in die Platte 4 eingesetzt wurde, vor dem Entfernen der Ultraschallarbeitsstation, die aus dem Tisch 3, der Gegensonotrode 2 und der Sonotrode 5 besteht.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der Verbund platte 4 mit einem eingesetzten Einsatz 1. Die Bereiche 15a und 14b veranschaulichen die Schmelzverbindung am Umfang zwischen dem Einsatz und der oberen Außenschicht 6 der Platte 4. In den Bereichen 16a und 16b ist die Schmelzverbindung zwischen dem Einsatz und der unteren Außenschicht 7 der Platte 4 dargestellt. Da der thermoplastische Werkstoff des Einsatzes 1 der gleiche ist wie der thermoplastische Werkstoff der Außenschichten 6, 7 der Platte 4, besteht die Verbindung zwischen dem Einsatz 1 und den Außenschichten 6, 7 aus geschmolzenem thermoplastischem Werkstoff, wobei keine deutliche Verbindungslinie sichtbar ist. Das wird dadurch veranschaulicht, daß der thermoplastische Werkstoff in der oberen Außenschicht 6, dem Körper 12 des Einsatzes 1 und der unteren Außenschicht 7 ohne Verbindungslinien zwischen den Außenschichten 6, 7 und dem Einsatz 1 durchgehend schraffiert dargestellt ist. Es ist wünschenswert, für den Einsatz und die Außenschichten den gleichen thermoplastischen Werkstoff zu verwenden, um eine einwandfreie Schmelzverbindung zu erhalten. Der Einsatz von Verstärkungsfasern ist wahlweise freigestellt. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform wurden beispielsweise PEI-Einsätze (PEI - Polyetherimid) mit PEI-faserverstärkten Außenschichten verschmolzen. Des weiteren wurden PEI-faserverstärkte Einsätze mit PEI-faserverstärkte Außenschichten verschmolzen. Schmelzverbindungen zwischen PEEK-Einsätzen (PEEK-Polyetheretherketon) und PEEK- Außenschichten, faserverstärkten PEEK-Außenschichten und nichtfaserverstärkten PEEK- Einsätzen sind ebenfalls möglich.
Für Fachleute auf diesem Gebiet wird es offensichtlich sein, daß bei der beschriebenen Erfindung zum Befestigen von thermoplastischen Einsätzen an den thermoplastischen Außenschichten einer Verbundplatte mit Hilfe von Ultraschallenergie verschiedene Modifizierungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne daß dabei vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird.

Claims

1. Verfahren zum Befestigen eines thermoplastischen Einsatzes (1), der in eine Durchgangsbohrung (9) in einer Verbundplatte (4) eingesetzt wird, die aus einer oberen und einer unteren faserverstärkten thermoplastischen Außenschicht (6, 7) und einer mittleren Kernschicht (8) besteht, an der oberen und unteren Außenschicht (6, 7) der Verbundplatte (4), wobei das Verfahren aus folgenden Schritten besteht:

- Bereitstellen eines thermoplastischen Einsatzes (1) mit einem als integraler Bestandteil ausgebildeten thermoplastischen Opferwerkstoff;

- Einsetzen des Einsatzes (1) in die Durchgangsbohrung (9) in der Platte (4); und

- Bereitstellen und Positionieren eines Ultraschallgerätes mit einer Sonotrode (5) und einer Gegensonotrode (2), dadurch gekennzeichnet, daß

- Ultraschallenergie so lange angewendet wird, bis der thermoplastische Opferwerkstoff des thermoplastischen Einsatzes (1) mit den Wänden (7a, 7b) der Bohrung in der thermoplastischen oberen und unteren Außenschicht (6, 7) der Verbundplatte (4) zu einer Schmelzverbindung verschmolzen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der als integraler Bestandteil ausgebildete thermoplastische Opferwerkstoff des Einsatzes (1) einen zylindrischen oberen Rand (13) besitzt, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Einsatzes (1) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der als integraler Bestandteil ausgebildete thermoplastische Opferwerkstoff des Einsatzes (1) einen zylindrischen unteren Rand (14) besitzt, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Einsatzes (1) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der thermoplastische Einsatz (1) des weiteren eine Durchgangsbohrung (10) zur Aufnahme eines Befestigungsmittels besitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Gegensonotrode (2) des Ultraschallschweißgerätes einen vorstehenden Kopf (18) besitzt, der mit der senkrechten Bohrung (10) des thermoplastischen Einsatzes (1) eine Paßeinheit bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Tisch (3) zur Aufnahme der Verbundplatte (4) während des Vorgangs des Befestigens des thermoplastischen Einsatzes (1) an der oberen und der unteren thermoplastischen Außenschicht (6, 7) der Verbundplatte (4) vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Einsatz (1) auf die Gegensonotrode (2) gesetzt und anschließend die Verbundplatte (4) mit der oberen Außenschicht (8) nach unten so auf die Gegensonotrode (2) und den Tisch (3) aufgelegt wird, daß dabei der Einsatz (1) in die Durchgangsbohrung (9) der Verbund platte (4) eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Einsatzwerkstoff dem Werkstoff der Außenschichten (6, 7) der Platte (4) entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Einsatz (1) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der thermoplastische Einsatz (1) aus PEI mit einem Glasfaseranteil von 30 % hergestellt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermoplastischen Außenschichten (6, 7) aus faserverstärktem PEI bestehen.