CN105102136A - 形成密封的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及形成密封(7)的方法，其中将密封化合物(6)通过定量给料装置(4)以在工件(11)与定量给料装置(4)之间的相对运动(10)施用到工件(11)上，并且，其中，在施用密封化合物(6)之前，将待使用密封化合物(6)的工件(11)的施用区域通过加热装置(2)以在工件(11)和加热装置(2)之间的相对运动(10)加热。

Description

形成密封的方法
本发明涉及用于密封粘合剂和密封接缝的方法，特别是在机动车辆领域中。应提到的应用包括折边边缘的粘结和密封，其还作为以下技术术语为人所知：例如细接缝密封、粗接缝密封和汽车车身的结构粘接接缝以及附件的衬里。
在机动车辆结构内的折边边缘密封的情况下，例如，通常将密封粘合剂或密封剂的小滴(bead)以可固化材料的形式置于所述折边的向外开口区域上方，其在金属板的第一固化过程中在可固化化合物的区域中胶凝，然后在下游固化过程中完全固化。特别地，聚氯乙烯(PVC)用作此处的可固化化合物。
例如，DE102006006848A1公开了用于制备工件的折边粘接接缝的方法和装置，其中，粘接粘合剂(bondingadhesive)以线状施用到第一工件的开口折边内，并且基本上在同一时间，至少一种密封粘合剂以另一线状额外地施用到所述粘接粘合剂的线的旁边，所述密封粘合剂用于在折边在另一工件的边缘周围闭合时密封折边粘接接缝。然而，在许多情况下，空气被捕获在折边边缘中的密封粘合剂下，其在随后的固化中膨胀并形成外部可见气泡。气泡不仅对外观产生不利的影响，还在密封内形成允许腐蚀作用的薄弱点。
为了消除此问题，EP1041130A1公开了用于密封汽车车身部分的方法，特别是用于折边边缘密封车辆附件，例如门、后备箱盖或发动机罩，或滑动天窗盖。该方法基于汽车白车身内的密封化合物的两步预交联过程。在第一步骤中，紫外线活性密封化合物的表面通过紫外(UV)照射被预交联，并且在紧跟其后的第二步骤中，折边边缘粘合剂和密封化合物在热的作用下被部分固化。其目的特别在于防止捕获的空气气泡导致的密封的裂开。然而，这种方法可能较为复杂，并且在某些情况下还引起额外的成本。
此外，EP1186642A1公开了特殊的双组分系统，其适合于内衬、折边边缘粘接和密封车身部分，其特别适合于车辆附件的折边边缘粘接，并且还公开了用于密封汽车车身部分的方法。在预定的循环时间内，所描述的双组分系统达到在汽车车身上安装附件所需的触摸干度，并且通过阳离子电泳浸涂步骤之后，作为密封化合物的两步交联过程的结果，达到制备工序所必需的强度和尺寸精度。其目的特别在于防止捕获的空气气泡导致的密封的裂开。然而，这种方法可能非常复杂和/或在某些情况下引起成本的增加。这里使用的特殊双组分系统导致额外的成本，并且可能使得操作更加困难。
因此，本发明的目的是提供用于密封粘合剂和密封接缝的方法，该方法降低了由于捕获气体或液体引起的起泡。
所述目的通过主权利要求的特征来实现。
本发明的有利实施方案在从属权利要求中描述。
本发明的基本思想是利用一种方法，在该方法中，将密封化合物通过定量给料装置以在工件和所述定量给料装置之间的相对运动施用到工件的施用区域，，并且，在该方法中，在施用所述密封化合物之前，将待施用密封化合物的工件的施用区域通过加热装置以在所述工件和所述加热装置之间的相对运动进行加热，其中，密封化合物的施用优选通过所述定量给料装置在所述施用区域的加热状态下进行。
根据本发明的方法的优选用于机动车辆工业，例如在机动车辆的结构中对折边边缘的接缝进行密封或防漏的时候。密封化合物，特别是以可固化材料的形式，通常放置在折边的向外开口区域上，例如以小滴的形式，在施用以后，其在一个或多个固化步骤中固化，特别是通过热的作用。密封化合物可包含塑溶胶作为基本成分。特别地，这些塑溶胶可以是PVC塑溶胶，例如它们在DE1769325A或DE2200022A中被描述。当然，还可以想到使用其它合适的密封化合物，特别是已经被用于机动车辆密封目的的那些。
正如在本文开始时所述，捕获的空气气泡的问题特别在所述的密封中是可以预期的，特别是在接缝密封中。虽然已知的方法都意在用特别硬的密封化合物覆盖捕获的气泡，例如，以使这些气泡不再能够冲破密封剂，根据本发明的方法的目的是减少捕获的空气体积和/或残留水分，以防止进一步的问题，例如冲破所述密封。因此，根据本发明的方法是针对最小化或甚至消除所述缺陷本身的来源，而不是隐藏其症状。完全实施该新方法后，可以显著降低进行接缝密封的质量控制的开支。此外，可以免除接缝密封中原有缺损部分(formerlyfaultysection)的复杂的人工改造。使用该新方法时，制备过程可以被显著简化，质量被提高。此外，该新方法还可以在现有生产线上实施而无需重大的投资。
根据本发明的方法的基本核心提供工件(也即，例如，机动车门的折边边缘)，在施用区域(也即，密封化合物的施用位置)施用所述密封化合物前即刻通过加热装置加热，以这种方式，残留在折边边缘内的空气量被加热以便实现空气密度的变化。在此加热过程中，残留空气量的密度因此减小，因为如此加热的部分空气量在折边的向外开口区域方向上逃逸。此后，当工件仍处于热和不完全冷却状态时，密封化合物经由定量给料装置被施用到密封化合物的施用位置的区域内。所述施用应该发生在这样的时间点：在此时空气量仍被加热，以至于它处于密度较低且部分空气量已经逃逸的状态下。因此，密封化合物的施用在残留空气量仍处于热状态时发生。从而残留空气量在密度较低的状态下被密封化合物包封。包封优选以这种方式发生：使得来自外部的空气无法进入被密封化合物包封的残留空气量中。
所述加热装置优选地被如此配置并且所述方法的步骤优选地被如此设计：使得施用区域的加热在80℃-180℃范围内的温度下发生。在此范围内，残留在折边内的空气量可以被充分地加热以实现密度的所述变化。此外，施用区域本身的负荷或已被用在折边内的粘合剂和/或密封剂的损害可以被排除或至少被最小化。作为替代或者另外地，已证明特别有利的是以这样的方式配置和彼此匹配加热装置和定量给料装置以及设计所述方法的步骤：使得在施用密封化合物之前加热施用区域，使得后续的密封化合物的施用在这个施用区域内进行，其中施用区域在施用过程中具有80℃-180℃范围内的温度。因此，当密封化合物被施用时，可以确保残留在折边内的空气量的温度仍然充分热，并仍具有所需的密度。当采用的施用区域被加热的温度的第一范围时，已证明对于密封化合物在施用区域的温度仅仅是略低时的时间点或者在此时间段内被施用到施用区域特别有用。几摄氏度(例如5℃)的温度差可以证明对此目的有用。
通过适当地选择工艺参数，根据本发明的方法因此允许在折边边缘内残留的空气量通过在施用密封化合物之前即刻在施用区域(也即，密封化合物的施用位置的区域)内对工件的所描述的加热而优选足够地减少，从而最小化或降低由于空气量的密度变化(例如在工件的后期加热过程中，特别是在温度控制炉中)导致的密封化合物的破坏或变形的风险。通过适当地选择参数，根据本发明的方法还允许省去密封化合物的预胶凝(所述预胶凝在用已知方法中用于确保可靠的密封)。
如果除了空气量之外，或另外地或可替代地，残留水分也遗留在折边边缘内，通过使用加热装置加热施用区域，可同样地被除去，或至少被减少，也即，在施用密封化合物之前即刻加热密封化合物的施用位置。
正如在本文开始时所描述的，所述工件(更精确地，密封化合物的施用位置)被在工件和加热装置之间的相对运动加热。根据本发明，所述密封化合物同样地由工件与在这种情况下的定量给料装置之间的相对运动施用。已证明对于此目的特别有利的是加热装置优选以限定的和恒定的距离领先于定量给料装置。
在本发明的有利的改进中，相对运动至少局部地在一方面所述工件和另一方面由所述加热装置和定量给料装置组成的密封单元之间进行。例如，因此所述定量给料装置和所述加热装置可一起作为密封单元经历与所述工件或者相对于所述工件的相对运动，特别是至少局部地或部分地，以主要相对运动或基本方向。所述工件的运动、所述密封单元的运动，或者所述工件或所述密封单元的运动是可以想到的。
特别地，密封单元应被理解为是指这样的单元：其提供被固定地连接的所述加热装置和所述定量给料装置，以便在相对运动期间，加热装置优选以限定的和恒定的距离领先于定量给料装置，以确保在施用密封化合物之前即刻加热所述施用区域。当然，还可以设想，为了使距离可调，特别地使用适当的机械、机电或气动致动装置。
另一方面，所述密封单元还可以被理解为是指作为完全分开的或彼此分离的两个元件的加热装置和定量给料装置，但是它们执行相同或基本相同的相对于所述工件的相对运动，以便确保所述密封化合物的施用位置在施用密封化合物之前即刻加热。
此外，可以想象的是，虽然加热装置和定量给料装置基本上经历相对于所述工件的同样的主要相对运动，所描述的这两个装置之一或者两者，都受到除了主要相对运动之外的相对于所述工件的其它相对运动。例如，加热装置和/或定量给料装置可以经历除了主要相对运动之外的一种或多种次要相对运动，在此期间，例如密封化合物的施用也可发生。例如，特别地，加热装置和/或定量给料装置可以经历或受到主要相对运动周围的环形或弯曲的次要相对运动。
一方面，所述工件可以运动，或者在另一方面，加热装置和定量给料装置，或者两种装置一起作为密封单元可以运动。一方面，加热装置和定量给料装置，或两个装置一起作为密封单元可以是静止的，或者在另一方面，所述工件固定或者运动，在每一种情况下运动部分在偏离方向上。
在有利的改进中，主要相对运动在100mm/s-350mm/s的范围内进行，优选150mm/s-300mm/s的范围内，以使所述工件在加热装置的加热区域内停留尽可能短的时间，特别是在0.1-0.6s的范围内，例如，特别是也由于加热装置的合适的配置。例如，可以设想包括加热装置以及与加热装置有固定的距离的定量给料装置的密封单元，例如，相对于工件以250mm/s的进料速率运动，例如在这种情况下所述工件不运动。
根据本发明的方法优选被用于汽车车身板材的粘接折边接缝，优选用于内板与外板的接合，例如在机动车辆的门和/或盖上的内板与外板。
在一项有利的改进中，使用可感应加热的工件，特别是由钢或铝制成，其中，所述加热装置包括至少一个电感器，用于感应加热所述工件。优选地，使用在70kHz-200kHz范围内、特别优选在150kHz-180kHz范围内的频率操作的电感器。此外，可能有利的是使用具有在4kW-20kW的范围内、特别优选8kW-18kW的范围内的输出的电感器，例如在所示的示例性实施方案中为18kW。在有利的实施方案中，所述电感器另外被液体冷却，特别是通过水乳液。
在一项有利的改进中，在加热过程中，从加热装置(特别是从所述加热装置的热输出区域或者所述加热装置的热触发区域或者所述加热装置的加热有效表面或者加热装置的位于与施用区域相对的区域，特别是电感器)到工件(特别是到被加热的施用区域)的距离在0.2cm-2cm的范围内，特别优选在0.4cm-0.8cm的范围内，例如，在所示的示例性实施方案中为0.5cm。
在本方法的有利的改进中，提供的是，在相对运动过程中，加热装置同时还以0.1s-6s范围内的时间间隔领先于用于施用密封化合物的定量给料装置或定量给料装置的喷嘴。这可能是特别有利的，因为已经在生产线上使用现有的硬件也可以用于该新方法而无需较大开支，例如，在用于密封、尤其是用于接缝密封的相应施用机器人也可以引导用于加热的加热装置，其特别包括电感器。通过使用这些有利的、优选较短的滞后时间，能够避免加热后的施用区域的冷却，使得可以在施用区域的温度仍然足够的时候施用密封化合物。
在所述方法的一项有利的改进中，提供的是，特别地这样选择相对运动并如此配置所述加热装置，使得在0.1s-0.8s、特别是在0.1s-0.3s范围内的时间段中，施用区域位于加热装置的有效加热表面或有效加热区域内。这可以被理解为是指在影响温度升高意义(也即所述工件的施用区域的加热)内的温度的加热装置周围的区域或空间。以这种方式，可以避免例如工件过热和工件损坏或者工件的损害。
特别是对于将加热装置连接到现有的生产线，可以进一步证明有利的是给加热装置配备总线接口，特别是Profibus，或者实时以太网接口(realtimeEthernetinterface)。
本发明的进一步的基本思想是使用在工件上或者在工件处形成密封的密封单元，所述密封单元包括用于施用密封化合物的定量给料装置以及用于在施用密封化合物之前加热工件的加热装置。例如，这种密封单元适合于上述方法。定量给料装置、加热装置以及密封单元的上述有利的实施方案也可以被用作本申请的优选实施方案从而补充与装置有关的部分。
进一步的优点是，定量给料装置和加热装置以这样的方式相连接，以便在密封单元和工件之间的相对运动期间保持定量给料装置和加热装置之间的限定的距离。例如，这可以通过将上述密封单元在所述方法的范围内配置来实现。特别是，也可以提供加热装置和定量给料装置的固定连接，从而使加热装置在相对运动过程中以固定的距离领先于定量给料装置，以便确保在施用密封化合物之前即刻加热施用区域。当然，还可以设想距离可调，特别是使用适当的机械、机电或气动致动装置。
在一项有利的改进中，密封单元的加热装置包括至少一个用于感应加热可感应加热的工件的电感器。特别地，所述电感器可以具有上述输出和频率方面的优选特性。所述电感器另外还可以用液体冷却，特别是通过水乳液。已经证明特别有利的是使用环形电感器或线性电感器或多边形电感器。在一项有利的改进中，附加地或替代地提供电感器被设计为可替换的(exchangeable)。
进一步的优点是利用一个或多个多轴机器人，在其一条或多条臂处设置定量给料装置和加热装置。特别是对于将加热装置连接到现有的生产线，可以进一步有利的是为机器人或加热装置和/或定量给料装置本身配备总线接口，特别是Profibus，或者实时以太网接口。
通过基于优选的示例性实施方案的实施例，在下文中详细地描述根据本发明的方法和根据本发明的密封单元。
在附图中：
图1显示用于进行根据本发明的方法的根据本发明的工件的截面图以及密封单元的侧视图；并且
图2显示根据本发明的方法进行时的图1中的密封单元的正视图。
图1显示用于进行根据本发明的形成密封7的方法的根据本发明的工件11的截面图以及密封单元1的侧视图。在所示的示例性实施方案中，密封单元1和所述方法被用于机动车结构中的折边边缘密封。工件11是机动车辆的门的外面板12，其通过折边13弯曲围绕内面板14。折边边缘粘合剂17被设置在折边13的区域内，并且在折边前在理想情况下以充满整个折边区域的量施用。通过喷涂法，密封化合物6被施用在外折边区域以及外面板16的自由边缘15上，密封化合物作为密封7覆盖外折边区域以及特别是所述自由边缘15。然而，如图1中所示，在生产折边边缘的过程中，折边13的边缘侧区域内可能出现空腔，特别是由于折边边缘粘合剂17的量不足，所述空腔导致在施用密封化合物6时的捕获空气18，所述空气可能膨胀并冲破密封7。根据本发明的方法以及根据本发明的施用单元1被用来防止这种情况。
用于在工件11上形成密封7的密封单元1包括用于施用密封化合物6的定量给料装置4和用于在施用密封化合物6之前即刻加热所述工件11的其上施用密封化合物6的施用区域的加热装置2。定量给料装置4包括：用于将密封化合物6施用到外折边区域的施用喷嘴5，其中密封化合物6的施用是通过定量给料装置4和工件11之间的相对运动进行的。在所示的示例性实施方案中，工件11被用于该目的的在示出的施用位置内的机器人臂(未示出)保持，其中，设置另一条多轴机器人臂9，在其上通过保持装置8安装定量给料装置4，并且，通过机器人臂9定量给料装置4可以相对于工件11在运动方向10上运动，以施用密封化合物6。然而，作为替代或另外地，还可以想到工件11借助于上述机器人臂可特别地相对于施用单元1运动。
定量给料装置4，特别是施用喷嘴5被如此配置，使得不仅不同的密封化合物6被施用，还可以选择不同的施用类型。例如，密封化合物6可以作为小滴施用或喷施，然而，如所示出的，也可以想到采用施用喷射器的的薄层喷射喷施(thinjetspraying)。
此外，提供用于加热工件11的施用区域的加热装置2，以对所施用的密封化合物6的损害被最小化的方式处理和影响潜在捕获空气18。加热装置同样地通过保持装置8被安装在机器人臂9上。加热装置2和定量给料装置4被以这样的方式设置，使得工件11上的密封化合物6的施用区域在该密封化合物6施用之前即刻被加热。加热装置2包括用于此目的的电感器3，以感应加热工件11的施用区域。电感器3的输出为18kW，其频率为180kHz。此外，提供液体冷却系统(未示出)用于冷却电感器3，其中所使用的冷却液体是水乳液。设置密封单元1并且在运动方向10上相对于工件11以这样的方式运动，使得在工件11的加热过程中，电感器3位于距离工件11的外表面(也即，在自由边缘15的区域内朝向电感器3的外面板16的侧面)约0.5cm的恒定距离处。此外，选择电感器3并且密封单元1在运动方向10上以优选恒定速度相对于工件11运动，其方式使得工件11的施用区域位于电感器3的区域内，所述电感器仅在大约0.3s的时间段内对于加热施用区域是有效的，或者换一种更好的说法，待加热的施用区域的每个位置暴露于加热装置2的加热仅仅是约0.3s。密封单元1相对于工件11(其在这种情况下不运动)在大约250mm/s的进料速率下运动。因此，工件11在施用区域内借助于电感器3被直接加热，从而间接地加热存在于那里的空气量。工件11被加热到约为140℃的温度，这导致空气量的相同的或至少类似的温度。由于加热，残留的空气量的密度降低，因为部分被加热的空气量在折边13的区域的方向上逃逸，所述折边在外侧折边区域和自由边缘15方向上仍然是开口的。如果，除了该空气量之外，残留水分遗留在空腔中，其可同样地通过在施用密封化合物6之前即刻加热施用区域(也即，密封化合物6的施用位置)而被除去或至少被减少。此后，当工件11仍然处于热而不是完全冷却的状态下时，密封化合物6通过定量给料装置4被施用于施用区域并形成所示的密封7。
定量给料装置4和保持装置8上的加热装置2之间的距离以及密封单元1在运动方向10上的速度被如此设定，使得在此处，加热装置2，或者说电感器3的用于加热施用区域的有效区域，在运动方向10上密封单元1的运动期间，同时以0.3s的间隔领先于定量给料装置4。通过这种方式，能够避免加热后的施用区域的冷却，从而在施用区域的温度仍然足够时可以施用密封化合物6。因此，密封化合物6在残留的空气量仍被加热时被施用，从而使残留的空气量在较低密度的状态下被密封化合物6包封。因此，减少的捕获空气18被保留并被密封7包封，其中可以防止密封7在以后的方法步骤中由于捕获空气18中减少的空气量的膨胀而被冲破。优选地，密封7的包封以这种方式发生，使得来自外部的空气不能够渗入捕获空气18。
图2显示在进行根据本发明的形成密封7的方法时，折边13的端面的俯视图与图1的密封单元1的对应的正视图。显而易见的是，包括电感器3的加热装置2以及包括施用喷嘴5的定量给料装置4两者均被经由保持装置8附接到多轴机器人臂9上。因此，加热装置2与定量给料装置4作为一个单元在运动方向10上运动，其中，加热装置2和定量给料装置4是刚性的，并在相对于它们的位置的位移期间被彼此固定，从而在密封单元1和工件11之间的相对运动期间能够保持加热装置2与定量给料装置4之间的限定的距离。此外，配置保持装置8，一方面使得用于所述方法的这些组件的固定成为可能，另一方面，使得加热装置2和定量给料装置4之间的距离使用线性驱动器或类似的机械辅助而可变，特别是，从而适应密封单元(例如在工件11变化时)并且设计它以便灵活运用。
在密封单元1的在运动方向10上相对于工件11运动期间，用于施用密封化合物6的工件11的施用区域7可以在施用密封化合物6之前即刻通过电感器3加热，从而使得折边边缘内残留的空气量被加热以获得上述的空气密度的变化。如果除了此空气量之外或可替代地，残留水分也遗留在折边边缘内，其可同样地通过在施用密封化合物6之前即刻用加热装置2加热施用区域而被除去或至少被减少。
不言而喻，如上所述，在运动方向12上的替代或附加的工件的运动也是可能的。由于密封单元1的恒定运动以及加热装置2和施用单元4之间的限定距离，密封化合物6的施用(例如使用上述参数)通过经由施用喷嘴5的施用喷射器，在施用区域仍然热并且尚未充分冷却的状态下，施用密封化合物6。因此，在残留的空气量仍被加热时，施用密封化合物6，因此空气量在密度较低的状态下被密封7包封。因此，根据本发明的方法涉及最小化或甚至消除缺陷本身的来源，而不是隐藏其症状。以这种方式，完全实施该新方法后，进行接缝密封的质量控制的开支因此可以被显著降低，并且可以免除接缝密封中原有缺损部分的复杂的人工改造。
附图标记
1密封单元
2加热装置
3电感器
4定量给料装置
5施用喷嘴
6密封化合物
7密封
8保持装置
9机器人臂
10施用单元的运动方向
11工件
12工件的运动方向
13折边
14内面板
15自由边缘
16外面板
17折边边缘粘合剂
18捕获空气

Claims (10)

1.用于形成密封(7)的方法，其中，将密封化合物(6)通过定量给料装置(4)以在工件(11)与定量给料装置(4)之间的相对运动(10)施用到工件(11)上，并且，其中在施用所述密封化合物(7)之前，将待施用密封化合物(6)的工件(11)的施用区域通过加热装置(2)以在工件(11)和加热装置(2)之间的相对运动(10)加热。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述相对运动至少局部地在一方面工件(11)和另一方面加热装置(2)与定量给料装置(4)一起作为密封单元(1)之间进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于用于在汽车车身板材(11)上的折边接缝(13)的密封(7)中。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于用于在机动车门或机动车车顶的内面板以及外面板的折边接缝(13)的密封(7)中。
5.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于使用可感应加热的工件(11)，并且加热装置(2)包括至少一个用于感应加热工件(11)的电感器(3)。
6.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于在相对运动过程中，加热装置(2)同时以0.1s-6s范围内的间隔领先于用于施用密封化合物(6)的定量给料装置(4)或定量给料装置(4)的喷嘴(5)。
7.用于在工件(11)上形成密封(7)的密封单元(1)，其包括用于施用密封化合物(6)的定量给料装置(4)以及用于在施用密封化合物(6)之前加热工件(11)或工件(11)的施用区域的加热装置(2)。
8.如权利要求7所述的密封单元(1)，其特征在于，定量给料装置(4)和加热装置(2)能够以这样的方式彼此连接：使得在密封单元(1)与工件(11)之间的相对运动过程中定量给料装置(4)与加热装置(2)之间维持限定的距离。
9.如权利要求7或8所述的密封单元(1)，其特征在于加热装置(2)包括至少一个用于对可感应加热的工件(11)进行感应加热的电感器(3)。
10.如权利要求7至9中的任一项所述的密封单元(1)，其特征在于，定量给料装置(4)与加热装置(2)设置在多轴机器人的臂(9)上。
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