DE10022773A1 - Verfahren zur Demontage einer geklebten Verbundstruktur - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Demontage einer geklebten Verbundstruktur, insbesondere einer oberflächenmontierten Außenhaut- oder Tragstruktur im Fahrzeug-, Flugzeug- oder Schiffbau, aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil, das über eine Schicht oder ein Aggregat aus einem Klebstoff mit dem ersten Teil verbunden ist, wobei der Klebstoff und/oder angrenzende Bereiche des ersten und zweiten Teiles kurzzeitig intensiver elektromagnetischer Strahlung mit einem Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot mit lambda = 0,8 bis 1,5 mum ausgesetzt werden derart, daß mindestens in einem für den Bestand der Klebeverbindung maßgeblichen Bereich der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregats eine Zersetzungstemperatur von insbesondere 250 DEG C oder mehr entwickelt wird, bei der eine thermische Zersetzung des Klebstoffs abläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Demontage einer ge­ klebten Verbundstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Kleben hat sich als einfache, kostengünstige und zuver­ lässige Verbindungstechnik unzählige Anwendungsgebiete auf verschiedensten Gebieten der Technik erschlossen. Seit eini­ gen Jahren werden im großen Maßstab auch Metallteile mitein­ ander oder mit Teilen aus anderen Materialien verklebt, bei­ spielsweise in der Automobil- und Flugzeugproduktion. Hierfür kommen üblicherweise thermisch aktivierbare Klebstoffe, soge­ nannte Heiß- oder Schmelzkleber ("Hotmelts") zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um Ein- oder Zweikomponentensysteme, mit denen sich hohe Endfestigkeiten zu günstigen Kosten und mit einfachen und leicht automatisierbaren technologischen Abläufen erzielen lassen.

Problematisch sind die Klebetechnologien allerdings mit Blick auf umweltschutzrechtliche Anforderungen. Die sortenreine Trennung von recyclebaren Materialien stellt einen tenden­ ziell immer wichtiger werdenden Aspekt der umweltgerechten Entsorgung von hochwertigen Industrieprodukten dar. Speziell die in nächster Zeit wirksam werdenden Bestimmungen zum Um­ gang mit verschrottungsreifen Kraftfahrzeugen (EU-Altauto­ richtlinie) erfordern, daß fest miteinander verbundene Teile aus unterschiedlichen Materialien im Rahmen der Entsorgung wieder voneinander getrennt werden müssen.

Es sind verschiedene Lösungen zur Demontage von geklebten Verbundstrukturen bekannt, von denen diejenigen Verfahren die größte Verbreitung haben, bei denen die Klebeverbindung im wesentlichen durch mechanische Krafteinwirkung oder mit me­ chanisch wirkenden Werkzeugen aufgebrochen wird. Hierfür ist - entsprechend der im bestimmungsgemäßen Einsatz geforderten hohen Endfestigkeit solcher Verbindungen - ein erheblicher Energiebedarf und/oder der Einsatz von hochwertigen und gleichwohl einem hohen Verschleiß unterliegenden Werkzeugen erforderlich. Zudem sind diese Verfahren insofern selbst we­ nig umweltfreundlich, als sie mit beträchtlicher Schallemis­ sion verbunden sind.

Weiterhin ist es bekannt, Klebeverbindungen mit einem heißen Draht zu durchtrennen. Dieses Verfahren wird für geometrisch einfach konfigurierte Teile und Klebeverbindungen auch prak­ tiziert, ist aber für komplizierte Teilekonfigurationen kaum brauchbar und auch relativ störanfällig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein unaufwen­ diges, kostengünstiges und leicht an verschiedene Anwendungs­ situationen anpaßbares Verfahren der gattungsgemäßen Art an­ zugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, im In­ neren einer Klebstoffschicht bzw. eines Klebstoffaggregates eine zur Zersetzung des Klebstoffs ausreichende Temperatur ohne Zuhilfenahme eines heißen Drahtes (oder anderen Werk­ zeuges) zu erzeugen. Weiter schließt die Erfindung den Gedanken ein, hierzu energiereiche elektromagnetische Strahlung zu verwenden, für die die verwendeten Klebstoffe ver­ gleichsweise transparent sind, so daß die Strahlung gut in das Innere des Klebstoffs eindringen kann. Nach den Unter­ suchungen der Erfinder gilt dies insbesondere für Strahlung im Bereich des nahen Infrarots (NIR), also mit einer Wellen­ länge zwischen 0,8 und 1,5 µm.

Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, unmittelbar an­ grenzende Bereiche der zu fügenden Teile mit dieser Strahlung (NIR-Strahlung) und über diese Teile schließlich den Kleb­ stoff selbst zu erwärmen. Für viele Anwendungen besonders bevorzugt ist eine Kombination aus der zuerst erwähnten di­ rekten ("internen") und der zuletzt erwähnten indirekten ("externen") Erwärmung.

Eine bevorzugte Variante der Verfahrensführung besteht darin, daß praktisch das gesamte Klebstoffvolumen einer Klebstoff­ verbindung durch die Bestrahlung über die Zersetzungstempe­ ratur erhitzt und solange auf dieser gehalten wird, bis die ursprünglich verbundenen Teile sich voneinander lösen. Der dinaturierte Klebstoff kann dabei in Form eines Granulats oder Pulvers von den Teilen abfallen oder jedenfalls mit ge­ ringem Nachbearbeitungsaufwand entfernt werden.

In einer anderen Variante ist es aber ebenso möglich, nur ei­ nen Bereich des Klebstoffs über die Zersetzungstemperatur zu erwärmen, der dem einen der zu verbindenen Teile benachbart ist - oder auch eine mittlere, sich aber im wesentlichen über die gesamte Fläche der Klebeverbindung erstreckende Kleb­ stoffschicht. Hierbei lassen sich die Teile nach Zersetzung der erwähnten Klebstoffschicht voneinander lösen, wobei aber an mindestens einem Teil Klebstoffreste verbleiben.

Die Bestrahlung kann in vorteilhafter Weise unter im wesent­ lichen gleichzeitiger Einwirkung einer die verbundenen Teile tendenziell voneinander lösenden Kraft, insbesondere einer Zug- oder Scherkraft, ausgeführt werden. Dies ist insbeson­ dere für den zuletzt erwähnten Fall einer Zersetzung des Klebstoffs nicht im gesamten Volumen, sondern nur in einem Teilbereich, vorteilhaft.

Bei direkter Bestrahlung der Klebstoffschichten bzw. -aggre­ gate wird bevorzugt mit einer Leistungsdichte im Bereich zwischen 100 und 1000 kW/m², insbesondere zwischen 200 und 500 kW/m², gearbeitet. Handelt es sich bei den angrenzenden Bereichen der zu fügenden Teile um Metallflächen, so ist der Einsatz einer höheren Leistungsdichte im Bereich zwischen 500 kW/m² und 2 MW/m², insbesondere zwischen 1 MW/m² und 1,5 MW/m², zu bevorzugen.

Die Dauer der Bestrahlung liegt in Abhängigkeit von den Di­ mensionen, insbesondere der Dicke der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregats im Bereich zwischen 1 und 60 s, ins­ besondere zwischen 2 und 20 s. Diese Werte gelten für Kleb­ stoff-Schichtdicken im Bereich zwischen 2 und 10 mm bzw. lo­ kalisierte Klebstoffaggregate bis zu ca. 10 mm Durchmesser bzw. Kantenlänge.

Zur Erzeugung der NIR-Strahlung werden in besonders einfacher und kostengünstiger Weise weitgehend konventionelle Halogen­ lampen eingesetzt, die zur Einstellung des gewünschten Strah­ lungsspektrums insbesondere mit erhöhter Betriebstemperatur betrieben werden. In Abstimmung auf die Geometrie der zu zer­ störenden Klebstoffschicht werden Flächen- oder Linien- oder Punktstrahler oder eine Kombination aus solchen eingesetzt. Zweckmäßigerweise wird jeweils für eine bestimmte Anwendung eine der Geometrie der zu demontierenden Teile und der Klebstoffschichten- bzw. aggregate angepaßte Gesamt-Bestrahlungs­ geometrie entworfen und ausgeführt.

Die spektrale Zusammensetzung der Strahlung entspricht (wie oben bereits erwähnt) grundsätzlich in vorteilhafter Weise dem Anwendungszweck, sie ist aber insbesondere durch Änderung der Betriebstemperatur der Halogenlampe(n) auf die spezifi­ schen Absorptionseigenschaften des eingesetzten Klebstoffs - und wahlweise zusätzlich auf die Absorptionseigenschaften ei­ nes gegebenenfalls von der Strahlung teilweise durchdrungenen angrenzenden Teiles - einstellbar. Das Ziel besteht hierbei darin, eine im wesentlichen gleichmäßige Durchwärmung der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregates in kürzester Zeit zu erreichen.

Eine praktisch bedeutsame Variante stellt die abtastende "schrittweise" Zerstörung von langgestreckten Klebstoffspuren dar, wie sie beispielsweise längs größerer Karosserieteile vorkommen. Dabei wird die Bestrahlungseinrichtung insbeson­ dere koordinatengesteuert dem Verlauf der Klebstoffspur nach­ geführt oder umgekehrt der vorgefügte Verbund aus dem ersten und zweiten Teil gesteuert an der Bestrahlungseinrichtung entlanggeführt.

Die thermische Effizienz des Verfahrens kann erhöht und die Behandlungsdauer damit nochmals verkürzt werden, indem min­ destens eines der zu trennenden Teile in dem den Klebstoff­ auftrag benachbarten Bereich vorgewärmt und somit der Wärme­ abfluß während der NIR-Bestrahlung verringert wird.

Bei der Verbindung von zwei Metallteilen miteinander (bei­ spielsweise zweier Karosserieteile oder eines Karosserie- und eines Fahrgestellteiles eines Kraftfahrzeuges) ergibt sich eine besonders vorteilhafte Verfahrensführung, wenn die bei­ den Teile einander längs einer vorgesehenen Verbindungslinie nicht vollständig überlappen und angrenzend an den freiblei­ benden Bereich eine Klebstoffspur oder Klebstoffaggregate oder Abschnitte einer ausgedehnteren Klebstoffschicht vorge­ sehen sind, die vom freibleibenden Bereich aus sichtbar bzw. zugänglich sind. Auf diese Klebezonen wird die Strahlung zur Demontage der Teile ausgerichtet, um dort eine Zersetzung des Klebstoffs zu bewirken und die Festigkeit der Klebverbindung zumindest erheblich herabzusetzen.

Sowohl hierbei als auch in Ausführungen, bei denen nur eines der zu fügenden Teile aus Metall besteht, ist weiterhin eine Verfahrensführung von Vorteil, bei der eine Reflexion eines Teils der NIR-Strahlung durch eine an die Klebstoffschicht angrenzende metallische Oberfläche bewirkt und zur Vergrö­ ßerung der Strahlungsdichte innerhalb des Klebstoffs ausge­ nutzt wird. Hierdurch kann beispielsweise bei der erwähnten Konfiguration zweier nicht vollständig überlappender Metall­ teile seitlich eingestrahlte NIR-Strahlung bei geeignetem Einstrahlungswinkel durch Mehrfachreflexionen relativ weit in den Zwischenraum zwischen beiden Teilen und die dort befind­ liche Klebstoffschicht hinein transportiert werden, so daß eine Denaturierung des Klebers keineswegs nur im äußersten Kantenbereich, sondern auch noch in beträchtlichem Abstand von diesem erreicht werden kann.

Bei Anwendungen, wo ein metallisches erstes Teil von einem aus Kunststoff oder Glas bestehenden, insbesondere großflä­ chigen, zweiten Teil getrennt werden muß, kann eine solche Positionierung des Verbundes - relativ zur Bestrahlungsein­ richtung zweckmäßig sein, daß das zweite Teil mindestens teilweise von der Strahlung durchsetzt wird, bevor diese auf den Klebstoff trifft. Hierbei kann der Umstand ausgenutzt werden, daß die Absorptionseigenschaften des Kunststoff- oder Glasteils sich von denjenigen des Klebstoffs erheblich unter­ scheiden können, so daß die NIR-Strahlung das Kunststoffteil ohne nennenswerte Absorption und somit ohne übermäßige Er­ hitzung desselben durchdringen kann.

Eine praktisch relevante Anwendung stellt die auf NIR-Strah­ lung beruhende Demontage einer Kraftfahrzeug-Windschutzschei­ be dar. Hier ist im übrigen auch der oben erwähnte Anwen­ dungsfall gegeben, bei dem ein Abtasten einer Klebstoffspur zu deren schrittweiser Zerstörung erfolgen kann. Andererseits kann bei dieser Anwendung auch eine geeignet geformte Strah­ lerkonfiguration (primär Linienstrahler) in statischer Weise zum Einsatz kommen.

Eine Einstellung der Strahlungsleistung der Bestrahlungsein­ richtung erfolgt zweckmäßigerweise durch Variation des Ab­ standes zwischen der Strahlungsquelle und der Klebstoff­ schicht bzw. dem Klebstoffaggregat. Grundsätzlich ist eine Einstellung auch über die Änderung der Betriebsspannung und temperatur der vorzugsweise eingesetzten Halogenlampen mög­ lich. Hiermit wird aber zugleich das Emissionsspektrum verän­ dert - was im Hinblick auf die vorteilhafte Abstimmung auf die Absorptionseigenschaften des Klebstoffs unerwünscht sein kann.

Bei den mit den vorgeschlagenen Verfahren demontierbaren Klebstoffsystemen handelt es sich um bekannte und handelsüb­ liche Systeme vom thermisch vernetzenden Typ, insbesondere auf PU- oder Epoxidbasis. Gleichwohl kann die Entwicklung von unter Recyclingaspekten speziell auf die Emissionsspektren der bevorzugt als Strahlungsquellen eingesetzten Halogenlam­ pen abgestimmten Systemen sinnvoll sein.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschrie­ benen Anwendungsbeispiele und Aspekte beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen derselben sowie weiteren Anwendungen möglich.

Claims (14)

1. Verfahren zur Demontage einer geklebten Verbundstruktur, insbesondere einer oberflächenmontierten Außenhaut- oder Tragstruktur im Fahrzeug-, Flugzeug- oder Schiffbau, aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil, das über eine Schicht oder ein Aggregat aus einem Klebstoff mit dem ersten Teil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff und/oder angrenzende Bereiche des ersten und zweiten Teiles kurzzeitig intensiver elektromagneti­ scher Strahlung mit einem Wirkanteil im Bereich des na­ hen Infrarot mit λ = 0,8 bis 1,5 µm ausgesetzt werden der­ art, daß mindestens in einem für den Bestand der Klebe­ verbindung maßgeblichen Bereich der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregats eine Zersetzungstemperatur von insbesondere 250°C oder mehr entwickelt wird, bei der eine thermische Zersetzung des Klebstoffs abläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Strahlung eine, insbesondere mit er­ höhter Betriebstemperatur betriebene, Halogenlampe ein­ gesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das erste Teil ein Metallteil ist und die Strahlung so ausgerichtet wird, daß eine Reflexion an der der Klebstoffschicht benachbarten Oberfläche des ersten Teils im wesentlichen in die Klebstoffschicht hinein erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das zweite Teil ein Kunststoffteil ist und die Strahlung so ausgerichtet wird, daß sie dieses Teil mindestens abschnittsweise durchsetzt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Zusammensetzung der Strahlung in Abstim­ mung auf die Absorptionseigenschaften des Klebstoffs und wahlweise des zweiten Teils derart eingestellt wird, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Durchwärmung über die Schichtdicke des Klebstoffs erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Strahlungsleistung der Abstand zwi­ schen der Strahlungsquelle und der Klebstoffschicht bzw. dem Klebstoffaggregat variiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff mit einer Leistungsdichte im Bereich zwi­ schen 100 und 1000 kW/m², insbesondere zwischen 200 und 500 kW/m², oder eine angrenzende Metallfläche mit einer Leistungsdichte im Bereich zwischen 500 kW/m² und 2 MW/m², insbesondere zwischen 1 MW/m² und 1,5 MW/m², bestrahlt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Bestrahlung in Abhängigkeit von den Dimen­ sionen, insbesondere von der Dicke, der Klebstoffschicht auf eine Zeit zwischen 1 und 60 s, insbesondere zwischen 2 und 20 s, eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abstimmung auf die Geometrie der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregats ein Flächen- oder Linien- oder Punktstrahler oder eine Kombination aus solchen zur Bestrahlung des Klebstoffs eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine langgestreckte Klebstoffspur längs ihrer Erstre­ ckung in abtastender Weise fortschreitend der Strahlung ausgesetzt wird, wobei eine koordinatengesteuert dem Verlauf der Klebstoffspur nachführbare Bestrahlungsein­ richtung eingesetzt wird oder das gefügte erste und zweite Teil an der Bestrahlungseinrichtung entlang ge­ führt werden.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Bestrahlung des Klebstoffs das erste und/oder zweite Teil vorgewärmt wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das gesamte Volumen der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregats auf die Zersetzungstempera­ tur erwärmt und solange auf dieser gehalten wird, bis im wesentlichen der gesamte Klebstoff zersetzt ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem ersten oder zweiten Teil benachbarter Randbe­ reich der Klebstoffschicht bzw. des Klebstoffaggregats auf die Zersetzungstemperatur erwärmt und nur solange auf dieser gehalten wird, bis sich das entsprechende Teil von der verbleibenden Klebstoffschicht bzw. dem verbleibenden Klebstoffaggregat ablöst oder ablösen läßt.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das erste oder zweite Teil im wesentlichen während der Bestrahlung eine Zug- oder Scherkraft ausgeübt wird.