DE10105893A1 - Verbundkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Verbundkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

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Juergen Hackenberg
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Abstract

Es wird ein Verbundkörper mit einem ersten Fügeteil (10, 12, 15) und einem zweiten Fügeteil (10, 12, 15) vorgeschlagen, die in einem Fügebereich mit einem Klebstoff (13) miteinander verklebt sind, in dem die Oberfläche mindestens eines der verklebten Fügeteile (15) mindestens eine mikrostrukturierte Ausnehmung (20) aufweist. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundkörpers vorgeschlagen, wobei in die Oberfläche mindestens eines der Fügeteile (10, 12, 15) in dem Fügebereich mindestens eine mikrostrukturierte Ausnehmung (11, 20), insbesondere mittels Laserbestrahlung, eingebracht wird, danach ein Klebstoff (13) auf die Oberfläche des Fügeteils (10, 12, 15) aufgetragen wird und schließlich die Fügeteile (10, 12, 15) miteinander verklebt werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach der Gattung der unabhängigen An­ sprüche.
Bei dem Verkleben von Kunststoffbauteilen oder Metallbautei­ len ist bekannt, zur Steigerung der Klebkraft im Rahmen ei­ ner Vorbehandlung zunächst eine flächige Behandlung der mit­ einander zu verklebenden Fügeteile vorzunehmen. Diese flä­ chige Behandlung kann ein Reinigen bzw. ein Entfetten und/oder ein Entschichten sein.
Weiter ist bereits bekannt, im Rahmen dieser Vorbehandlung eine Oberflächenvergrößerung der miteinander zu verklebenden Fügeteile vorzunehmen. So wird in DE 195 23 900 C1 beschrie­ ben, bei Kunststoffen durch Aufschmelzen bzw. thermisches Zersetzen eine solche Oberflächenvergrößerung zu bewirken.
Als Vorbehandlung zur Steigerung der Klebkraft von miteinan­ der zu verklebenden Fügeteilen ist schließlich bekannt, po­ lare Gruppen an der Oberfläche dieser Fügeteile freizusetzen bzw. zu erzeugen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines Verbundkörpers mit miteinander verklebten Fügeteilen, wobei eine einfache und zuverlässige Verklebung und eine Steigerung der Klebkraft zwischen den Fügepartnern erreicht werden soll.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Verbundkörper und das erfindungsgemäße Verfahren zu dessen Herstellung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch die vorgenommene Mikrostruk­ turierung der Fügeteile in dem Fügebereich eine deutliche Steigerung der Klebkraft erreicht wird. Diese verbesserte Klebkraft beruht wesentlich auf der Vergrößerung der Ober­ fläche der Fügeteile in dem mit der mikrostrukturierten Aus­ nehmung versehenen Fügebereich, sowie auch einer stärkeren Verkrallung der Fügeteile in einer Umgebung der mikrostruk­ turierten Ausnehmung, die vor allem durch eine gegenüber der übrigen Oberfläche der Fügeteile rauhere Oberfläche in der Umgebung der mikrostrukturierten Ausnehmungen verursacht wird.
Das erfindungsgemäße Vorsehen mikrostrukturierter Ausnehmun­ gen hat weiter den Vorteil, dass diese als Depots für einen auf die Fügeteile oberflächlich aufgetragenen Klebstoff wir­ ken, so dass dieser gleichmäßiger über die Oberfläche der Fügeteile in dem Fügebereich verteilt wird. Insbesondere wird durch das Eindringen des Klebstoffes in beispielsweise sacklochförmig oder nutenartig ausgebildete mikrostruktu­ rierte Ausnehmungen die Festigkeit des Verbundkörpers gegen­ über Scherbeanspruchungen erhöht.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass gleich­ zeitig mit dem Erzeugen der mikrostrukturierten Ausnehmung in der Oberfläche eines Fügeteils eine saubere bzw. fett­ freie und vielfach auch oxidfreie Oberfläche zumindest in einer Umgebung der erzeugten Ausnehmungen geschaffen wird, was ebenfalls die erreichte Klebkraft steigert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So ist besonders vorteilhaft, wenn die mikrostrukturierten Ausnehmungen durch Bestrahlung der Oberfläche der Fügeteile mit Laserstrahlung erzeugt werden, die die Oberfläche der Fügeteile in dem Bereich der zu erzeugenden Ausnehmung ab­ trägt und/oder aufschmilzt. Dabei lässt sich vorteilhaft gleichzeitig und einfach die Form und die Tiefe der erzeug­ ten Ausnehmungen über die Form des bei der Bestrahlung ein­ gesetzten Laserstrahles sowie dessen Intensität und die Be­ strahlungsdauer einstellen. Dieses Verfahren hat zudem den Vorteil, dass auch die Anzahl der Ausnehmungen und deren Verteilung in einfacher Weise einstellbar ist, wobei vor al­ lem eine zumindest teilweise Anordnung der mikrostrukturier­ ten Ausnehmungen entlang einer gewünschten Vorzugsrichtung zu einer erhöhten Festigkeit des erhaltenen Verbundkörpers bezüglich einer entsprechend einwirkenden Kraft führt.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein erstes Fügeteil mit eingebrachten mikrostrukturierten Aus­ nehmungen in Draufsicht, Fig. 2 ein zweites Fügeteil mit eingebrachten, nutenförmigen mikrostrukturierten Ausnehmun­ gen in Draufsicht und Fig. 3 einen Schnitt durch einen Ver­ bundkörper mit zwei miteinander verklebten Fügeteilen.
Ausführungsbeispiele
Die Fig. 1 zeigt eine metallische Platte als erstes Füge­ teil 10, in deren Oberfläche durch bereichsweises Bestrahlen mit einem intensiven, punktförmigen Laserstrahl eine Vielzahl von mikrostrukturierten Ausnehmungen 11 eingebracht worden ist. Diese mikrostrukturierten Ausnehmungen 11 sind gemäß Fig. 1 in Draufsicht näherungsweise kreisförmig. In der Tiefe sind sie bevorzugt napfförmig oder sacklochartig ausgebildet. Der typische Abstand der mikrostrukturierten Ausnehmungen 11 liegt zwischen 10 µm und 100 µm, ihr typi­ scher Durchmesser zwischen 5 µm und 50 µm und ihre Tiefe zwischen 2 µm und 20 µm.
Die Fig. 2 erläutert ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei ein zweites Fügeteil 15 in Form einer Kunststoffplatte vor­ gesehen ist, die oberflächlich mit nutenförmigen, mi­ krostrukturierten Ausnehmungen 20 versehen worden ist, die entlang einer Vorzugsrichtung orientiert sind. Die nutenför­ migen Ausnehmungen 20 haben eine typische Tiefe von 2 µm bis 20 µm und eine typische Breite von 5 µm bis 50 µm. Der Ab­ stand zwischen den einzelnen mikrostrukturierten Ausnehmun­ gen 20 gemäß Fig. 2 beträgt typischerweise 10 µm bis 100 µm und kann sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig sein. Auch die mikrostrukturierten Ausnehmungen 20 wurden im Übrigen durch Bestrahlung der Oberfläche des zweiten Fügeteils 15 mit einem intensiven Laserstrahl bzw. Abtasten der Oberflä­ che des Fügeteils 15 mit diesem Laserstrahl erzeugt.
Die Fig. 3 erläutert einen Verbundkörper mit dem zweiten Fügeteil 15 gemäß Fig. 2, das über einen üblichen Klebstoff 13 mit einem Grundkörper 12 als weiteres Fügeteil zu den Verbundkörper verklebt ist. Zur Herstellung des Verbundkör­ pers gemäß Fig. 3 wurde zunächst das zweite Fügeteil 15 ge­ mäß Fig. 2 oberflächlich mit dem Klebstoff 13 versehen, der insbesondere auch in die erzeugten mikrostrukturierten, nu­ tenförmigen Ausnehmungen 20 eingebracht worden ist. Danach wurden das zweite Fügeteil 15 und der Grundkörper 12 in be­ kannter Weise miteinander verklebt, so dass nach Aushärten des Klebers 13 der Verbundkörper gemäß Fig. 3 entstanden ist.
Hinsichtlich der konkreten Form der mikrostrukturierten Aus­ nehmungen 11, 20 gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 kommt eine Viel­ zahl von Möglichkeiten in Frage. Die mikrostrukturierten Ausnehmungen 11, 20 können insbesondere taschenförmig, napf­ förmig, tellerförmig, kegelförmig oder nutenförmig ausgebil­ det sein. Weiter ist bevorzugt stets eine Vielzahl von mi­ krostrukturierten Ausnehmungen 11, 20 auf der Oberfläche der Fügeteile vorgesehen. Darüber hinaus kann, abweichend von Fig. 3, auch vorgesehen sein, dass beide miteinander ver­ klebte Fügeteile 12, 15 in der erläuterten Weise mit mi­ krostrukturierten Ausnehmungen 20, 11 versehen sind, und ge­ gebenenfalls auch auf beide der Klebstoff 13 aufgetragen worden ist.

Claims (13)

1. Verbundkörper mit einem ersten Fügeteil und einem zweiten Fügeteil, die in einem Fügebereich miteinander ver­ klebt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fügebereich die Oberfläche mindestens eines der Fügeteile (10, 12, 15) eine mikrostrukturierte Ausnehmung (11, 20) aufweist.
2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die mikrostrukturierte Ausnehmung (11, 20) eine taschenförmige, napfförmige, tellerförmige, kegelförmige oder nutenförmige Ausnehmung in der Oberfläche des Fügeteils (10, 12, 15) mit einem Durchmesser oder einer Breite von 5 µm bis 50 µm und einer Tiefe von 2 µm bis 20 µm ist.
3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass in dem Fügebereich die Oberfläche des Füge­ teils (10, 12, 15) eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl von Ausnehmungen (11, 20) aufweist.
4. Verbundkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Ausnehmungen (11, 20) in dem Fügebereich zu­ mindest näherungsweise regelmäßig angeordnet sind.
5. Verbundkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide miteinander verklebte Fügeteile (10, 12, 15) in dem Fügebereich mindestens eine mi­ krostrukturierte Ausnehmung (11, 20) aufweisen.
6. Verbundkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fügeteile (10, 12, 15) in dem Fügebereich aus einem Metall oder einem Kunststoff besteht.
7. Verbundkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fügeteile (10, 12, 15) in dem Fügebereich planar ist und/oder dass die Oberflächen der miteinander verklebten Fügeteile (10, 12, 15) in dem Fügebereich zumindest näherungsweise parallel zu­ einander verlaufen.
8. Verbundkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein dem Fügebereich be­ findlicher Klebstoff (13) auch und insbesondere überwiegend in den mikrostrukturierten Ausnehmungen (11, 20) befindet.
9. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, ins­ besondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein erstes Fügeteil und ein zweites Fügeteil zu dem Verbundkör­ per verklebt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche mindestens eines der Fügeteile (10, 12, 15) in einem Fügebereich mindestens eine mikrostrukturierte Ausneh­ mung (11, 20) eingebracht, danach in dem Fügebereich ein Klebstoff (13) auf die Oberfläche des Fügeteils (10, 12, 15) aufgetragen wird, und schließlich die Fügeteile (10, 12, 15) miteinander verklebt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Ausnehmung (11, 20) in die Oberflä­ che des Fügeteils (10, 12, 15) mittels Laserbestrahlung erfolgt, wobei die Oberfläche des Fügeteils (10, 12, 15) in dem Bereich der zu erzeugenden Ausnehmung (10, 12, 15) abge­ tragen oder aufgeschmolzen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Tiefe der erzeugten Ausnehmungen (11, 20) über die Form des bei der Bestrahlung eingesetzten Laser­ strahles und/oder dessen Intensität oder die Bestrahlungs­ dauer eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Ausnehmungen (11, 20) erzeugt und insbesondere derart angeordnet werden, dass sie eine Vorzugsrichtung definieren.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Fügeteils (10, 12, 15) bei dem Einbringen der Ausnehmung (11, 20) in dem Be­ reich der Ausnehmungen (11, 20) von anhaftenden Fetten und/oder Oxiden zumindest weitgehend befreit wird.
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