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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen zweier Metallteile
mittels Schweißens, wobei in der Nähe des Schweißorts
befindliche Oberflächen gegen Schweißfunken geschützt
werden sollen.
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Die
Herstellung einer Automobilkarosserie beginnt im Presswerk mit dem
Stanzen von rollenförmig angeliefertem, verzinktem Stahl-
und Aluminiumblech zu kleineren Blechteilen, den so genannten Platinen.
Diese werden in den Pressenstraßen durch Ziehen, also Verformen
des Materials, Schneiden, Abkanten (Umbiegen eines schmalen Rands
an der Kante des Blechteils) oder Nachformen in die gewünschte
Form gebracht. Zur Verringerung der Reibung zwischen Ziehwerkzeug
und Blech werden die Bleche vor dem Ziehprozess mit Ziehölen
benetzt, was zum einen den Ziehvorgang erleichtert, zum anderen
eine bessere Oberflächengüte der dreidimensional
verformten Partien erzeugt. Das Ziehöl verbleibt auf den
Blechen, bis der Rohbau abgeschlossen ist. Es wird erst in der so
genannten Vorbehandlung mit Hilfe von erwärmter Reinigungslösung
entfernt, bevor die Karosserie phosphatiert wird und in die nachfolgenden
Lackierprozesse geht.
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Die
zahlreichen vorgeformten Karosserieteile und Blechzuschnitte werden
heutzutage hochautomatisiert in Schweißstraßen
zur Karosserie zusammengesetzt. Die Einzelteile werden dabei je
nach Lage, Funktion und Material geschweißt, geklebt oder
geschraubt. Die Roboter übernehmen dabei nicht nur die
Aufgabe des Schweißens, sondern auch das Handling der Blechteile,
das präzise Anpassen und Fixieren in der endgültigen
Schweißposition.
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In
der Regel beginnt die Produktion mit dem Zusammenschweißen
der Bodenpartien für den Front- und Heckbereich. Diese
den Fahrzeugunterbau bildenden Baugruppen werden mit anderen stabilisierenden Elementen
zum Karosseriegerippe verbunden. Wenn dieses mit den Seitenrahmen
verbunden wird, ist die spätere Form der Karosserie bereits
gut zu erkennen. Zum Schluss wird das Dach aufgeschweißt.
Türen, Heckklappe und Motorhaube werden separat gefertigt.
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Obwohl
auch schon modernere Schweißverfahren wie Laserschweißen
Einzug in den Automobilbau gehalten haben, zum Beispiel oft für
das Schweißen der Dachpartie verwendet, ist die dominierende
Schweißtechnik nach wie vor das Punktschweißen.
Bei dieser Widerstandsschweißtechnik werden die zu fügenden Bleche
unter hohem Druck mit einer Schweißzange mit Kupferelektroden
punktförmig zusammengepresst und durch Durchleiten eines
Stromes lokal bis zum Schmelzen erhitzt und so innerhalb von Sekunden
verschweißt. Da die zu fügenden Blechteile an
ihren Oberflächen zunächst relativ schlecht leiten,
kommt es beim Anlegen des Schweißstromes zu einem Stromdurchschlag,
bei dem die zu fügenden Metallteile an deren Berührungsfläche
schlagartig erhitzt und verflüssigt werden. Dabei werden
Schweißfunken weggeschleudert, die mitunter bis zu mehreren
Metern weit fliegen.
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Ein
Schweißfunken ist ein Tröpfchen flüssigen
Metalls, das aufgrund seiner Hitze im Kontakt mit Luftsauerstoff
oxidiert und dabei ein funkenförmiges Aussehen hat. Trifft
dieser Funken auf ein Karosserieblech, kann sich das Metalltröpfchen
in der Metalloberfläche festbrennen. Manche Funken erlöschen
bereits während des Fluges und sind dann unkritisch. Dieses
ist umso eher der Fall, je weiter der Aufprall vom Schweißpunkt
entfernt ist. Die festgebrannten Tropfen allerdings werden durch
die Reinigungsschritte der Vorbehandlung, anders als die erkalteten
Tropfen, nicht entfernt.
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Bei
der Karosserie gibt es im Wesentlichen einen Bereich, der später
sichtbar ist: der Seitenrahmen. Aufgrund der Lage der Schweißflansche
landen besonders viele Schweißfunken in den Türausschnitten,
die dann sichtbar werden, wenn man die Türen öffnet.
Vor den nachfolgenden Lackierschritten müssen die Tröpfchen
entfernt werden, damit diese nicht den optischen Eindruck des Lackes
stören. Dieses geschieht heute manuell mechanisch durch
Abschaben. Dabei kann die Zinkbeschichtung verletzt werden und Anlass
für vorzeitige Korrosion geben.
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Ein
wirksamer Weg der Verhinderung dieser manuellen Nacharbeit ist das
Abdecken der betroffenen Blechpartien. Dabei ist auf Wirtschaftlichkeit
zu achten, da das Abdecken in Konkurrenz zur manuellen Nacharbeit
steht. Die Abdecklösung muss daher schnell aufbringbar
sein (bevorzugt automatisch per Roboter und unter Berücksichtigung
der geölten Oberfläche), sie muss kostengünstig
sein, sie muss den Schweißfunken widerstehen (diese darf
also nicht durchbrennen oder Feuer fangen) und sie muss ohne Einschränkungen rasch
wieder entfernbar sein.
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Mögliche
Lösungen zum Abdecken für den Schweißfachmann
(und in anderen Anwendungen verbreitet) stellen Klebebänder
und vorgeformte Hartmasken dar, wobei letztere weder kostengünstig
noch schnell (respektive automatisch) installierbar sind und somit
keine sinnvolle Lösung für die gestellte Problematik
bieten.
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Abdeckklebebänder
sind vielgestaltig erhältlich und umfassen verschiedenste
Trägermaterialien und Selbstklebemassen.
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Für
Abdeckaufgaben besonders naheliegend sind Papierklebebänder,
auch Kreppbänder genannt, die aus einem mit Selbstklebemasse
beschichteten Träger aus imprägniertem Papier
bestehen und für Lackierzwecke sehr verbreitet sind. Obwohl
die meisten Kreppbänder Klebemassen auf Basis von Naturkautschuk
oder seltener Synthesekautschuk haben, sind sie in Schweißverfahren
nicht geeignet, da sie in der Regel leicht entflammbar sind. Ein
auf handelsübliche Kreppbänder auftreffender Schweißfunken
brennt sich schnell durch das Papier und kann dieses schlimmstenfalls
sogar in Brand setzen, insbesondere dort, wo das Band in Falten
oder in Hohllage zum Haftgrund liegt, da dort die Wärme
nicht abgeführt werden kann.
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In
der
JP 2000 237
873 A1 wird ein selbstverlöschend ausgerüstetes
Papierklebeband beschrieben, das große Mengen eines endotherm
zersetzlichen anorganischen Füllstoffes (bis zu 80% Füllstoff
bezogen auf den Cellulosefasergehalt) im Trägerpapier enthält.
Durch den hohen Füllstoffgehalt ist das Papier sehr steif und
spröde und schmiegt sich nicht gut an die dreidimensional
geformten Substratgeometrien an, wodurch die Gefahr der vorzeitigen,
unerwünschten Selbstablösung sehr groß ist,
was einen Verlust der Schutzwirkung zur Folge hat.
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Zum
Abdecken und Schützen werden weiterhin vielfältigste
selbstklebende Schutzfolien angeboten. Diese bestehen in der Regel
aus einer Folie, zumeist Polyethylen, seltener Polypropylen, die
mit Acrylatklebemassen ausgerüstet sind. Diese bauen keine
Haftung zu geölten Karosserierohbaublechen auf, da sie
das Öl nicht absorbieren. Dieses verbleibt vielmehr als
Gleitschicht zwischen Blech und Klebmasse und führt so
zu unerwünschtem Abgleiten und Ablösen.
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Die
deutlich weniger zahlreich angebotenen Schutzfolien mit Kautschukklebern
weisen in handelsüblicher Form in der Regel zwar ausreichende
Haftung, aber kein ausreichendes Brandverhalten auf, denn sie sind
meistens so eingeschränkt flexibel, dass sie sich nicht
ohne Hohllagen aufbringen lassen. An diesen Stellen herrscht erhebliche
Entzündungsgefahr.
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Für
Maskieranwendungen sind Folienbänder mit einem Träger
aus Weich-PVC und für Verpackungsanwendungen welche mit
einem Träger aus Hart-PVC, häufig sogar mit Kautschukkleber,
verbreitet. Obwohl Hart-PVC inhärent schwer entflammbar
ist, entwickelt sich beim Auftreffen der Schweißfunken
durch Zersetzung des PVCs ätzendes, gasförmiges
Hydrogenchlorid, das die Atmosphäre der Fabrikationshalle
gesundheitsschädigend belastet. Weich-PVC entwickelt ebenfalls
Hydrogenchlorid und ist im Gegensatz zu Hart-PVC nicht als schwer
entflammbar zu bezeichnen.
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Ähnlich
einzustufen sind Folien aus fluorhaltigen Monomeren wie Polyvinylidenfluorid
oder Polytetrafluorethylen. Zwar sind diese sogar schwer brennbar,
setzen aber beim Kontakt mit Schweißfunken hochgiftiges
Hydrogenfluorid frei. Auch wenn die Menge sehr gering ist, so drückt
der geringe MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatzkonzentration) von 2
g/m3 dessen große Giftigkeit aus.
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Es
sind auch selbstklebende Metallfolien, vor allem Aluminiumklebebänder,
im Angebot. Diese sind unbrennbar, übererfüllen
also die Anforderungen an das Brandverhalten. Ihr Nachteil ist die
mangelnde Anpassungsfähigkeit an die in der Regel gewölbten
Haftgrundgeometrien, was wie bei dem oben zitierten selbstverlöschenden
Papierklebeband zu Ablösungen führen kann. Zudem
besteht beim Demaskieren die Gefahr von Verletzung an den mitunter
scharfkantigen Folienteilen. Weiterhin reißen selbstklebende
Aluminiumfolien beim Demaskieren sehr leicht ab, was den Demaskiervorgang
erschwert und den Schweißvorgang unnötigerweise
verlängert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schweißverfahren
zum Fügen zweier Metallteile, insbesondere Karosserierohbaubleche
zur Verfügung zu stellen, bei dem freiliegende Metalloberflächen
gegen das Einbrennen von Schweißfunken durch Maskierung
geschützt werden, wobei die Maskierung
- • rasch
und sicher auf dem mit Ziehöl behafteten Rohbaublech haftet,
- • eine hervorragende Flexibilität für
eine nahezu falten- und hohllagenfreie Aufbringbarkeit hat,
- • das Einbrennen der Schweißfunken in das
Blech sicher verhindert,
- • wegen des weitgehenden Kontaktes zum Blech keine
Gefahr der Entzündung durch Schweißfunken birgt,
- • sich leicht und ohne Rückstände
nach abgeschlossenem Schweißprozess vom Rohbaublech wieder
entfernen lässt,
so dass das Schweißverfahren
von Nachbearbeitungsschritten der gefügten Teile befreit
und somit insgesamt optimiert ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch ein Schweißverfahren, wie es im
Hauptanspruch niedergelegt ist. Gegenstand der Unteransprüche
sind dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Demgemäß betrifft
die Erfindung ein Verfahren zum Fügen zweier Metallteile
mittels Schweißens, insbesondere Punktschweißens,
indem die beiden zu verschweißenden Metallteile in Kontakt
gebracht werden und an der Kontaktstelle miteinander verschweißt
werden, wobei in der Nähe des Schweißorts befindliche
Metalloberflächen, die gegebenenfalls einem Schweißfunken-
oder Schweißperlenflug ausgesetzt sind, durch ein Klebeband
insbesondere gegen die Schweißfunken- oder Schweißperlen
maskiert werden, wobei das Klebeband einen Träger und eine
einseitig darauf aufgebrachte Klebmasse aufweist, wobei der Träger
aus einem folienförmigen polymeren Material besteht und
die Klebmasse chemisch auf Natur- oder Synthesekautschuk basiert
und das Klebeband eine Zugkraft bei 1% Dehnung von kleiner als 3
N/cm aufweist und die Gesamtdicke mindestens 40 μm beträgt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Fortbildung der Erfindung weist das Klebeband eine
Zugkraft bei 1% Dehnung von kleiner als 2 N/cm auf und/oder beträgt
die Gesamtdicke mindestens 55 μm.
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Vorzugsweise
werden Karosserierohbaubleche gegen Schweißfunken mit Hilfe
eines Klebebandes maskiert. Insbesondere handelt es sich um Bleche,
die später im KFZ einen Türausschnitt bilden (Seitenrahmen).
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Das
für die Maskierlösung geeignete Klebeband besteht
aus einem Träger und einer einseitig darauf aufgebrachten
Selbstklebemasse, wobei die Gesamtdicke, also die Summe der beiden
Schichten, inklusive weiter unten beschriebener Funktionsschichten,
einen Wert von 40 μm nicht unterschreiten darf, da sonst
die Schweißfunken nicht wirksam vom Durchbrennen abgehalten
werden. Dabei tragen sowohl der Träger als auch die Klebmasse
gemeinsam zum Schutz gegen Durchbrennen bei.
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Bei
einer Zugbelastung verhält sich ein Klebeband im Bereich
kleiner Dehnungen elastisch, es gilt also das Hooke'sche Gesetz: σ = ε·E
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Dabei
ist σ die Zugspannung (angelegte Kraft multipliziert mit
dem Querschnitt des Probekörpers, hier dem Klebeband), ε die
relative Längenänderung bei Anlegen einer Zugkraft
und die Proportionalitätskonstante E der Elastizitätsmodul.
Nach DIN 53457 ist die Bestimmung eines Elastizitätsmoduls
an bestimmte Geometrien der zu vermessenden Proben gebunden, dem
ein Klebeband mit seinem mehrschichtigen Aufbau, bestehend aus verschiedenen
Materialien und nicht beliebig variablen Materialstärken
in der Regel nicht entspricht.
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Eine
bei Klebebändern messtechnisch besser zugängliche
und geeignete Größe als Maß für
die Elastizität und somit die Anschmiegsamkeit eines Klebebandes
ist die Zugkraft bei 1% Dehnung, ausgedrückt in der Dimension
Newton pro Zentimeter (N/cm). Diese Größe bezieht
sich nur auf die Breite, anders als ein Modul, der auf den Querschnitt
bezogen ist. Damit beschreibt dieser Wert keine Materialeigenschaft,
sondern konkret das individuell vermessene Klebeband. Die Zugkraft
bei 1% Dehnung drückt also die für den Anwender tatsächlich
erlebbare Flexibilität des Klebebandes aus. Ein kleiner
Wert entspricht demzufolge einem leicht verformbaren, flexiblen
und anschmiegsamen Klebeband, ein hoher Wert charakterisiert ein
zugfestes, wenig verformbares Klebeband.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei Klebebändern mit einer Zugkraft
bei 1% Dehnung unter 3 N/cm die Anschmiegsamkeit an die mitunter
komplexen Blechgeometrien insbesondere der Türausschnitte
der Seitenrahmen so gut ist, dass sie faltenarm und ohne oder nur
mit minimalen Hohllagen zu verkleben sind. Minimale Hohllagen sind
in diesem Sinn definiert als kleiner 5% der Gesamtfläche
des Klebebandes. In diesem Fall ist eine besondere Flammbeständigkeit
des Klebebandes zur Vermeidung der Entzündung dessen durch
die Schweißfunken nicht notwendig, da die Hitze des Schweißfunkens
in das darunter liegende Blech abgeführt werden kann.
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Es
hat sich gezeigt, dass das Band eine Anfangshaftung von mindestens
0,2 N/cm benötigt, um nicht unter seinem Eigengewicht und
beim Applizieren eingebrachter Spannungen abzufallen.
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Das
Trägermaterial des für die Maskierlösung
vorgesehenen Klebebandes sind Folien, insbesondere solche, die einen
geringen Elastizitätsmodul aufweisen, mit dem sich die
erfindungsgemäße Zugkraft bei 1% Dehnung des Klebebandes
unter 3 N/cm erreichen lässt. Unter einem geringen Elastizitätsmodul
werden dabei Werte von unter 300 MPa verstanden.
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Das
sind vorrangig nicht verstreckte Folien, besonders solche aus Polyolefinen
sowie Polyurethan.
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Als
Polyolefine kommen typischerweise zum Einsatz Polyethylen, Polypropylen
sowie deren Mischungen oder Copolymere (zum Beispiel Random-Copolymer
oder Polypropylenblockcopolymer) oder Copolymere aus Ethylen und α-Olefinen
wie 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen (je nach Anteil und Herstellungsverfahren
LLDPE, VLDPE oder ULDPE oder Metallocen-PE genannt), aber auch Ethylen-Styrol-Copolymere,
Ethylen mit polaren Comonomeren wie Vinylacetat, Acrylsäure,
Methacrylsäure oder deren Salze (Ionomere) und Copolymere
des Propylens mit α-Olefinen, etwa Ethylen, 1-Buten, 1-Hexen
oder 1-Octen.
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Polyurethanfolien
bestehen meistens aus thermoplastischem Polyurethan, das zu der
Gruppe der thermoplastischen Elastomeren gehört und in
Granulatform fertig zur Extrusion erhältlich ist. Dieses
besteht aus Hart- und Weichsegmenten, wobei letztere vornehmlich
aus difunktionellen Polyolen mit in der Regel einem Polyester- oder
Polyethergrundgerüst gebildet werden und die Hartsegmente
aus Isocyanaten (insbesondere 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat,
aber auch Isophorondiisocyanat, 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan,
3,3'-Dimethyl-4,4'-biphenyldiisocyanat, 2,4- and 2,6-Toluylendiisocyanat
oder 1,5-Naphthalenediisocyanat) und Kettenverlängerern
wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol und Hydrochinon-bis(2-hydroxyethyl)ether.
Die Hartsegmente bilden dabei im erkalteten Zustand die Netzpunkte
des elastischen Polymernetzwerkes.
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Weniger
gebräuchlich, aber durchaus zweckmäßig
ist die Herstellung aus den reaktiven Bausteinen (Polyole und -isocyanate
oder auch Präpolymere und Polyisocyanate), die dann gemischt
ausgestrichen werden und unter Katalyseeinfluss über einen
Zeitraum von bis zu einigen Tagen in der Polyadditionsreaktion der Urethanbildung
zu einer festen Folie abreagieren.
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Die
Folien können als Monofolie oder als Mehrschichtaufbau
und als Cast- oder Glasfolie extrudiert sein. Im Falle der Polyurethanfolien
kommen zusätzlich noch das Kalandrieren und das Gießverfahren
aus Lösung in Betracht, bei dem eine Lösung des
Polymers auf ein Band oder eine Stützfolie gegossen wird
und in einem Trockner vom Lösemittel befreit wird. Bei
thermoplastischem Polyurethan ist auf geringe Granulatfeuchte zu
achten, damit es beim Verarbeiten keinen Hydrolyseschaden nimmt.
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Gemäß dem
Stand der Technik können alle Folien mit den einschlägig
bekannten Additiven versehen sein, darunter Alterungsschutzmittel,
Füllstoffe, Pigmente, Antiblockmittel, Gleitmittel, Nukleierungsmittel
oder Antistatika. Detaillierte Ausführungsformen sind der
Literatur zu entnehmen, zum Beispiel einschlägigen Fachbüchern
wie Gächter/Müller, Handbuch der Kunststoffadditive,
3. Auflage, Carl Hanser Verlag 1990. Diese Additive dienen
einer verbesserten Verarbeitbarkeit, Prozessgängigkeit
in nachfolgenden Verarbeitungsschritten oder der optischen Gestaltung
unter ästhetischen oder funktionalen Gesichtspunkten.
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Obwohl
die Erfindung – und dies ist einer der wesentlichen Vorteile – keiner
flammhemmenden Additivierung der Folie bedarf, um dennoch die volle
Schutzwirkung zu erzielen, kann durch Flammschutzmittel optional
die Gefahr der Entzündung durch Schweißfunken
weiter verringert werden. Der Anteil an Flammschutzmitteln liegt
dann typischerweise zwischen 5 und 60 Gewichtsprozent.
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Geeignete
Beispiele von Flammschutzadditiven sind bromierte Flammschutzmittel
wie Tetrabromobisphenol A-bis(2,3-dibromopropyl ether), Ethylen-bis(tetrabromophthalimid)
oder Ethylen-bis(dibromonorbornandicarboximid), besonders in Kombination
mit Antimontrioxid oder Zinkborat, aber auch halogenfreie Varianten
wie Ammoniumpolyphosphate, Pentaerythritol-Melamin Derivate und/oder
anorganische Verbindungen wie Al(OH)3 oder
Mg(OH)2.
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Diese
werden den Folien bei ihrer Herstellung direkt zugegeben und sind
Bestandteil der Rezeptur.
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Selbstklebemassen
für das Klebeband der Maskierlösung umfassen harzabgemischte
Naturkautschuk- und Synthesekautschukformulierungen, letztere zum
Beispiel auf Basis von hydrierten oder nicht hydrierten Styrolblockcopolymeren,
Styrolbutadienkautschuk, Butylkautschuk, Polyisobutylen, Ethylenpropylencopolymeren
oder Nitrilkautschuk sowie Mischungen von diesen.
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Das
Elastomer bildet die Grundlage jeder Selbstklebemasse und bestimmt
ihre Eigenschaften maßgeblich. Zur Optimierung der klebtechnischen
Eigenschaften muss die zum Einsatz kommende Selbstklebemasse mit
einem oder mehreren Additiven wie Klebrigmachern (Harzen), Weichmachern,
Füllstoffen, Pigmenten, UV-Absorbern, Lichtschutz-, Alterungsschutzmitteln,
Vernetzungsmitteln oder Vernetzungspromotoren abgemischt sein.
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Prinzipiell,
aber nicht notwendigerweise, können auch die Selbstklebemassen
mit Flammschutzadditiven, wie sie unter der Beschreibung der Folienträger
optional genannt sind, in ihrem Brennverhalten verbessert werden,
insbesondere wenn diese zu einem Anteil von 2 bis 30 Gew.-% zugesetzt
sind.
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Diese
werden den Klebmassen bei ihrer Herstellung direkt zugegeben und
sind Bestandteil der Rezeptur.
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Klebrigmacher
sind beispielsweise Kohlenwasserstoffharze (zum Beispiel aus ungesättigten
C5- oder C7-Monomeren),
Terpenphenolharze, Terpenharze aus Rohstoffen wie α- oder β-Pinen,
aromatische Harze wie Cumaron-Inden-Harze oder Harze aus Styrol
oder α-Methylstyrol sowie Kolophonium und seine Folgeprodukte wie
disproportionierte, dimerisierte oder veresterte Harze, wobei Glycole,
Glycerin oder Pentaerythrit eingesetzt werden können sowie
weitere wie aufgeführt in Ullmann's Enzyklopädie
der technischen Chemie, Band 12, Seiten 525 bis 555 (4. Auflage),
Weinheim. Die Harze können auch hydriert sein,
womit sie eine geringere Empfindlichkeit gegen Alterung zeigen.
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Geeignete
Füllstoffe und Pigmente sind beispielsweise Ruß,
Titandioxid, Calciumcarbonat, Zinkcarbonat, Zinkoxid, Silicate oder
Kieselsäure.
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Für
geeignete UV-Absorber, Lichtschutz- und Alterungsschutzmittel wird
auf die selbe Quelle wie für die Additive für
die Folienträger verwiesen.
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Geeignete
Weichmacher sind beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische
und aromatische Mineralöle, Di- oder Poly-Ester der Phthalsäure,
Trimellitsäure oder Adipinsäure, flüssige
Kautschuke (zum Beispiel Nitril- oder Polyisoprenkautschuke), flüssige
Polymerisate aus Buten und/oder Isobuten, Acrylsäureester,
Polyvinylether, Flüssig- und Weichharze auf Basis der Rohstoffe
von Klebharzen, Wollwachs und andere Wachse oder flüssige
Silikone.
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Vernetzungsmittel
sind beispielsweise Alkylphenolharze oder halogenierte Phenolharze,
Melamin- und Formaldehydharze oder Isocyanate. Geeignete Vernetzungspromotoren
sind zum Beispiel Maleinimide, Allylester wie Triallylcyanurat,
mehrfunktionelle Ester der Acryl- und Methacrylsäure.
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Eine
Vernetzung kann auch durch Elektronenstrahlen erfolgen.
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Die
Formulierung der Klebmassen kann in geeigneten Lösungsmitteln
oder Lösemittelgemischen (zum Beispiel Benzin, Toluol,
Alkohole), trocken in geeigneten Aggregaten (zum Beispiel Planetwalzenextudern)
oder in wässriger Phase als Dispersion erfolgen.
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Die
Beschichtung der Klebmassen auf den Träger erfolgt dann
entsprechend aus Lösung, aus wässriger Dispersion
oder trocken zum Beispiel mittels Walzwerk oder Kalandertechnologie.
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Eine
Alternative zum direkten Beschichten des Trägers ist der
indirekte Weg, bei dem ein abhäsiv ausgerüsteter
Hilfsträger (Trennpapier oder Trennfolie) beschichtet wird
und die getrocknete Klebmasse im Transferverfahren zum Träger
zukaschiert wird.
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Die
Verankerung der Selbstklebemasse kann durch eine Beschichtung mit
einem Primer als Verankerungshilfe verbessert werden. Dazu kann
auch eine Corona- oder eine Flammvorbehandlung der zu beschichtenden
Folienseite dienen.
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Auf
der Rückseite des Klebebandes kann ein Rückseitenlack
aufgetragen sein, um die Abrolleigenschaften des zur archimedischen
Spirale gewickelten Klebebandes günstig zu beeinflussen.
Dieser Rückseitenlack kann dazu mit Silikon- oder Fluorsilikonverbindungen
sowie mit Polyvinylstearylcarbamat, Polyethyleniminstearylcarbamid
oder fluororganischen Verbindungen als abhäsiv wirkende
Stoffe ausgerüstet sein.
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Wahlweise
kann das für die Maskierlösung geeignete Klebeband
abgedeckt mit einem Trennpapier oder einer Trennfolie (das sind
typischerweise mit Silikonen beschichtete Papiere oder Kunststofffolien)
dargereicht sein.
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Der
allgemeine Ausdruck „Klebeband" umfasst im Sinne dieser
Erfindung alle flächigen Gebilde wie in zwei Dimensionen
ausgedehnte Folien oder Folienabschnitte, Bänder mit ausgedehnter
Länge und begrenzter Breite, Bandabschnitte, Stanzlinge
und dergleichen.
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Die
beschriebenen Kautschukmassen nehmen das Öl bereits nach
kurzer Zeit auf und sorgen bereits sofort nach dem Aufkleben auf
das geölte Substrat und mit der Zeit zunehmend für
sichere Haftung des Klebebandes. Diese beträgt mindestens
0,2 N/cm.
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Bei
den normalerweise anzutreffenden Ziehölmengen von einigen
Gramm pro Quadratmeter wird ein Flächengewicht der Klebmasse
von größer als 10, bevorzugt größer
als 20 g/m2 benötigt, damit das Öl
vollkommen aufgenommen werden kann.
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Danach
sollte das Klebeband mit mindestens 1 N/cm kleben, damit es auch über
den Transport und die Verarbeitung der maskierten Teile nicht zu
ungewollten Ablösungen des Maskierbandes kommt.
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Die
erfindungsgemäße Maskierlösung mit Hilfe
eines Klebebandes erfüllt alle Anforderungen, die an ein
sauberes und schnelles Schweißverfahren gestellt werden.
Das Klebeband zeigt
- • eine rasche
und sichere Haftung auf dem mit Ziehöl behafteten Rohbaublech,
- • eine hervorragende Flexibilität für
eine nahezu falten- und hohllagenfreie Aufbringbarkeit,
- • einen sicheren Schutz gegen Einbrennen der Schweißfunken
in das Blech,
- • keine Gefahr der Entzündung durch Schweißfunken
wegen des guten Kontaktes zum Blech und
- • eine leichte Entfernbarkeit ohne Klebmasserückstände
auf dem Rohbaublech.
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Durch
die Maskierung ergibt sich somit ein sehr vorteilhafter Verlauf
des gesamten Schweißverfahrens beim Fügen zweier
Teile, weil alle Anforderungen erfüllt beziehungsweise
die bekannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
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Die
vorgeschlagene Lösung lässt sich einfach per Hand
oder kostengünstig automatisiert mit Hilfe eines Roboters
auf Karosserierohbaubleche aufbringen, insbesondere in den Türausschnitten
der vom Schweißfunkenflug besonders betroffenen Seitenrahmen.
Es stellt sich eine ausreichende Soforthaftung ein, auch wenn das
Blech mit Ziehölen belegt ist, so dass weder der Maskiervorgang
durch Abgleiten auf dem Karosserierohbaublech behindert wird, noch
die Maskierung unter dem Einfluss des Eigengewichtes vorzeitig abfällt.
In dem Fall der Ölbelegung des Bleches saugt die Klebmasse
auf Basis von Natur- oder Synthesekautschuk das Öl auf,
wobei sich die Haftung zum Karosserierohbaublech innerhalb kurzer
Zeit erhöht. Das Klebeband bietet ausreichend Schutz gegen
Schweißfunken, da diese sich zwar ins Klebeband einbrennen,
aber nicht bis auf das Karosserierohbaublech durchdringen. Da die
Maskierlösung eine nahezu falten- und hohllagenfreie Aufbringbarkeit
ermöglicht, ist die Gefahr der Entzündung selbst
durch starken Funkenflug gebannt, da das Klebeband nahezu vollständigen
Kontakt zum darunter liegenden Blech hat und die aus dem Auftreffen der
Funken resultierende Wärme durch dieses abgeführt
werden kann.
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Nach
dem Schweißvorgang, spätestens vor der Vorbehandlung
für die anschließenden Lackierprozesse, lässt
sich die Klebebandmaskierung leicht und ohne bleibende Beeinträchtigung
des Haftgrundes ablösen. Eventuell verbleibende geringfügige
Klebmasserückstände werden in den Waschschritten
der Vorbehandlung problemlos entfernt.
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Bei
Verwendung der offenbarten Klebebänder in einem erfindungsgemäßen
Schweißverfahren bietet sich der weitere Vorteil, dass
sich die Schweißperle, die nach dem Abkühlen des
Schweißfunkens übrig bleibt, fest mit dem Träger
verbindet und sich nicht beim Abziehen von diesem löst
und den Arbeitsbereich verschmutzt.
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Mit
der Maskierlösung werden in dem erfindungsgemäßen
Schweißverfahren arbeits- und kostenintensive Nacharbeiten
in Form der mechanischen Entfernung von in Karosserierohbaublechen
eingebrannten Schweißperlen und gleichzeitig die Gefahr
der Verletzung der korrosionsinhibierenden Zinkschicht bei deren mechanischer
Entfernung vermieden.
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Für
das erfindungsgemäße Schweißverfahren
geeignete Klebebänder, die zur Maskierung eingesetzt werden
können, werden nachfolgend in bevorzugter Ausführung
anhand mehrerer Beispiele beschrieben, ohne damit die Erfindung
irgendeiner Beschränkung unterwerfen zu wollen.
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Des
Weiteren sind Vergleichsbeispiele aufgeführt, in denen
für Schweißverfahren untaugliche Klebebänder
dargestellt sind.
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Beispiele
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Zur
Illustration der Maskierlösungen werden in Form von Beispielen
Aufbauten von Klebebebändern beschrieben, die eine taugliche
Maskierlösung ergeben und in Form von Gegenbeispielen welche,
mit denen keine taugliche Maskierlösung zu erreichen ist.
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Klebeband für Beispiel 1
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Eine
Folie aus reinem Ethylencopolymer mit Na-Ionen (Surlyn 1601-2, DuPont)
wird im Castverfahren bei einer Düsentemperatur von 200°C
in einer Dicke von 80 μm extrudiert. Diese wird einseitig
mit Corona vorbehandelt und auf dieser Seite mit einer toluolischen
Lösung aus 45 Gewichtsteilen Naturkautschuk, 45 Gewichtsteilen
Cyclokautschuk und 10 Gewichtsteilen Diphenylmethandiisocyanat mit
einem Trockenauftrag von 0,6 g/m2 geprimert.
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Diese
Folie wird in einer Laborbeschichtungsanlage mit Streichbalken mit
einer Naturkautschukselbstklebemasse bestehend aus 55 Gewichtsteilen
Naturkautschuk, 5 Gewichtsteilen Zinkoxid, 6 Gewichtsteilen Kolophoniumglycerinesterharz,
6 Gewichtsteilen Alkylphenolharz, 26 Gewichtsteilen Kohlenwasserstoffharz und
2 Gewichtsteilen Mineralöl, wobei die Naturkautschukselbstklebemasse
in einem Gemisch aus Benzin 60/95 und Toluol im Verhältnis
von 4:1 Gewichtsteilen gelöst ist, so beschichtet, dass
nach dem Trocknen bei bis zu 80°C ein Auftragsgewicht von
25 g/m2 resultiert. Das Klebeband wird auf
sich selbst zu einer Rolle gewickelt.
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Klebeband für Beispiel 2
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Blasfolie (Düsentemperatur 180°C, Aufblasverhältnis
2.6, Längsstreckverhältnis 5.8) bestehend aus
65 Gewichtsteilen eines Ethylencopolymers mit Lithium Ionen (Surlyn
7930, DuPont), 30 Gewichtsteilen eines Polyethylenvinylacetats (LD
261, Exxonmobil) und 5 Gewichtsteilen eines Antioxidantmasterbatches
(PPM 1553, Polyplast Müller) mit einer Dicke von 100 μm
verwendet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse beträgt
30 g/m2.
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Klebeband für Beispiel 3
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Castfolie aus LDPE (LD 251, Exxonmobil) in einer Dicke von 30 μm
verwendet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse beträgt
15 g/m2.
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Klebeband für Beispiel 4
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Castfolie aus LDPE (LD 251, Exxonmobil) in einer Dicke von 100 μm
verwendet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse beträgt
20 g/m2.
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Klebeband für Beispiel 5
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
dreischichtige Glasfolie verwendet, bei der die beiden Außenschichten
aus 75 Gewichtsteilen LDPE (LD 166 BA, Exxonmobil), 20 Gewichtsteilen HDPE
(HMA 035, Exxonmobil) und 5 Gewichtsteilen Rußbatch (Plasback
PE 1851, Cabot) bestehen und die Mittelschicht aus Ethylencopolymer
mit Natrium-Ionen (Surlyn 1601-2, DuPont) gebildet ist. Alle Schichten
sind jeweils 30 μm dick, so dass eine Foliendicke von 90 μm
resultiert.
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Klebeband für Beispiel 6
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Castfolie aus einem thermoplastischen Polyurethan (Elastollan 1185A,
Elastogran) in einer Dicke von 80 μm verwendet.
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Klebeband für Beispiel 7
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Selbstklebemasse auf Basis von Styrolblockcopolymeren bestehend
aus 50 Gewichtsteilen eines SEBS Styrolblockcopolymers (Kraton G
1650, Kraton, 50 Gewichtsteilen SEBS (Kraton G 1657, Kraton), 90
Gewichtsteilen hydriertem Kohlenwasserstoffharz (Regalite R 1100,
Eastman), 20 Gewichtsteilen hydriertem Kohlenwasserstoffharz (Regalite
R 1090, Eastman) und 2 Gewichtsteilen Antioxidans (Irganox 1010,
Ciba) in einem Doppelschneckenextruder gemischt und mit einer Breitschlitzdüse
auf die Folie beschichtet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse
beträgt 25 g/m2.
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Klebeband für Gegenbeispiel 1
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Selbstklebemasse auf Basis eines Acrylsäureesterpolymerisates,
copolymerisiert aus 50 Gewichtsteilen Butylacrylat, 32 Gewichtsteilen
2-Ethylhexylacrylat, 10 Gewichtsteilen Vinylacetat, 5 Gewichtsteilen
Methylacrylat und 3 Gewichtsteilen Acrylsäure vernetzt
mit 0,3 Gewichtsprozent Aluminiumacetylacetonat gelöst
in einem Lösemittelgemisch aus 40 Gewichtsteilen Toluol,
40 Gewichtsteilen Ethylacetat und 20 Gewichtsteilen Isopropanol
verwendet. Die Folie wird zuvor mit einer Polyvinylidendichloridlösung
mit einem Auftragsgewicht von 0,8 g/m2 zur
Haftungsverbesserung geprimert.
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Klebeband für Gegenbeispiel 2
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird ein Träger
aus Aluminiumfolie der Dicke 35 μm mit einem Kleberauftrag
von 20 g/m2 beschichtet.
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Klebeband für Gegenbeispiel 3
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Castfolie aus LDPE (LD 251, Exxonmobil) in einer Dicke von 150 μm
verwendet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse beträgt
20 g/m2.
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Klebeband für Gegenbeispiel 4
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
monoaxial verstreckte Folie aus Polypropylen (Nowofol) mit einer
Dicke von 55 μm beschichtet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse
beträgt 20 g/m2.
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Klebeband für Gegenbeispiel 5
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Wie
Klebeband für Beispiel 1, in Abweichung dazu wird eine
Castfolie aus LDPE (LD 251, Exxonmobil) in einer Dicke von 25 μm
verwendet. Das Auftragsgewicht der Selbstklebemasse beträgt
8 g/m2.
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Prüfkriterien
-
Es
werden folgende relevante Parameter zur Beurteilung der Tauglichkeit
einer Maskierlösung gegen Schweißfunkenflug herangezogen:
- • Schälkraft der Klebebänder
von mit Ziehöl belegtem Karosserierohbaublech sofort nach
der Beklebung
- • Nahezu hohllagenfreie Aufbringbarkeit des Trägers
- • Messung der Zugkraft bei 1% Dehnung
- • Sicheres Verhindern des Einbrennens von Schweißfunken
durch das Band hindurch in das Karosserierohbaublech
- • Entflammbarkeit des Klebebandes bei vollflächigem
Substratkontakt
- • Schälkraft der Klebebänder von
mit Ziehöl belegtem Karosserierohbaublech 3 Tage nach der
Beklebung, dabei kein Verbleiben von Klebmasserückständen
auf dem Blech
-
Nur
zu Referenzzwecken geprüft:
- • Entflammbarkeit
des Klebebandes durch Schweißfunken in Hohllagen
-
Durchführung der
Tests
-
Schälkraft der Klebebänder
von mit Ziehöl belegtem Karosserierohbaublech sofort nach
der Beklebung
-
Als
Substrat wird verzinktes Karosserieblech verwendet, das mit ca.
3 g/m
2 Ziehöl Palatinol B804/3C OW
(Oest) bestrichen wird. Auf diesen wird eine Schälkraftprüfung
in Anlehnung an ASTM D3330 durchgeführt. Dazu wird der
2 cm breite und 20 cm lange Prüfling mit der Klebmasseseite
auf dem geölten Substrat platziert und durch zehnmaliges Überrollen
mit einer Andruckrolle von 4 kg angedrückt. Der Abzugswinkel beim
Abziehen mit einer Zugprüfmaschine beträgt 180°,
die Abzugsgeschwindigkeit 300 mm/min. Gemessen wird die Schälkraft
innerhalb von fünf Minuten nach dem Aufkleben. Bewertung:
| + | für
einen Messwert von mindestens 0,2 N/cm |
| – | für
einen Messwert kleiner 0,2 N/cm |
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Nahezu hohllagenfreie Aufbringbarkeit
des Trägers
-
Als
Testobjekt dient ein Schrottfahrzeug von Mercedes Benz (230 E, W124),
bei dem analog der Anwendung im Karosserierohbau der Türausschnitt
der Fahrertür des Seitenrahmens bei ausgebauter Tür
von drei Probanden beklebt wird. Zwar ist das Testobjekt lackiert,
es wird aber dennoch mit dem Ziehöl Palatinol B804/3C OW
(Oest) bestrichen, um die Gleiteigenschaften der Oberfläche
zu simulieren. Hafteigenschaften werden nicht bewertet, sondern
ausschließlich die Handhabbarkeit der verschiedenen Testklebebänder
beim Aufbringen im Hinblick auf ihre hohllagenfreie Anpassungsfähigkeit
an die unregelmäßige Haftgrundgeometrie. Die Probanden
müssen die Maskierung weitgehend ohne Hohllagen (mindestens
95% Kontakt zum Substrat) bewerkstelligen. Bewertung:
| + | für
eine mehrheitliche Bewerkstelligung der Aufgabe |
| – | für
ein mehrheitliches Scheitern an der Aufgabe |
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Messung der Zugkraft bei 1% Dehnung
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Unter
Normklima (23°C, 50% r. F.) wird ein Prüfling
von 20 mm Breite spannungsfrei so in eine Zugprüfmaschine
eingespannt, dass 100 mm Prüflingslänge zwischen
den Klemmbacken der Zugprüfmaschine verbleiben. Die Traverse
wird mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min hochgefahren und der
Kraftverlauf als Funktion der Dehnung aufgenommen. Die Zugkraft
bei einer Prüflingsdehnung von 1% wird abgelesen.
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Sicheres Verhindern des Einbrennens von
Schweißfunken durch das Band hindurch in das Karosserierohbaublech
-
Für
diesen Test werden Schweißfunken analog denen in den Schweißstraßen
der Automobilwerke erzeugt. Dazu werden zwei je 1 mm dicke verzinkte
Rohbaubleche mit einer luftgekühlten Punktschweißzange (Tecna
3580) mit 12 mm Elektrodendurchmesser und 5 mm Durchmesser der Elektrodenspitze
bei einem Zangendruck von 1,5 kN und 7 kA Schweißstrom
punktgeschweißt. Eine quadratische verzinkte Karosserieblechplatine
mit einer Kantenlänge von 75 cm wird vollflächig
mit den Testklebebändern beklebt und einen halben Meter
unterhalb der Schweißzone flach platziert, so dass ein
großer Teil der Schweißfunken auf das Blech fallen.
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Nachdem
mindestens zwanzig Funken auf dem Blech ausgeglüht sind,
werden die Klebebänder abgezogen und beurteilt, ob sich
Schweißfunken durch das Klebeband hindurch in das Blech
eingebrannt haben. Bewertung:
| + | bei
keinen in das Blech eingebrannten Schweißfunken |
| – | bei
mindestens einem in das Blech eingebrannten Schweißfunken |
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Entflammbarkeit des Klebebandes bei vollflächigem
Substratkontakt
-
Als
Zündquelle wird der gleiche Punktschweißaufbau
wie unter „Sicheres Verhindern des Einbrennens von Schweißfunken
durch das Band hindurch in das Karosserierohbaublech" benutzt. Eine
Rauchentwicklung der getroffenen Stellen ist erlaubt. Bewertung:
| + | Wenn
kein Glimmen oder keine Entzündung des Klebebandes ausgelöst
wurde |
| – | Wenn
kein Glimmen oder keine Entzündung des Klebebandes ausgelöst
wurde |
-
Schälkraft der Klebebänder
von mit Ziehöl belegtem Karosserierohbaublech 3 Tage nach
der Beklebung, dabei kein Verbleiben von Klebmasserückständen
auf dem Blech
-
Als
Substrat wird verzinktes Karosserieblech verwendet, das mit ca.
3 g/m
2 Ziehöl Palatinol B804/3C OW
(Oest) bestrichen wird. Auf diesem wird eine Schälkraftprüfung
in Anlehnung an ASTM D3330 durchgeführt. Dazu wird der
2 cm breite und 20 cm lange Prüfling mit der Klebmasseseite
auf dem geölten Substrat platziert und durch zehnmaliges Überrollen
mit einer Andruckrolle von 4 kg angedrückt. Der Abzugswinkel beim
Abziehen mit einer Zugprüfmaschine beträgt 180°,
die Abzugsgeschwindigkeit 300 mm/min. Gemessen wird die Schälkraft
nach 72 h Normklimalagerung. Nach dem Abziehen wird visuell auf
Klebmasserückstände beurteilt. Bewertung
Schälkraft:
| + | für
einen Messwert von mindestens 1 N/cm |
| – | für
einen Messwert kleiner 1 N/cm |
Bewertung
Klebmasserückstände:
| + | für
keine Klebmasserückstände oder geringe Spuren |
| – | für
deutliche oder gar vollflächige Klebmasserückstände |
-
Zu Referenzzwecken:
-
Entflammbarkeit des Klebebandes durch
Schweißfunken in Hohllagen
-
Als
Zündquelle wird der gleiche Punktschweißaufbau
wie unter „Sicheres Verhindern des Einbrennens von Schweißfunken
durch das Band hindurch in das Karosserierohbaublech" benutzt. Im
Unterschied dazu werden die Klebebänder ohne Substratkontakt
frei aufgespannt, um die Wärmeabfuhr zu verhindern. Die Schweißfunken
fallen somit auf die Trägerseite der Klebebänder.
Eine Rauchentwicklung der getroffenen Stellen ist erlaubt. Bewertung:
| + | Wenn
kein Glimmen oder keine Entzündung des Klebebandes ausgelöst
wurde |
| – | Wenn
kein Glimmen oder keine Entzündung des Klebebandes ausgelöst
wurde |
-
Ergebnisse
-
Die
Ergebnisse der Maskierlösungen sind in folgender Tabelle
zusammengefasst. Dabei genügt die Nichterfüllung
eines Kriteriums, um die Maskierlösung insgesamt als untauglich
für das erfindungsgemäße Schweißverfahren
zu bewerten. Bewertung:
| + | Gesamturteil:
taugliche Maskierlösung |
| – | Gesamturteil:
untaugliche Maskierlösung |
- *Größe
ist nicht messbar, Träger reißt vor Erreichung
von 1% Dehnung (extrem hoher Wert für die Zugkraft bei 1%
Dehnung).
-
Gegenbeispiel
1 zeigt die Nichteignung von Polyacrylsäureesterklebmassen
für diesen Anwendungsfall.
-
Die
Gegenbeispiele 2 bis 4 zeigen, dass eine hohllagenfreie Aufbringbarkeit
nur dann gegeben ist, wenn die Zugkraft bei 1% Dehnung kleiner als
3 N/cm ist.
-
Gegenbeispiel
5 demonstriert die Notwendigkeit der Mindestdicke von 40 μm.
-
Keines
der Bänder mit Ausnahme des wegen seiner besonders großen
Steifigkeit äußerst schwierig händelbaren
Gegenbeispieles 2 übersteht den Funkenflug ohne Entzündung,
wenn es in Hohllagen liegt. Somit wird gezeigt, dass die nahezu
vollflächige Verklebung auf dem Blech die Entzündung
verhindert. Dieses gelingt jedoch nur in praktikabler Weise auf
im Regelfall dreidimensional geformten Substratgeometrien, wenn das
Klebeband eine ausreichende Flexibilität, hier ausgedrückt
durch die Zugkraft bei 1% Dehnung, aufweist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2000237873
A1 [0012]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Gächter/Müller,
Handbuch der Kunststoffadditive, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag
1990 [0035]
- - Ullmann's Enzyklopädie der technischen Chemie, Band
12, Seiten 525 bis 555 (4. Auflage), Weinheim [0043]
