DE102009042467A1

DE102009042467A1 - Fügeverfahren, Fügevorrichtung und Befestigungselement

Info

Publication number: DE102009042467A1
Application number: DE102009042467A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Gisbert Dr. Schmitt; Carsten Dr.-Ing. Bär; Reinhold Opper; Simon Dietz
Original assignee: Audi AG; Newfrey LLC
Current assignee: Audi AG; Newfrey LLC
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2011-03-24
Also published as: EP2480616B1; CN102666761A; WO2011036008A2; KR20120089275A; KR101741861B1; US8741081B2; JP5730313B2; WO2011036008A3; JP2013505343A; EP2480616A2; US20120227889A1; CN102666761B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Befestigungselementes (26) auf einen Oberflächenabschnitt (34) eines Bauteils (32), wobei das Befestigungselement (26) eine Klebefläche (109) aufweist, auf die ein thermisch schmelz- und aushärtbarer Klebstoff (30) aufgebracht ist, mit den Schritten - Vorerwärmen des Klebstoffes (30) auf eine erste Temperatur (T1), um diesen zu aktivieren; - Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes (34) auf eine zweite Temperatur (T2); und - Aufsetzen der Klebefläche (109) auf den Oberflächenabschnitt (34); wobei der Klebstoff (30) nach dem Aufsetzen der Klebefläche (109) auf den Oberflächenabschnitt (34) auf eine dritte Temperatur (T3) haupterwärmt wird, um diesen auszuhärten und damit das Befestigungselement (26) dauerhaft an dem Bauteil (32) zu befestigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Befestigungselements auf einen Oberflächenabschnitt eines Bauteils, wobei das Befestigungselement eine Klebefläche aufweist, auf die ein thermisch zunächst schmelzbarer und danach thermisch aushärtbarer Klebstoff aufgebracht ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Fügevorrichtung zum Fügen eines Befestigungselementes auf einen Oberflächenabschnitt eines Bauteils, insbesondere gemäß dem genannten Verfahren, und betrifft schließlich ein Befestigungselement als solches.
Das eingangs genannte Fügeverfahren ist insbesondere auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik anwendbar. Im Karosseriebau besteht ein Bedarf nach der Befestigung von Befestigungselementen an Bauteilen wie Blechen (Karosserieblech). Derartige Befestigungselemente dienen dabei häufig als Anker zur Befestigung weiterer Gegenstände, wie beispielsweise elektrische Leitungen und Bremsleitungen. Häufig wird hierbei auf das Befestigungselement ein Kunststoffclip aufgesetzt, an dem diese Gegenstände dann wiederum festgelegt werden. Auch ist es möglich, an dem Befestigungselement direkt Verkleidungsteile, Teppiche, Armaturenelemente, etc. aufzurasten.
Fahrzeugkarosserien werden traditionell aus Metall hergestellt (Blech oder Aluminium). Hierbei ist es bekannt, zum Fügen eines Befestigungselementes in Form eines Bolzens das sogenannte Bolzenschweißen anzuwenden, bei dem gegenüberliegende Flächen des Bolzens und des Karosseriebleches mittels eines Lichtbogens angeschmolzen werden und anschließend eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Blech und dem Bolzen eingerichtet wird.
Ferner ist es bekannt, Befestigungselemente aus einem thermoplastischen Material auf thermoplastische Bauteile zu fügen, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen angeschmolzen werden und letztlich ebenfalls eine stoffschlüssige Verbindung erzielt wird.
Es besteht jedoch auch ein Bedarf danach, Befestigungselemente allgemeiner Art auf beliebige Oberflächen zu fügen, beispielsweise auf lackierte Bleche, aber auch auf GFK- oder CFK-Bauteile. Da in den letzten Jahren ein verstärkter Trend hin zu Leichtbau-Karosserien besteht, werden GFK- oder CFK-Bauteile vermehrt als Karosserieteile verwendet.
Für derartige allgemeine Fügeaufgaben eignet sich das Kleben von Befestigungselementen auf Bauteile. Hierbei ist auf eine Klebefläche des Befestigungselementes ein Klebstoff aufgebracht. Der Klebstoff ist dabei bevorzugt von einer solchen Art, dass er an der Klebefläche in einer Art festem Zustand aufgebracht ist, so dass das Befestigungsbauteil mit dem daran aufgebrachten Klebstoff als Schüttgut oder Ähnliches bereitgestellt werden kann. Dies ist für eine Serienfertigung von großer Bedeutung.
Derartige Klebstoffe werden durch Erwärmen in einen zähflüssigen Zustand gebracht, so dass nach dem Aufsetzen der Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt des Bauteils eine Klebeverbindung eingerichtet werden kann, die nach dem Aushärten für die Lebensdauer des Kraftfahrzeuges hält.
Aus dem Dokument DE 10 2004 012 786 A1 ist eine Fügevorrichtung zum Befestigen derartiger Bauteile an einer Trägerfläche bekannt. Dabei ist das Bauteil als Bolzen mit einem Schaftabschnitt und einem Flanschabschnitt ausgebildet, und zwar aus einem induktiv erwärmbaren Material. Das Erwärmen des Klebstoffs vor dem Aufsetzen auf die Trägerfläche erfolgt induktiv, indem über einen induktiven Feldformer Induktionsenergie in den Flanschabschnitt des Befestigungselementes eingeführt wird, so dass das Befestigungselement und indirekt hierdurch auch der daran aufgebrachte Klebstoff erwärmt wird. Nach dem Aufbringen des Befestigungselementes auf das Trägerbauteil wird die induktive Energiezufuhr beendet, und der Klebstoff verfestigt sich, um die Klebeverbindung einzurichten.
Aus dem Dokument EP 1 250 391 B1 ist eine weitere Vorrichtung zum Ankleben von Befestigungselementen auf Trägerflächen bekannt, wobei die Befestigungselemente mit einem durch Wärmeeinwirkung reaktivierbaren Schmelzklebstoff beschichtet sind. Der Klebstoff wird vor dem Aufbringen auf die Trägerfläche über Heißluft erwärmt, wobei gleichzeitig die Trägerfläche angewärmt wird. Nach dem Aufsetzen des Befestigungselementes auf die Trägerfläche wird die Wärmezufuhr beendet. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Befestigungselement an die Trägerfläche angeheftet wird. Wie die anschließende Endaushärtung und Endvernetzung des Klebstoffes erfolgt, ist in diesem Dokument nicht ausgeführt. Die dort erzielte Haftverbindung soll lediglich eine funktionelle Festigkeit erreichen, die einen problemlosen Transport des geklebten Teils ermöglicht.
In der Großserienfertigung ist die zum Durchführen des Fügeverfahrens benötigte Zeitdauer von besonderer Bedeutung. Bisherige Ansätze zum Durchführen von Klebeverfahren benötigen häufig eine Zeitdauer von zwei Minuten oder mehr. Dies ist im Vergleich zu dem eingangs genannten Bolzenschweißen deutlich länger, so dass ein Bedarf besteht, diese Zeit zu verkürzen.
Vor dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fügeverfahren, eine verbesserte Fügevorrichtung sowie ein verbessertes Befestigungsteil anzugeben.
Diese Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Verfahren zum Fügen eines Befestigungselementes auf einen Oberflächenabschnitt eines Bauteils, wobei das Befestigungselement eine Klebefläche aufweist, auf die ein thermisch schmelz- und aushärtbarer Klebstoff aufgebracht ist, mit den Schritten, den Klebstoff zunächst auf eine erste Temperatur vorzuerwärmen, um diesen zu schmelzen, den Oberflächenabschnitt auf eine zweite Temperatur vorzuerwärmen und die Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt aufzusetzen, wobei der Klebstoff nach dem Aufsetzen der Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt auf eine dritte Temperatur haupterwärmt wird, um den Klebstoff auszuhärten und damit das Befestigungselement dauerhaft an dem Bauteil zu befestigen.
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Fügevorrichtung zum Fügen eines Befestigungselementes auf einen Oberflächenabschnitt eines Bauteils, insbesondere gemäß dem oben genannten Verfahren, wobei das Befestigungselement eine Klebefläche aufweist, auf die ein thermisch schmelz- und aushärtbarer Klebstoff aufgebracht ist, mit einer Halteeinrichtung zum Halten eines Befestigungselementes, wobei die Halteeinrichtung dazu ausgelegt ist, entlang einer Fügeachse verfahren zu werden, mit wenigstens einer Heizeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Klebstoff und den Oberflächenabschnitt zu erwärmen, und mit einer Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die wenigstens eine Heizeinrichtung so anzusteuern, dass der Klebstoff zunächst vorerwärmt wird, anschließend die Halteeinrichtung auf das Bauteil zu verfahren wird, um das Befestigungselement auf den Oberflächenabschnitt aufzusetzen, und schließlich die wenigstens eine Heizeinrichtung so angesteuert wird, dass der Klebstoff zwischen dem Befestigungselement und dem Oberflächenabschnitt zum Zwecke seiner Aushärtung erwärmt wird.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Befestigungselement, das sich insbesondere zur Verwendung mit dem oben genannten Verfahren eignet, wobei das Befestigungselement einen Schaftabschnitt und einen sich an den Schaftabschnitt anschließenden Flanschabschnitt mit einer größeren Querschnittsfläche als der Schaftabschnitt aufweist, wobei der Flanschabschnitt eine Klebefläche aufweist, auf die ein thermisch schmelz- und aushärtbarer Klebstoff aufgetragen ist, wobei an der Klebefläche wenigstens eine Abstandseinstellnase ausgebildet ist, und wobei vorzugsweise an der der Klebefläche gegenüberliegenden Seite des Flanschabschnittes wenigstens eine Erhebung ausgebildet ist.
Durch das erfindungsgemäße Fügeverfahren und die erfindungsgemäße Fügevorrichtung lassen sich Befestigungselemente auf Oberflächenabschnitte von Bauteilen kleben, und zwar innerhalb sehr kurzer Zeiten von kleiner 60 Sekunden, vorzugsweise kleiner 30 Sekunden, insbesondere kleiner 10 Sekunden.
Ein Grund hierfür liegt darin, das vor dem Aufsetzen der Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt nicht nur der Klebstoff auf eine erste Temperatur vorerwärmt wird, sondern auch der Oberflächenabschnitt auf eine zweite Temperatur vorerwärmt wird, wobei die zweite Temperatur vorzugsweise etwa gleich der ersten Temperatur ist (beispielsweise im Bereich größer 100°C und kleiner 200°C).
Ferner wird dies dadurch erreicht, dass der Klebstoff nach dem Aufsetzen der Klebefläche auf eine dritte Temperatur haupterwärmt wird, um den Klebstoff auszuhärten. Dabei soll die Haupterwärmung auf die dritte Temperatur vorzugsweise so erfolgen, dass der Klebstoff endvernetzt wird.
Der Klebstoff basiert vorzugsweise auf einem Epoxidharz, das in relativ kurzer Zeit vernetzbar ist.
Durch die Vorerwärmung des Oberflächenabschnittes können dabei die Dauer des Klebeprozesses und die Qualität der Klebung entscheidend beeinflusst werden.
Durch die Vorerwärmung des Oberflächenabschnittes kann dabei erreicht werden, dass der Klebstoff nach dem Aufsetzen nicht wieder abkühlt. Mit anderen Worten entsteht kein großes Temperaturgefälle zwischen dem Befestigungselement und dem Bauteil. Hierdurch kann vermieden werden, dass Klebstoff unmittelbar an der Klebefläche bereits vernetzt ist, am Bauteil jedoch noch Feuchtigkeit ausdampft, die eine adhäsive Bindung zwischen dem Klebstoff und dem Bauteil verzögert. Auch erfolgt durch das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes eine Art Reinigung, da sich durch die Erwärmung Verunreinigungen an dem Oberflächenabschnitt leichter bzw. im Idealfall von selber lösen (durch Ausdiffundieren bzw. durch das Ausdampfen von Feuchtigkeit aus dem Bauteil heraus). Auch Trennmittelrückstände werden durch das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes entfernt.
In unmittelbarer Folge nach dem Vorerwärmen von Klebstoff und Oberflächenabschnitt und dem Aufsetzen der Klebefläche auf dem Oberflächenabschnitt erfolgt vorzugsweise das Endvernetzen des Klebstoffes und damit das vollständige Aushärten des Klebstoffes durch den Haupterwärmungsschritt.
Durch die Ausbildung von Abstandseinstellnasen an der Klebefläche ist es möglich, das Aufsetzen der Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt durch Aufbringen einer vorbestimmten Kraft auf das Befestigungselement durchzuführen, wobei die Abstandseinstellnasen auf dem Oberflächenabschnitt anliegen und folglich für eine vorbestimmte Beabstandung zwischen der Klebefläche und dem Oberflächenabschnitt (und vorzugsweise auch für eine hinreichende Parallelität dazwischen) sorgen.
Die Höhe der Abstandseinstellnasen gegenüber der Klebefläche ist vorzugsweise kleiner als die Höhe des darauf aufgebrachten, thermisch schmelz- und aushärtbaren Klebstoffes.
Unter einem thermisch schmelz- und aushärtbaren Klebstoff soll vorzugsweise ein Klebstoff verstanden werden, der in einem flüssigen oder pastösen Zustand auf eine Klebefläche aufgebracht worden ist und noch nicht endvernetzt worden ist, derart, dass der Klebstoff thermisch bzw. durch Wärme schmelzbar und durch höhere Wärme aushärtbar ist.
Sofern an der Klebefläche keine Abstandseinstellnasen vorhanden sind, kann die Distanz zwischen der Klebefläche und dem Oberflächenabschnitt auch auf andere Art und Weise eingestellt werden, beispielsweise durch Regelung einer Kraft und/oder einer Position, mit der das Befestigungselement auf das Bauteil aufgesetzt wird.
Der Begriff des Aufsetzens der Klebefläche ist daher im vorliegenden Fall so zu verstehen, dass die Klebefläche mit einem gewissen Abstand von dem Oberflächenabschnitt auf diesen aufgesetzt wird, also an den Oberflächenabschnitt angenähert wird, um zu vermeiden, dass der vorerwärmte Klebstoff zwischen der Klebefläche und dem Oberflächenabschnitt vollständig verdrängt wird.
Insgesamt ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn sämtliche Erwärmungsschritte von einer Fügeseite des Bauteils aus erfolgen können. Dies ist insbesondere im Karosseriebau von Bedeutung, da die dort verwendeten Karosseriebauteile häufig nur von einer Seite aus zugänglich sind.
Das Befestigungselement kann aus verschiedenen Materialien aufgebaut sein, beispielsweise aus einem duroplastischen Kunststoff oder aus einem Metall. Sofern für das Befestigungselement Kunststoff verwendet wird, ist es bevorzugt, in diesem Metallpartikel einzulagern, um eine Erwärmung des Befestigungselementes auf induktive Art und Weise zu ermöglichen.
Der Klebstoff ist vorzugsweise ebenfalls oder auch nur alleine mit metallischen Partikeln versetzt, um die möglichst schnelle Erwärmung des Klebstoffes zu erleichtern.
Das Bauteil kann ein metallisches Bauteil sein, lackiert oder unlackiert. Ferner kann das Bauteil ein Kunststoff-Bauteil, insbesondere aus duroplastischem Kunststoff, ein GFK-Bauteil oder ein CFK-Bauteil sein. Zum Zwecke der leichteren Erwärmung von Kunststoff, GFK bzw. CFK (vorzugsweise mit duroplastisch aushärtendem Matrixharz) kann es bevorzugt sein, in das Bauteil zumindest im Bereich des Oberflächenabschnittes besser leitfähige Partikel (insbesondere Metallpartikel bzw. ein Metallgitter oder Ähnliches) einzuformen, so, dass es von außen nicht sichtbar ist.
Nach dem Haupterwärmen des Klebstoffes und dessen Aushärtung kann es ggf. notwendig sein, die Klebestelle zu kühlen. Auch kann es notwendig sein, die wenigstens eine Heizeinrichtung wieder herunterzukühlen, bevor ein neues Befestigungselement eingesetzt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren ist es von besonderem Vorzug, wenn die dritte Temperatur gleich der ersten Temperatur ist, besonders bevorzugt höher als die erste Temperatur. Die dritte Temperatur kann beispielsweise im Bereich größer 150° liegen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Vorerwärmen des Klebstoffes und/oder das Haupterwärmen des Klebstoffes beinhaltet, das Befestigungselement zu erwärmen, wobei eine Wärmeleitung von dem Befestigungselement in den Klebstoff erfolgt.
Auf diese Weise ist es möglich, den Klebstoff indirekt zu erwärmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Erwärmen des Befestigungselementes und/oder das Vorerwärmen des Bauteils eine induktive Erwärmung.
Das Erwärmen des Befestigungselementes durch induktive Techniken ist beispielsweise aus dem eingangs genannten Dokument DE 10 2004 012 786 A1 bekannt.
Eine induktive Wärmequelle kann jedoch auch zum Vorerwärmen des Bauteils verwendet werden, wobei das Bauteil Metall aufweisen kann, aber auch vollständig aus GFK oder CFK bestehen kann (auch diese Materialien weisen eine gewisse Leitfähigkeit auf, so dass eine induktive Erwärmung möglich ist).
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Vorerwärmen des Bauteils eine Erwärmung durch Wärmekonvektion und/oder durch Wärmestrahlung beinhaltet. Eine derartige Vorerwärmung beinhaltet vorzugsweise eine IR-Wärmestrahlung, die auf den Oberflächenabschnitt gerichtet ist und/oder das Richten von Heißluft auf den Oberflächenabschnitt und/oder das Verwenden eines Lasers zum Erwärmen des Oberflächenabschnittes (beispielsweise auf scannende Art und Weise).
Auch das Erwärmen des Bauteils kann auf diese Art und Weise erfolgen, obgleich eine induktive Erwärmung des Befestigungselementes bzw. des Klebstoffes bevorzugt ist.
Schließlich ist es auch möglich, zum Erwärmen des Klebstoffes bzw. des Oberflächenabschnittes elektrische Widerstandswärme oder Reibwärme einzusetzen.
All diese Erwärmungsverfahren können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn das Vorerwärmen des Befestigungselementes und das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes zeitlich überlappend erfolgen.
Hierdurch kann die Prozesszeit verkürzt werden. Ferner können das Vorerwärmen des Befestigungselementes und das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes durch ein einzelnes Heizmittel erfolgen, obgleich es auch hierbei bevorzugt sein kann, für diese Zwecke getrennte Heizmittel vorzusehen.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Befestigungselement vor dem Vorerwärmen in eine definierte räumliche Lage zu dem Bauteil versetzt wird.
Die definierte räumliche Lage kann beispielsweise eine Lage parallel zu der Bauteiloberfläche mit einem geringen Abstand hierzu sein. Bei einer solchen relativen Positionierung können Mittel zum Vorerwärmen des Befestigungselementes und Mittel zum Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes auf relativ einfache Weise in einem Fügewerkzeug integriert werden, das entweder von Hand geführt oder mittels eines Roboters verfahren wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform erfolgen das Vorerwärmen des Klebstoffes und das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes zeitlich nacheinander.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, getrennte Heizmittel zu verwenden, die vorzugsweise unabhängig voneinander bewegbar sind. Dieses bevorzugte Verfahren eignet sich insbesondere zum Durchführen einer Mehrzahl von Befestigungselementen auf Bauteile, und zwar in schneller Abfolge. Hierbei kann während des Durchführens eines Haupterwärmungsvorganges bereits der Oberflächenabschnitt einer nachfolgenden Fügestelle vorerwärmt werden.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes und das Aufsetzen der vorerwärmten Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt steuerungstechnisch derart verknüpft sind, dass das Aufsetzen nur innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung des Vorerwärmens des Oberflächenabschnittes zulässig ist.
Bei dieser Ausführungsform kann vermieden werden, dass der Oberflächenabschnitt wieder soweit erkaltet ist, dass die erfindungsgemäßen Vorteile nicht mehr hinreichend erreicht werden können. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Vorerwärmen des Klebstoffes und das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes zeitlich nacheinander erfolgen.
Generell ist es bevorzugterweise auch möglich, den Oberflächenabschnitt bei der sequentiellen Erwärmung auf eine erhöhte Temperatur zu erwärmen, die beispielsweise höher ist als die erste Temperatur. Dabei kann die Zeit berücksichtigt werden, bis das Befestigungselement auf den vorerwärmten Oberflächenabschnitt aufgesetzt wird, beispielsweise derart, dass die Abkühlung des Oberflächenabschnittes so erfolgt, dass der Oberflächenabschnitt beim Aufsetzen des Befestigungselementes etwa die gleiche Temperatur hat wie der vorerwärmte Klebstoff.
Insgesamt ist es ferner bevorzugt, wenn wenigstens ein erstes und ein zweites Befestigungselement auf einen ersten bzw. einen zweiten Oberflächenabschnitt gefügt werden, wobei das Haupterwärmen des ersten Befestigungselementes und das Vorerwärmen des zweiten Oberflächenabschnittes zeitlich überlappend erfolgen.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann geeignet, wenn eine Mehrzahl von Befestigungselementen auf Bauteile zu fügen sind. Durch die „Verschachtelung” der Erwärmungsprozesse kann insgesamt eine deutlich kürzere Prozesszykluszeit erreicht werden. Dies gilt natürlich insbesondere dann, wenn das Vorerwärmen eines Oberflächenabschnittes mittels eines Heizmittels erfolgt, das unabhängig ist von dem Heizmittel zum Vorerwärmen des Klebstoffes. Sofern die Befestigungselemente in vorbestimmten Rastern bzw. Abständen aufeinander aufzubringen sind, können diese Heizmittel auch in entsprechender Beabstandung voneinander an einem einzelnen Gehäuse vorgesehen sein.
Bei der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung ist es bevorzugt, wenn die wenigstens eine Heizeinrichtung erste Heizmittel zum Erwärmen des Klebstoffes und zweite Heizmittel zum Erwärmen des Oberflächenabschnittes aufweist, wobei die ersten Heizmittel und die Halteeinrichtung an einem Gehäuse eines Fügewerkzeuges angeordnet sind.
In dem Fügewerkzeug kann ein zu fügendes Befestigungselement mittels der Halteeinrichtung gehalten werden. Ein derart gehaltenes Befestigungselement bzw. der daran aufgebrachte Klebstoff kann dann mittels der ersten Heizmittel erwärmt werden, während das Befestigungselement an der Halteeinrichtung gehalten ist. Anschließend kann die Halteeinrichtung entlang der Fügeachse auf das Bauteil zu verfahren werden, um die Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt aufzusetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind auch die zweiten Heizmittel an dem Gehäuse des Fügewerkzeuges angeordnet.
Dies ermöglicht einen einfachen und kompakten Aufbau, der auch beispielsweise für Handpistolenanwendungen geeignet ist.
Die ersten Heizmittel sind bevorzugt induktive Heizmittel. Die zweiten Heizmittel sind bevorzugt IR-Wärmestrahlungs-Heizmittel, Heißluft-Heizmittel oder Laser-Heizmittel.
Ferner ist es hierbei bevorzugt, wenn eine Einheit aus der Halteeinrichtung und den ersten Heizmitteln und/oder die zweiten Heizmittel an dem Fügewerkzeug versetzbar ausgebildet sind.
Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das Fügewerkzeug für einen Fügeprozess in eine vorbestimmte Position verfahren wird und in einer ersten Versatzposition der zweiten Heizmittel der Oberflächenabschnitt vorerwärmt wird, während die ersten Heizmittel überlappend hierzu den Klebstoff erwärmen. Anschließend kann die Position der Einheit aus Halteeinrichtung und den ersten Heizmitteln und die Position der zweiten Heizmittel quasi vertauscht werden, so dass der eigentliche Fügeprozess mit dem Aufsetzen der Klebefläche auf das Bauteil ohne Bewegung des Gehäuses des Fügewerkzeuges möglich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind eine Einheit aus der Halteeinrichtung und den ersten Heizmitteln und die zweiten Heizmittel unabhängig voneinander bewegbar.
Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für einfache manuelle Anwendungen oder für automatisierte Anwendungen, bei denen eine Mehrzahl von Befestigungselementen in schneller Folge nacheinander auf Bauteile zu fügen ist. Hierbei wird dann während des Durchführen eines Fügevorganges ein folgender Oberflächenabschnitt bereits vorerwärmt, der dann, wenn mittels des Fügewerkzeuges das Folgebauteil übernommen und dessen Klebstoff erwärmt ist, bereits die geeignete Vorerwärmungstemperatur hat.
Generell kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einem einzelnen Heizmittel für die Vorerwärmungsschritte und den Haupterwärmungsschritt durchgeführt werden. Dieses kann beispielsweise ein induktives Heizmittel sein. Alternativ ist es möglich, für das Erwärmen des Klebstoffes einerseits und für das Erwärmen des Oberflächenabschnittes anderseits voneinander getrennte Heizmittel vorzusehen.
Das Befestigungselement kann ein metallischer oder duroplastischer Bolzen mit einem Befestigungsbereich (z. B. Gewinde oder Schnappverschluss) zur Aufnahme von z. B. Schraubverbindungen oder Kunststoff-Clips sein. Ein duroplastisches Befestigungselement in Form eines Clips kann z. B. einen Befestigungsbereich (z. B. Klemmverschluss zur Aufnahme von Leitungen oder kleinen Bauteilen) aufweisen.
Das Befestigungselement weist vorzugsweise einen Klebefuß auf, an dem die Klebefläche ausgebildet ist. Auf der Klebefläche ist der aufgetragene, vorapplizierte, aber noch reaktivierbare Klebstoff angeordnet.
Der verwendete Klebstoff ist vorzugsweise mit Wärme schmelzbar und aushärtbar (vernetzbar), und weist z. B. Epoxidharz als Hauptbestandteil auf.
Insbesondere bei dem Fügen von Befestigungselementen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf GFK- bzw. CFK-Bauteile hat die Vorerwärmung des Oberflächenabschnittes den Vorteil, dass Feuchtigkeit und Trennmittelrückstände aus dem Bauteil entfernt werden können, so dass eine gleichmäßige Reinigung und Aktivierung der Oberflächen in der Klebezone erfolgen kann, bevor die eigentliche Aushärtung bzw. Vernetzung (Endvernetzung) des Klebstoffs erfolgt.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung in einem Vorerwärmungsschritt;
2 einen Teil der Fügevorrichtung der 1 in einem Haupterwärmungsschritt;
3 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Fügewerkzeuges einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung;
4 eine weitere Ausführungsform eines Fügewerkzeuges einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung in einer schematischen Ansicht von oben;
5 eine weitere Ausführungsform eines Fügewerkzeuges einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung in einer schematischen Ansicht von oben;
6 eine weitere Ausführungsform eines Fügewerkzeuges einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung in einem Vorerwärmungsschritt;
7 das Fügewerkzeug der 6 in einem Haupterwärmungsschritt;
8 das Fügewerkzeug der 7 nach dem Lösen von dem aufgeklebten Befestigungselement;
9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung zum Fügen einer Mehrzahl von Befestigungselementen auf Bauteile;
10 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes;
11 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Befestigungselementes;
12 eine Draufsicht auf das Befestigungselement der 11; und
13 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Fügewerkzeuges einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung.
In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Fügevorrichtung generell mit 10 bezeichnet. Die Fügevorrichtung 10 beinhaltet einen Roboter 12, der in an sich bekannter Weise wenigstens einen Arm 16 aufweist. Ferner weist die Fügevorrichtung 10 eine Steuer/Energieversorgungseinheit 14 auf, die mit dem Roboter 12 verbunden ist.
An dem Arm 16 ist ein Fügekopf 20 angeordnet, der über ein (nicht dargestelltes) Schlauchpaket mit der Steuer/Energieversorgungseinheit 14 verbunden ist. Der Fügekopf 20 beinhaltet ein Fügewerkzeug 22. Das Fügewerkzeug 22 weist eine Halteeinrichtung 24 für ein Befestigungselement 26 auf und ist dazu ausgelegt, mit einem daran gehaltenen Befestigungselement 26 entlang einer Fügeachse 28 bewegt zu werden, wie es durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
Das Befestigungselement 26 weist eine nicht näher bezeichnete Klebefläche auf, auf die ein thermisch zunächst schmelzbarer und danach thermisch aushärtbarer Klebstoff 30 aufgetragen ist.
Die Fügevorrichtung 10 ist dazu ausgelegt, das Befestigungselement 26 entlang der Fügeachse 28 auf ein Bauteil 32 zu fügen. Genauer gesagt wird das Bauteil 32 auf einen Oberflächenabschnitt 34 des Bauteils 32 geklebt, und zwar durch thermisches Schmelzen und thermisches Aushärten des Klebstoffes 30, durch Aufsetzen der Klebefläche auf den Oberflächenabschnitt 34 und durch thermisches Aushärten bzw. Vernetzen des Klebstoffes 30.
Der Fügekopf 20 beinhaltet ferner eine Heizeinrichtung 36. Die Heizeinrichtung 36 weist erste Heizmittel 38 auf, die an dem Fügewerkzeug 22 angeordnet sind. Die ersten Heizmittel 38 sind dazu ausgelegt, den Klebstoff 30 zu erwärmen, um diesen zunächst zu schmelzen und später auszuhärten. Die ersten Heizmittel 38 können dazu ausgelegt sein, den Klebstoff 30 direkt zu erwärmen. Im vorliegenden Fall erfolgt die Erwärmung des Klebstoffes 30 jedoch dadurch, dass die ersten Heizmittel 38 das Befestigungselement 26 erwärmen, und zwar durch eine Wärmeübergang 40. Ferner findet eine Erwärmung des Klebstoffes 30 durch einen Wärmeübergang 42 innerhalb des Befestigungselementes 26 statt. Es versteht sich, dass das Befestigungselement 26 in diesem Fall vorzugsweise gut wärmeleitend ausgebildet ist, also beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt ist oder aus einem Kunststoffmaterial mit darin eingeschlossenen wärmeleitenden (metallischen) Partikeln.
Der Fügekopf 20 beinhaltet ferner zweite Heizmittel 44, die benachbart zu dem Fügewerkzeug 22 angeordnet sind. Das Fügewerkzeug 22 ist relativ zu den zweiten Heizmitteln 44 entlang der Fügeachse 28 bewegbar. Die zweiten Heizmittel 44 sind dazu ausgelegt, den Oberflächenabschnitt 34 zu erwärmen, und zwar durch Wärmeübertragung 46. Ferner beinhaltet der Fügekopf 20 eine Steuereinrichtung 48, die gemeinsam mit den zweiten Heizmitteln 44 in einem Gehäuse 50 angeordnet ist. Das Fügewerkzeug 22 ist relativ zu dem Gehäuse 50 entlang der Fügeachse 28 bewegbar. Zur Verdeutlichung der relativen Bewegbarkeit ist zwischen dem Fügewerkzeug 22 und dem Gehäuse 50 eine Trennlinie 52 eingezeichnet. Alternativ hierzu können die zweiten Heizmittel 44 jedoch auch mit dem Fügewerkzeug 22 mitbewegt werden.
Mit der Fügevorrichtung 10 lässt sich ein Fügevorgang wie folgt durchführen. Zunächst wird der Fügekopf 20 mittels des Roboters 12 in eine Position verfahren, bei der das Befestigungselement 26 im Bereich des Oberflächenabschnittes 34 angeordnet ist und in der die zweiten Heizmittel 44 in einer Position sind, so dass der Oberflächenabschnitt 34 erwärmt werden kann. Anschließend (oder bereits vorher) werden die ersten Heizmittel 38 eingeschaltet, um den Klebstoff 30 auf eine erste Temperatur T1 zu erwärmen, die beispielsweise größer 100°C und kleiner 200°C sein kann. Ferner werden überlappend hierzu oder gleichzeitig hiermit die zweiten Heizmittel 44 eingeschaltet, um den Oberflächenabschnitt 44 zu erwärmen, und zwar auf eine zweite Temperatur T2, die vorzugsweise etwa gleich groß ist wie die erste Temperatur T1. Anschließend wird das Fügewerkzeug 22 entlang der Fügeachse 28 auf den Oberflächenabschnitt 34 zu abgesenkt, so dass der durch die Erwärmung folglich zähflüssige Klebstoff 30 in Anlage an den ebenfalls vorerwärmten Oberflächenabschnitt 34 gelangt. Anschließend oder kurz vorher werden die zweiten Heizmittel 44 abgeschaltet. Das Befestigungselement 26 wird in einer Position gehalten, in der die Klebefläche des Befestigungselementes 26 von dem Oberflächenabschnitt 34 etwas beabstandet ist. Die Position ist jedoch so ausgewählt, dass der zähflüssige Klebstoff 30 um ein gewisses Maß radial nach außen verdrängt wird, so dass sich außen um das Befestigungselement 26 herum ein Wulst 53 ergibt, wie es in 2 dargestellt ist. In diesem Zustand werden die ersten Heizmittel 38 so betrieben, dass der Klebstoff 30 auf eine dritte Temperatur T3 erwärmt wird, die gleich der ersten Temperatur T1 oder der zweiten Temperatur T2 sein kann, vorzugsweise jedoch größer ist als die erste Temperatur T1 und die zweite Temperatur T2. Die dritte Temperatur T3 kann beispielsweise größer als 150°C sein, ggf. auch größer als 200°C. Durch die Erwärmung des Klebstoffes 30 auf die dritte Temperatur T3 wird der Klebstoff 30 vernetzt, im Idealfall vollständig vernetzt, und zwar solange, bis der Klebstoff vollständig ausgehärtet ist und seine im Wesentlichen vollständige Klebefestigkeit erreicht hat.
Anschließend wird das Fügewerkzeug 22 wieder zurückgefahren, wobei die Halteeinrichtung 24 das nunmehr auf das Bauteil 32 gefügte Befestigungselement 26 freigibt. Anschließend kann von der Halteeinrichtung 24 ein weiteres Befestigungselement 26 aufgenommen werden, das auf einen weiteren Oberflächenabschnitt 34 zu fügen ist. Ggf. kann es vorteilhaft sein, den Klebstoff 30 nach dem Ausschalten der zweiten Heizmittel 44 zu kühlen (beispielsweise mittels Kühlluft). Auch kann es ggf. vorteilhaft sein, die Halteeinrichtung 24 zu kühlen, damit ein neu aufgenommenes Befestigungselement 26 nicht von Anfang an zu hoch erwärmt wird.
Nachstehend werden weitere Ausführungsformen von Fügevorrichtungen, Fügewerkzeugen und damit durchführbaren Fügeverfahren erläutert. Diese basieren hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell auf der unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen Fügevorrichtung 10. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Fügekopfes 20 gezeigt. Der Fügekopf 20 beinhaltet eine Pneumatik 54, mittels der beispielsweise die Bewegung des Fügewerkzeuges entlang der Fügeachse 28 erzeugt wird, wobei die Fügebewegung bei 56 gezeigt ist.
Ferner können das Fügewerkzeug 22 und die zweiten Heizmittel 44 relativ zu dem Gehäuse 50 zwischen zumindest zwei Wechselpositionen bewegbar sein, was wiederum durch die Pneumatik 54 erzeugt wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, zunächst die zweiten Heizmittel 44 direkt oberhalb des Oberflächenabschnittes 34 anzuordnen, um diesen vorzuerwärmen. Anschließend können die Positionen von zweiten Heizmitteln 44 und Fügewerkzeug 22 „vertauscht” werden, so dass dann das Fügewerkzeug 22 unmittelbar oberhalb des Oberflächenabschnittes 34 angeordnet ist. Diese Wechselbewegungen können entweder linear in Bezug auf das Gehäuse 50 erfolgen, wie es bei 58 gezeigt ist, oder durch rotatorische Bewegungen, wie es bei 60 gezeigt ist.
An dem Gehäuse 50 ist ferner die Steuereinrichtung 48 vorgesehen sowie ein Roboterdock 62 zum Ansetzen des Fügekopfes 20 an einen Arm 16 des Roboters 12. Schließlich weist der Fügekopf 20 einen Anschluss 64 für ein Schlauchpaket auf. Über das Schlauchpaket kann beispielsweise Pressluft für die Pneumatik 54 zugeführt werden, aber auch elektrische Energie zum Betrieb der Heizmittel 38, 44, etc.
In 4 ist ein derartiger Fügekopf 20 in einer schematischen Aufsicht von oben gezeigt, in der gezeigt ist, dass die zweiten Heizmittel 44 und das Fügewerkzeug 22 relativ zu dem Gehäuse 50 in einer linearen Wechselbewegung 58 bewegt werden können. In 5 ist in entsprechender Weise ein Fügekopf 20 gezeigt, bei dem die zweiten Heizmittel 44 und das Fügewerkzeug 22 um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar sind, wie es durch eine angedeutete rotatorische Wechselbewegung 60 gezeigt ist.
In den 6 bis 8 ist ein weiterer Fügekopf 20 gezeigt, bei dem die ersten Heizmittel 38 und die zweiten Heizmittel 44 durch eine gemeinsame Heizeinrichtung 36 realisiert werden.
Die Heizeinrichtung 36 ist eine induktive Heizeinrichtung 68 mit einem U-förmigen Feldformer 70 aus einem weichmagnetischen Material, und einer elektromagnetischen Spule 72. Der Feldformer 70 weist ein sich quer zur Fügeachse 28 erstreckendes Mittelstück 74 auf. In dem Mittelstück 74 ist eine Öffnung 76 ausgebildet, durch die hindurch die Halteeinrichtung 24 geführt ist, derart, dass die Halteeinrichtung 24 relativ zu der induktiven Heizeinrichtung 68 entlang der Fügeachse 28 bewegbar ist. An den Enden des Mittelstückes 74 sind ein erster U-Schenkel 78 und ein zweiter U-Schenkel 80 angeordnet. Die Enden der U-Schenkel 78, 80 sind dazu ausgelegt, auf das Bauteil 32 aufgesetzt zu werden. Dabei ist die Halteeinrichtung 24 zunächst in einer solchen Position, dass das Befestigungselement 26 gegenüber dem Oberflächenabschnitt 34 beabstandet ist.
Wie es in 6 gezeigt ist, kann zunächst ein Vorerwärmungsschritt durchgeführt werden, bei dem die Spule 72 mit einem ersten elektrischen Strom versorgt wird. Durch den durch die Spule 72 fließenden Strom wird ein magnetischer Kreis 82 eingerichtet (in den 6 und 7 schwarz bzw. als Feldlinien dargestellt). Der Magnetfluss verläuft durch den Feldformer 70, derart, dass aus einem der U-Schenkel 78 magnetische Feldlinien austreten. Die magnetischen Feldlinien teilen sich dabei auf in erste Feldlinien 84, die in das Befestigungselement 26 bzw. in den damit verbundenen Klebstoff 30 eindringen, und in zweite Feldlinien 86, die in das Bauteil 32 eindringen. Die zweiten Feldlinien 86 erstrecken sich durch das Bauteil 32 hindurch bis zu dem Ende des zweiten U-Schenkels 80. Ferner erstrecken sich dritte Feldlinien 88 von dem radial gegenüberliegenden Ende des Befestigungselementes 26 bzw. Klebstoffs 30 hin zu dem Ende des zweiten U-Schenkels 80, wodurch der magnetische Kreis 82 geschlossen wird.
Auf diese Weise kann durch Einschalten der Spule 72 eine Vorerwärmung sowohl des Klebstoffes 30 auf die erste Temperatur T1 als auch eine Vorerwärmung des Oberflächenabschnittes 34 des Bauteils 32 auf die zweite Temperatur T2 erreicht werden.
Anschließend wird, wie es in 7 gezeigt ist, die Halteeinrichtung 24 abgesenkt, derart, dass das Befestigungselement 26 auf das Bauteil 32 abgesenkt wird. Nunmehr wird die Spule 72 weiterhin eingeschaltet belassen, ggf. mit einem erhöhten Strom. Hierdurch fließen vierte Feldlinien 89 von den Enden des einen U-Schenkels über das Befestigungselement 26 bzw. den Klebstoff 30 und über den Oberflächenabschnitt 34 hin zu dem anderen U-Schenkel 80. Hierdurch wird der Klebstoff 30 auf die dritte Temperatur T3 erwärmt, um diesen vollständig zu vernetzen.
Anschließend wird zunächst die Halteeinrichtung 24 freigegeben und entgegen der Fügerichtung nach oben von dem Befestigungselement 26 abgezogen, wonach auch die induktive Heizeinrichtung 68 von dem Bauteil 32 abgehoben werden kann, wie es in 8 gezeigt ist. Die oben beschriebenen Fügeköpfe 20 sind sowohl in Verbindung mit einem Roboter 12 verwendbar, oder auch in Verbindung mit Handfügegeräten.
Bei der in 9 gezeigten Ausführungsform ist ein erstes Befestigungselement 26A auf einen ersten Oberflächenabschnitt 34A zu fügen, und anschließend ist ein zweites Befestigungselement 26B auf einen zweiten Oberflächenabschnitt 34B zu fügen.
Bei dieser Ausführungsform sind das Fügewerkzeug 22 und die zweiten Heizmittel 44 unabhängig voneinander. Die Darstellung der 9 geht von einem Zustand aus, bei dem der erste Oberflächenabschnitt 34A bereits auf die geeignete Temperatur T2 erwärmt worden ist. Anschließend sind in einem ersten Schritt S1 die zweiten Heizmittel 44 hin zu dem zweiten Oberflächenabschnitt 34B bewegt worden. In Anschluss daran wird in einem zweiten Schritt S2 das Fügewerkzeug 22 mit dem ggf. bereits vorerwärmten ersten Befestigungselement 26A hin zu dem ersten Oberflächenabschnitt 34 verfahren. Im Anschluss hieran erfolgt das Vorerwärmen des zweiten Oberflächenabschnitts 34B, und im Wesentlichen gleichzeitig hiermit das Fügen des ersten Befestigungselementes 26A auf den ersten Oberflächenabschnitt 34A. Im Anschluss hieran werden in einem folgenden Schritt S3 die zweiten Heizmittel 44 von dem zweiten Oberflächenabschnitt 34B wegbewegt (beispielsweise zu einem dritten Oberflächenabschnitt).
Im Anschluss hieran übernimmt der Fügekopf 22 das zweite Befestigungselement 26B (Schritt S4) und wird hin zu dem zweiten Oberflächenabschnitt 34B bewegt, wie es durch einen Schritt S5 dargestellt ist.
Der gesamte Ablauf erfolgt vorzugsweise automatisiert durch eine Steuereinrichtung 48, die sowohl Bewegungen der zweiten Heizmittel 44 als auch des Fügewerkzeuges 22 steuert.
In den 10 bis 12 sind unterschiedliche Arten von Befestigungselementen 26 gezeigt. In 10 ist ein Befestigungselement 26' gezeigt, als Kunststoffclip mit einem Grundkörper 100 und einem hierzu beweglichen Deckel 102 ausgebildet ist. In dem Befestigungselement 26' sind ein oder mehrere Aufnahmen 104 zum Aufnehmen von Gegenständen wie elektrischen Leitungen, Bremsleitungen, etc. ausgebildet, wenn der Deckel 102 geschlossen ist. An einer Unterseite des Grundkörpers 100 ist eine Klebefläche 109 ausgebildet, auf die der thermisch zunächst schmelz-, dann aushärtbare Klebstoff 30 aufgebracht ist. Das Befestigungselement 26' kann aus einem Kunststoff hergestellt sein. In diesem Fall wird der Klebstoff 30 beispielsweise direkt erwärmt, z. B. mittels IR-Strahlung, Heißluft oder dergleichen. Das Befestigungselement 26' kann zumindest im Grundkörper 100 jedoch auch metallische Partikel beinhalten, so dass auch in diesem Fall eine induktive Erwärmung des Klebstoffes 30 mittelbar über den Grundkörper 100 realisierbar ist.
In den 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform eines Befestigungselementes 26'' gezeigt, das als Bolzen ausgebildet ist, und zwar mit einem Schaftabschnitt 106 (der beispielweise mit einem Gewinde versehen sein kann) und mit einem Flanschabschnitt 108. Die Klebefläche 109 ist an der Unterseite des Flanschabschnittes 108 ausgebildet. An der Klebefläche 109 ist eine Mehrzahl von Abstandseinstellnasen 110 vorgesehen. Die Abstandseinstellnasen 110 definieren den Abstand zwischen der Klebefläche 109 und dem Oberflächenabschnitt 34, so dass es auf relativ einfache Weise möglich ist, das Befestigungselement 26' mit einer vorbestimmten Kraft auf den Oberflächenabschnitt 34 anzudrücken, um die endgültige Fügeposition einzurichten. Die axiale Länge der Abstandseinstellnasen 110 ist vorzugsweise kleiner als die Dicke des auf die Klebefläche 109 aufgetragenen Klebstoffes 30, obgleich diese Werte in 11 etwa mit identischen Maßen gezeigt sind.
Auf der Oberseite des Flanschabschnittes 108 sind Erhebungen 112 ausgebildet. Die Erhebungen 112 dienen zur Beabstandung einer induktiven Heizeinrichtung, die die ersten Heizmittel 38 bildet. Sie können aber auch zur Definition der Klebezonendicke eingesetzt werden, wenn der Klebstoff auf einer Seite des Klebeflansches aufgetragen ist, die dem Schaft 106 des Befestigungselementes zugewandt ist, wie es in 11 bei 30a gezeigt ist. Wie es in 12 gezeigt ist, weist das Befestigungselement 26'' vorzugsweise drei Abstandseinstellnasen 110 und eine entsprechende Anzahl von Erhebungen 112 auf.
Das Befestigungselement 26'' kann beispielsweise aus Metall hergestellt sein, kann jedoch auch aus einem duroplastischen Kunststoff mit darin eingelagerten Metallpartikeln ausgebildet sein, um auf diese Weise den darauf applizierten Klebstoff 30 indirekt erwärmen zu können.
In 13 ist eine Fügeeinheit 91 gezeigt, die die Halteeinrichtung 24 und die ersten Heizmittel 38 bildet und beispielsweise zum Einbau in eine der in den 1 bis 8 gezeigten Fügevorrichtungen verwendbar ist.
Die Fügeeinheit 91 beinhaltet einen hülsenförmigen Feldformer 70, der eine axiale Durchgangsöffnung 116 aufweist. An die Durchgangsöffnung 116 kann ein Vakuum 118 angelegt werden, um ein Befestigungselement (beispielsweise das Befestigungselement 26'' der 11 und 12) zu halten. Dabei dringt der Schaftabschnitt in die Durchgangsöffnung 116 ein, deren Durchmesser an den Durchmesser des Schaftabschnittes angepasst ist.
Der Feldformer 70 liegt dann auf den Erhebungen 112 auf. Um den Feldformer 70 herum ist eine Spule 72 angeordnet. Bei Einschalten der Spule 72 wird ein magnetischer Kreis eingerichtet, bei dem Feldlinien in axialer Richtung aus den axialen Enden des Feldformers 70 austreten. Die Feldlinien treten in den Flanschabschnitt 108 des Befestigungselementes 26'' ein und erwärmen diesen, und damit indirekt den auf dessen Unterseite applizierten Klebstoff 30. Nach dem Aufsetzen des Befestigungselementes 26'' auf einen Oberflächenabschnitt 34 kann die Stromstärke der Spule 72 erhöht werden, um den Klebstoff 30 auf die dritte Temperatur zu erwärmen.
Bei 120 ist gezeigt, dass an einem unteren Ende des Feldformers 70 ein Temperatursensor vorgesehen sein kann, über den die sich in dem Schaftabschnitt 108 einstellende Temperatur gemessen werden kann. Die entsprechende elektrische Verbindung des Temperatursensors 120 kann über einen axialen Kanal 122 in dem Feldformer 70 erfolgen. Alternativ hierzu kann der Temperatursensor 120 jedoch auch optischer Art sein, so dass über den Kanal 122 nur ein optisches Signal übertragen wird, das von der Spule 72 im Wesentlichen nicht beeinflusst wird.
Durch die Erhebungen 112 kann vermieden werden, dass der Feldformer 70 an der Oberseite des Flanschabschnittes 108 anhaftet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004012786 A1 [0009, 0037]
EP 1250391 B1 [0010]

Claims

Verfahren zum Fügen eines Befestigungselementes (26) auf einen Oberflächenabschnitt (34) eines Bauteils (32), wobei das Befestigungselement (26) eine Klebefläche (109) aufweist, auf die ein thermisch schmelz- und aushärtbarer Klebstoff (30) aufgebracht ist, mit den Schritten – Vorerwärmen des Klebstoffes (30) auf eine erste Temperatur (T1), um diesen zu schmelzen; – Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes (34) auf eine zweite Temperatur (T2); und – Aufsetzen der Klebefläche (109) auf den Oberflächenabschnitt (34); wobei der Klebstoff (30) nach dem Aufsetzen der Klebefläche (109) auf den Oberflächenabschnitt (34) auf eine dritte Temperatur (T3) haupterwärmt wird, um diesen auszuhärten und damit das Befestigungselement (26) dauerhaft an dem Bauteil (32) befestigen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte Temperatur (T3) gleich oder höher ist als die erste Temperatur (T1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Vorerwärmen des Klebstoffes (30) und/oder das Haupterwärmen des Klebstoffes (30) das Erwärmen des Befestigungselementes (26) beinhaltet, wobei eine Wärmeleitung (42) von dem Befestigungselement (26) in den Klebstoff (30) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erwärmen des Befestigungselementes (26) und/oder das Vorerwärmen des Bauteils (32) eine induktive Erwärmung beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Vorerwärmen des Bauteils (32) eine Erwärmung durch Wärmekonvektion und/oder Wärmestrahlung beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Vorerwärmen des Klebstoffes (30) und das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes (34) zeitlich überlappend erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Befestigungselement (26) vor dem Vorerwärmen in eine definierte räumliche Lage zu dem Bauteil (32) versetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Vorerwärmen des Klebstoffes (30) und das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes zeitlich nacheinander erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das Vorerwärmen des Oberflächenabschnittes (34) und das Aufsetzen der vorerwärmten Klebefläche (109) auf den Oberflächenabschnitt (34) steuerungstechnisch derart verknüpft sind, dass das Aufsetzen nur innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung des Vorerwärmens des Oberflächenabschnittes (34) zulässig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei wenigstens ein erstes und ein zweites Befestigungselement (26A, 26B) auf einen ersten bzw. einen zweiten Oberflächenabschnitt (34A, 34B) gefügt werden, wobei das Haupterwärmen des ersten Befestigungselementes (26A) und das Vorerwärmen des zweiten Oberflächenabschnittes (34B) zeitlich überlappend erfolgen.
Fügevorrichtung (10) zum Fügen eines Befestigungselements (26) auf einen Oberflächenabschnitt (34) eines Bauteils (32), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Befestigungselement (26) eine Klebefläche (109) aufweist, auf die ein thermisch schmelz- und aushärtbarer Klebstoff (30) aufgebracht ist, mit – einer Halteeinrichtung (24) zum Halten eines Befestigungselementes (26), wobei die Halteeinrichtung (24) dazu ausgelegt ist, entlang einer Fügeachse (28) verfahren zu werden; – wenigstens einer Heizeinrichtung (36, 38, 44), die dazu ausgelegt ist, den Klebstoff (30) und den Oberflächenabschnitt (34) zu erwärmen; und – einer Steuereinrichtung (48), wobei die Steuereinrichtung (48) dazu ausgelegt ist, die wenigstens eine Heizeinrichtung (36, 38, 44) so anzusteuern, dass der Klebstoff (30) zunächst vorerwärmt wird, anschließend die Halteeinrichtung (24) auf das Bauteil (32) zu verfahren wird, um das Befestigungselement (26) auf den Oberflächenabschnitt (34) aufzusetzen, und schließlich die wenigstens eine Heizeinrichtung (36, 38, 44) so angesteuert wird, dass der Klebstoff (30) zwischen dem Befestigungselement (26) und dem Oberflächenabschnitt (34) zum Zwecke seiner Aushärtung erwärmt wird.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Heizeinrichtung (36, 38, 44) erste Heizmittel (38) zum Erwärmen des Klebstoffs (30) und zweite Heizmittel (44) zum Erwärmen des Oberflächenabschnittes (32) aufweist, wobei die ersten Heizmittel (38) und die Halteeinrichtung (24) an einem Gehäuse (50) eines Fügewerkzeuges (22) angeordnet sind.
Fügevorrichtung nach Anspruch 12, wobei auch die zweiten Heizmittel (44) an dem Gehäuse (50) des Fügewerkzeuges (22) angeordnet sind.
Fügevorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Einheit aus der Halteeinrichtung (24) und den ersten Heizmitteln (38) und/oder die zweiten Heizmittel (44) an dem Fügewerkzeug (22) versetzbar ausgebildet sind.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 12–14, wobei eine Einheit aus der Halteeinrichtung (24) und den ersten Heizmitteln (38) und die zweiten Heizmittel (44) unabhängig voneinander bewegbar sind.
Befestigungselement (26), insbesondere zur Verwendung mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei das Befestigungselement (26) einen Schaftabschnitt (106) und einen sich an den Schaftabschnitt (106) anschließenden Flanschabschnitt (108) mit einer größeren Querschnittsfläche als der Schaftabschnitt (106) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (108) auf der dem Schaftabschnitt (106) gegenüberliegenden Seite und/oder auf der dem Schaftabschnitt (106) zugewandten Seite eine Klebefläche (109) aufweist, auf die ein thermisch schmalz- und aushärtbarer Klebstoff (30) aufgetragen ist, wobei an der Klebefläche wenigstens eine Abstandseinstellnase (110) ausgebildet ist, und wobei vorzugsweise an der der Klebefläche gegenüberliegenden Seite des Flanschabschnittes (108) wenigstens eine Erhebung (112) ausgebildet ist.