DE102010035397A1

DE102010035397A1 - Verfahren und Verbindungsmittel zum Verbinden zweier Bauteile und Verfahren zur Herstellung des Verbindungsmittels

Info

Publication number: DE102010035397A1
Application number: DE201010035397
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Preuß; Martin Dr.-Ing. Keuerleber
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2) mittels eines durch Erwärmen aushärtbaren Verbindungsmittels (3).
Erfindungsgemäß wird in das Verbindungsmittel (3) ein vorgegebener Anteil zumindest eines Mikrowellen absorbierenden Stoffes (4) eingebracht, das Verbindungsmittel (3) wird auf eine Verbindungsfläche (1.1, 2.1) zumindest eines der Bauteile (1, 2) aufgebracht, die Bauteile (1, 2) werden gegeneinander gepresst und das Verbindungsmittel (3) wird durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt und ausgehärtet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verbindungsmittel (3) zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2) und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsmittels (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verbindungsmittel zum Verbinden zweier Bauteile nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4 und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsmittels nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
Aus dem Stand der Technik sind, wie in der EP 1 403 108 A1 beschrieben, ein Verfahren und ein Befestigungssystem zur Montage einer Fahrzeugscheibe an einem Tragrahmen, eine Fahrzeugscheibe und ein Fahrzeug mit einer solchen Scheibe bekannt. Hierbei verbindet eine erste Klebedichtungsmasse die Scheibe umlaufend mit dem Tragrahmen. Eine zweite Klebemasse, welche zeitlich vor der ersten Klebedichtmasse gehärtet wird, dient der Fixierung der Scheibe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, ein verbessertes Verbindungsmittel zum Verbinden zweier Bauteile und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsmittels anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verbindungsmittel zum Verbinden zweier Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsmittels mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einem Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels eines durch Erwärmen aushärtbaren Verbindungsmittels wird erfindungsgemäß in das Verbindungsmittel ein vorgegebener Anteil zumindest eines Mikrowellen absorbierenden Stoffes eingebracht, das Verbindungsmittel wird auf eine Verbindungsfläche zumindest eines der Bauteile aufgebracht, die Bauteile werden gegeneinander gepresst und das Verbindungsmittel wird durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt und ausgehärtet.
Der Mikrowellen absorbierende Stoff ermöglicht oder verbessert die Erwärmung des Verbindungsmittels durch Mikrowellenbestrahlung. Die Erwärmung ist eine dielektrische Erwärmung und basiert auf einer wechselnden Polarisation von Ladungsträgern, so genannten Dipolen, im Verbindungsmittel und eines daraus entstehenden dielektrischen Verlustfaktors.
Dieser dielektrische Verlustfaktor wird durch das Einbringen des Mikrowellen absorbierenden Stoffes erheblich gesteigert. Dadurch wird das Verbindungsmittel volumetrisch, d. h. von innen nach außen mit einer hohen Geschwindigkeit erwärmt und härtet sehr schnell, beispielsweise innerhalb weniger Sekunden vollständig aus.
Durch die Erwärmung von innen nach außen wird eine frühzeitige Hautbildung an einer Oberfläche des Verbindungsmittels vermieden. Durch die sehr schnelle Erwärmung treten keine Trägheiten während des Erwärmens und nachfolgenden Abkühlens auf, d. h. ein ungleichmäßiges Aushärten und eine daraus resultierende Schädigung der Verbindung werden vermieden.
Durch die sehr selektive Erwärmung des Verbindungsmittels, welches aufgrund des Mikrowellen absorbierenden Stoffes besonders gut durch die Mikrowellenbestrahlung erwärmbar ist, werden angrenzende Materialien, zum Beispiel die miteinander zu verbindenden Bauteile, nicht oder nur sehr geringfügig erwärmt und dadurch geschont, so dass es nicht zu Beschädigungen aufgrund von Wärmeeinwirkungen kommt.
Die Mikrowellenbestrahlung ermöglicht ein berührungsloses Erwärmen des Verbindungsmittels und dadurch auch ein Erwärmen an unzugänglichen Stellen, beispielsweise in einem sehr geringen Fügespalt zwischen den Bauteilen. Durch die Mikrowellenbestrahlung ist selbst dann eine Erwärmung des Verbindungsmittels möglich, wenn es vollständig von einem anderen Material verdeckt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung zweier mittels eines Verbindungsmittels miteinander verbundener Bauteile.
1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung zweier miteinander verbundener Bauteile 1, 2. Beispielsweise ist ein erstes Bauteil 1 ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors aus Metall, zum Beispiel aus Aluminium oder Grauguss. Ein zweites Bauteil 2 ist beispielsweise eine Ölwanne aus Metall oder Kunststoff, zum Beispiel Polyamid. Die Ölwanne wird dabei an einem Flansch des Kurbelgehäuses befestigt. Es sind jedoch alternativ auch eine Vielzahl anders ausgebildeter Bauteile 1, 2 aus einer Vielzahl weiterer Materialien möglich.
Die Bauteile 1, 2 werden mittels eines Verbindungsmittels 3 verbunden, welches einen vorgegebenen Anteil zumindest eines Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 aufweist. Als Verbindungsmittel 3 wird beispielsweise ein heißvernetzendes Poly(organo)siloxan, auch als Silikon bezeichnet, oder ein heißvernetzender Klebstoff verwendet.
Der vorgegebene Anteil des zumindest einen Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 oder einer Kombination mehrerer Mikrowellen absorbierender Stoffe 4, beispielsweise Ruß, Magnetit und/oder Kohlenstoff, wird in das Verbindungsmittel 3 zum Beispiel in Form von Partikeln eingebracht. Das Verbindungsmittel 3 weist dann beispielsweise einen Anteil von 10 Masseprozent bis 15 Masseprozent Ruß auf. Der Kohlenstoff wird beispielsweise in Form von Kohlenstoffnanoröhren, auch carbon nanotubes genannt, in das Verbindungsmittel 3 eingebracht. Das Magnetit, welches alternativ oder zusätzlich zum Kohlenstoff und/oder Ruß in das Verbindungsmittel 3 eingebracht werden kann, wird auch als Eisen(II, III)-oxid bezeichnet.
Das auf diese Weise hergestellte Verbindungsmittel 3 wird auf eine Verbindungsfläche 1.1, 2.1 zumindest eines der Bauteile 1, 2 aufgebracht. Danach werden die Bauteile 1, 2 gegeneinander gepresst und das Verbindungsmittel 3 wird durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt und ausgehärtet.
Dies erfolgt beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Antenne, welche über eine Leitung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Mikrowellenvorrichtung verbunden ist. Die Antenne ist um die beiden Bauteile 1, 2 herum entlang des Verbindungsmittels 3 bewegbar, um dieses möglichst gleichmäßig mit Mikrowellen zu bestrahlen. Alternativ können die beiden Bauteile 1, 2, zwischen denen das Verbindungsmittel 3 angeordnet ist, auch in einen Bestrahlungsraum einer Mikrowellenvorrichtung eingelegt werden und mit Mikrowellen bestrahlt werden.
Die Verwendung derartiger heißvernetzender Verbindungsmittel 3, die erst durch Erwärmung in kurzer Zeit aushärten, bietet den Vorteil einer sehr hohen so genannten Topfzeit, d. h. einer langen Verarbeitungszeit. Das Verbindungsmittel 3 kann, solange kein Wärmeeintrag stattfindet, eine sehr lange Zeit verarbeitet werden, so dass es nicht beispielsweise in sehr kurzen Zeitabständen und in sehr kleinen Mengen neu angemischt und sofort verarbeitet werden muss.
Verantwortlich hierfür sind spezielle chemische Systeme oder Kondensatoren, die erst durch Wärmezufuhr aktiviert werden und dann eine schnelle Reaktionszeit aufweisen. Die Erwärmung des Verbindungsmittels 3 durch Mikrowellenbestrahlung, d. h. eine dielektrische Erwärmung, basiert auf einer wechselnden Polarisation von Ladungsträgern, so genannten Dipolen, im Verbindungsmittel 3 und eines daraus entstehenden dielektrischen Verlustfaktors. Dieser dielektrische Verlustfaktor wird durch das Einbringen des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 erheblich gesteigert.
Der Mikrowellen absorbierende Stoff 4 ermöglicht oder verbessert die Erwärmung des Verbindungsmittels 3 durch Mikrowellenbestrahlung. D. h. es können auch Verbindungsmittel 3 verwendet werden, welche zwar von vornherein heißvernetzend sind und durch Erwärmen aushärten, aber im ursprünglichen Zustand nicht oder nur sehr schlecht Mikrowellen absorbierend sind.
Durch das Einbringen des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 wird die Absorptionsfähigkeit des Verbindungsmittels 3 deutlich verbessert. Ist das Verbindungsmittel 3 bereits im ursprünglichen Zustand Mikrowellen absorbierend, so kann durch das Einbringen des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 ebenfalls die Absorptionsfähigkeit des Verbindungsmittels 3 deutlich verbessert werden. Die Absorptionsfähigkeit des Verbindungsmittels 3 für Mikrowellen kann durch eine Anpassung des Anteils des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 an jeweilige Bedürfnisse angepasst werden, um eine optimale Erwärmung des Verbindungsmittels 3 und daraus resultierend eine optimale Aushärtung zu erreichen.
Durch den Mikrowellen absorbierenden Stoff 4 im Verbindungsmittel 3 wird das Verbindungsmittel 3 mittels der Mikrowellenbestrahlung volumetrisch, d. h. von innen nach außen mit einer hohen Geschwindigkeit erwärmt und härtet sehr schnell, beispielsweise innerhalb weniger Sekunden vollständig aus. Dazu ist der Mikrowellen absorbierende Stoff 4 im Verbindungsmittel 3 zweckmäßigerweise gut und möglichst gleichmäßig verteilt.
Alternativ kann auch durch ein gezieltes Einbringen des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 in das Verbindungsmittel 3 und/oder durch ein gezieltes Aufbringen des Verbindungsmittels 3 auf die Verbindungsfläche 1.1, 2.1 zumindest eines der Bauteile 1, 2 eine unterschiedliche Konzentration des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 in verschiedenen Bereichen des Verbindungsmittels 3 und/oder in verschiedenen Bereichen der Verbindungsflächen 1.1, 2.1 erzielt werden. Dazu werden beispielsweise in mittleren Bereichen der Verbindungsflächen 1.1, 2.1, welche von den Mikrowellen schlechter erreichbar sind, da sie beispielsweise aufgrund eines Materials und/oder einer Ausformung der Bauteile 1, 2 stark durch die Bauteile 1, 2 abgeschirmt werden, Verbindungsmittel 3 mit einem höheren Anteil des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 aufgebracht als in Randbereichen der Verbindungsflächen 1.1, 2.1.
Durch die Erwärmung des Verbindungsmittels 3 von innen nach außen wird eine frühzeitige Hautbildung an einer Oberfläche des Verbindungsmittels 3 vermieden. Durch die sehr schnelle Erwärmung treten keine Trägheiten während des Erwärmens und nachfolgenden Abkühlens auf, d. h. ein ungleichmäßiges Aushärten und eine daraus resultierende Schädigung der Verbindung werden vermieden.
Durch die sehr selektive Erwärmung des Verbindungsmittels 3, welches aufgrund des Mikrowellen absorbierenden Stoffes 4 besonders gut durch die Mikrowellenbestrahlung erwärmbar ist, werden angrenzende Materialien, zum Beispiel die miteinander zu verbindenden Bauteile 1, 2, nicht oder nur sehr geringfügig erwärmt und dadurch geschont, so dass es nicht zu Beschädigungen aufgrund von Wärmeeinwirkungen kommt.
Die Mikrowellenbestrahlung ermöglicht ein berührungsloses Erwärmen des Verbindungsmittels 3 und dadurch auch ein Erwärmen an unzugänglichen Stellen, beispielsweise in einem sehr geringen Fügespalt zwischen den Bauteilen 1, 2. Durch die Mikrowellenbestrahlung ist selbst dann eine Erwärmung des Verbindungsmittels 3 möglich, wenn es vollständig von einem anderen Material verdeckt ist.
Bezugszeichenliste

1: erstes Bauteil
1.1: erste Verbindungsfläche
2: zweites Bauteil
2.1: zweite Verbindungsfläche
3: Verbindungsmittel
4: Mikrowellen absorbierender Stoff

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

EP 1403108 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2) mittels eines durch Erwärmen aushärtbaren Verbindungsmittels (3), dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungsmittel (3) ein vorgegebener Anteil zumindest eines Mikrowellen absorbierenden Stoffes (4) eingebracht wird, das Verbindungsmittel (3) auf eine Verbindungsfläche (1.1, 2.1) zumindest eines der Bauteile (1, 2) aufgebracht wird, die Bauteile (1, 2) gegeneinander gepresst werden und das Verbindungsmittel (3) durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt und ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungsmittel (3) ein vorgegebener Anteil Ruß, Magnetit und/oder Kohlenstoff als Mikrowellen absorbierender Stoff (4) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungsmittel (3) ein heißvernetzendes Poly(organo)siloxan oder ein heißvernetzender Klebstoff verwendet wird.
Verbindungsmittel (3) zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2), wobei das Verbindungsmittel (3) durch Erwärmen mittels Mikrowellenbestrahlung aushärtbar ist, gekennzeichnet durch einen vorgegebenen Anteil zumindest eines Mikrowellen absorbierenden Stoffes (4).
Verbindungsmittel (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Mikrowellen absorbierende Stoff (4) Ruß, Magnetit und/oder Kohlenstoff ist.
Verfahren zur Herstellung eines durch Erwärmen mittels Mikrowellenbestrahlung aushärtbaren Verbindungsmittels (3) zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungsmittel (3) ein vorgegebener Anteil zumindest eines Mikrowellen absorbierenden Stoffes (4) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungsmittel (3) ein vorgegebener Anteil Ruß, Magnetit und/oder Kohlenstoff als Mikrowellen absorbierender Stoff (4) eingebracht wird.