DE102014003777A1

DE102014003777A1 - Verbindungsanordnung eines ersten Bauelements an einem zweiten Bauelement eines Kraftwagens sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102014003777A1
Application number: DE201410003777
Authority: DE
Inventors: Ulrich Berges; Thomas DISSE; Reiner Jost; Daniel Schäfer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Ulrich Berges De
Priority date: 2014-03-15
Filing date: 2014-03-15
Publication date: 2014-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines aus zumindest einem Kunststoff gebildeten ersten Bauelements (10) an einem zweiten Bauelement (12) eines Kraftwagens, bei welcher das erste Bauelement (10) unter Vermittlung wenigstens einer auf das erste Bauelement (10) aufgebrachten Haftvermittlerschicht (18) und wenigstens einer zwischen der Haftvermittlerschicht (18) und dem zweiten Bauelement (12) angeordneten Klebstoffschicht (22) mit dem zweiten Bauelement (12) verklebt ist, wobei zwischen der Haftvermittlerschicht (18) und der Klebstoffschicht (22) wenigstens eine auf die Haftvermittlerschicht (18) aufgebrachte, zweite Haftvermittlerschicht (22) angeordnet ist sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines ersten Bauelements an einem zweiten Bauelement eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
Derartige Verbindungsanordnungen und Verfahren sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Bei einer solchen Verbindungsanordnung ist ein aus zumindest einem Kunststoff gebildetes erstes Bauelement mit einem zweiten Bauelement eines Kraftwagens verbunden. Hierbei ist das erste Bauelement unter Vermittlung wenigstens einer auf das erste Bauelement aufgebrachten Haftvermittlerschicht und wenigstens einer zwischen der Haftvermittlerschicht und dem zweiten Bauelement angeordneten Klebstoffschicht mit dem zweiten Bauelement verklebt. Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung wird somit die Haftvermittlerschicht auf zumindest einen Teilbereich des ersten Bauelements aufgebracht. Auf diese Haftvermittlerschicht wird die Klebstoffschicht aufgebracht, woraufhin das erste Bauelement mit dem zweiten Bauelement unter Vermittlung der Haftvermittlerschicht und der Klebstoffschicht verklebt wird.
Bei der Haftvermittlerschicht handelt es sich um eine Schicht, die aus einem sogenannten Haftvermittler gebildet ist. Ein solcher Haftvermittler wird üblicherweise auch als „Primer” bezeichnet. Der Haftvermittler oder Primer dient dazu, bei schlecht verklebbaren Werkstoffen oder Oberflächen eine Haftbrücke zwischen Werkstoff und Klebstoff, das heißt zwischen dem ersten Bauelement und der Klebstoffschicht zu schaffen. Mit anderen Worten verbessern solche Haftvermittler die Haftung, wenn besondere Anforderungen oder Bedingungen vorliegen. So ist es beispielsweise möglich, die Bauelemente auch dann miteinander zu verkleben, wenn eines der Bauelemente, insbesondere das erste Bauelement, eine nur schlecht verklebbare Oberfläche aufweist. Darüber hinaus können durch den Einsatz von Haftvermittlern auch feste Klebeverbindungen bei hoher Temperaturbelastung realisiert werden. Zudem ist die Realisierung einer hohen Feucht-/Nassfestigkeit möglich.
Die Haftvermittlerschicht ist üblicherweise sehr dünn, so dass sie nach dem Aufbringen auf das erste Bauelement rasch trocknen kann. Getrocknete Haftvermittler sind auch über einen langen Zeitraum nach ihrer Trocknung noch wirksam, so dass der Auftrag der Haftvermittlerschicht und die eigentliche Verklebung zeitlich getrennt voneinander durchgeführt werden können.
Haftvermittler sind chemisch reaktive Substanzen, so dass Verarbeitungsparameter wie beispielsweise Ablüftzeiten, Offenzeiten sowie das Haltbarkeitsdatum zu beachten sind. Durch den Einsatz einer solchen Haftvermittlerschicht kann eine besonders vorteilhafte Haftung der Klebstoffschicht am ersten Bauelement, das ein Substrat ist, realisiert werden. Dies geschieht zum Beispiel durch eine Erhöhung der Anzahl der reaktiven Gruppen, durch das Konservieren von hoch energetischen Oberflächenzuständen, hergestellt durch vorige Vorbehandlungsmethoden, durch die Kombination von unterschiedlichen aktiven Gruppen für Substrat und Klebstoff und/oder durch die Benetzung der Substratoberfläche.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen eine besonders feste Verbindung zwischen den Bauelementen realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine besonders feste und dauerhafte Klebeverbindung zwischen den Bauelementen realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der Haftvermittlerschicht und der Klebstoffschicht wenigstens eine auf die Haftvermittlerschicht aufgebrachte, zweite Haftvermittlerschicht angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zusätzlich zur ersten Haftvermittlerschicht wenigstens eine zweite Haftvermittlerschicht vorgesehen wird, wobei die zweite Haftvermittlerschicht auf die erste Haftvermittlerschicht aufgetragen und somit zwischen der ersten Haftvermittlerschicht und der Klebstoffschicht angeordnet wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen werden – zu einer Rissbildung im Kunststoff des als Substrat wirkenden ersten Bauelements kommen kann. Hierdurch kann die Oberfläche des ersten Bauelements geschwächt werden und es kann zu Ausbrüchen und Ablösungen im Kunststoff direkt unterhalb der Klebstoffschicht kommen. Es wurde gefunden, dass üblicherweise chemische Reaktionen stattfinden, die zur genannten Rissbildung führen können. Nach derzeitigem Kenntnisstand handelt es sich bei diesen chemischen Reaktionen um ein Zusammenspiel zwischen Weichmachern und Lösemitteln der Klebstoffschicht.
Durch die doppelte Haftvermittlerschicht, welche üblicherweise auch als „Primerschicht” bezeichnet wird, kann die Anzahl an entstehenden Rissen zumindest reduziert werden, so dass die Gefahr von Ablösungen und Ausbrüchen deutlich gesenkt wird. Die zumindest zwei Haftvermittlerschichten bilden nämlich ein Beschichtungssystem, welches die durch die genannten chemischen Reaktionen bewirkte Beeinflussung des ersten Bauelements behindert. Hierdurch kann eine feste und dauerhafte Klebeverbindung zwischen den beiden Bauelementen realisiert werden, so dass die Gefahr, dass sich das erste Bauelement vom zweiten Bauelement löst, auch bei einer hohen Lebensdauer besonders geringgehalten werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, mittels der doppelten Haftvermittlerschicht der Entstehung von oberflächennahen Rissen im ersten Bauelement entgegenzuwirken, so dass die Haltbarkeit und Sicherheit der Klebeverbindung zwischen den Bauelementen deutlich erhöht wird. Das erste Bauelement ist beispielsweise aus Polycarbonat (PC) oder aus einer Mischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) gebildet. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Kunststoff des ersten Bauelements um Polycarbonat (PC) oder um eine Mischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) handeln.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Haftvermittlerschichten aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind. Den beiden Haftvermittlerschichten kommt eine Doppelfunktion zu. Zum einen dienen die Haftvermittlerschichten als Haftvermittler, welcher auch als „Primer” bezeichnet wird. Mittels eines solchen Primers kann eine besonders feste und dauerhafte Haftung der Klebstoffschicht am Kunststoffsubstrat (erstes Bauelement) gewährleistet werden, so dass die Bauelemente beispielsweise auch dann miteinander verklebt werden können, wenn zumindest eines der Bauelemte eine üblicherweise und ohne einen Haftvermittler nur schlecht zu verklebende Oberfläche aufweist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass aus dem Kunststoff gebildete erste Bauelement mit dem zweiten Bauelement auch dann zu verkleben, wenn das zweite Bauelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet und beispielsweise als Blechbauteil ausgebildet ist.
Zum anderen dienen die Haftvermittlerschicht als Schutzbarriere, um das erste Bauelement vor den chemischen Reaktionen zu schützen.
Die jeweilige Haftvermittlerschicht weist beispielsweise zumindest Ethylacetat und Butanon aufweist. Butanon wird üblicherweise auch als MEK oder als „Methylethylketon” bezeichnet. Die jeweilige Haftvermittlerschicht kann zusätzlich Ruß und isocyanathaltige Prepolymere aufweisen. Die jeweilige Haftvermittlerschicht bildet einen Film, der sich zunächst physikalisch durch Abdampfen von Lösemitteln und anschließend chemisch durch das Vernetzen der isocyanathaltigen Prepolymere verfestigt.
Zur Realisierung einer besonders festen Verbindung ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Klebstoffschicht aus wenigstens einem Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan (PU), gebildet ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Verbinden eines aus zumindest einem Kunststoff gebildeten ersten Bauelement mit einem zweiten Bauelement eines Kraftwagens, wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass zwischen der ersten Haftvermittlerschicht und der Klebstoffschicht wenigstens eine zweite Haftvermittlerschicht angeordnet wird, welche auf die erste Haftvermittlerschicht aufgebracht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1 eine schematische Explosionsansicht einer Verbindungsanordnung eines ersten Bauelements mit einem zweiten Bauelement eines Kraftwagens, bei welcher das aus zumindest einem Kunststoff gebildete erste Bauelement unter Vermittlung wenigstens zweier Haftvermittlerschichten und einer Klebstoffschicht mit dem zweiten Bauelement verklebt ist; und
2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch das erste Bauelement, auf welches die zwei Haftvermittlerschichten und die Klebstoffschicht aufgebracht sind.
1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Explosionsansicht eine Verbindungsanordnung eines ersten Bauelements 10 an einem zweiten Bauelement 12 eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Das erste Bauelement 10 ist aus einem Kunststoff gebildet. Bei dem Kunststoff handelt es sich beispielsweise um Polycarbonat, so dass das erste Bauelement 10 beispielsweise vollständig aus Polycarbonat gebildet ist. Alternativ kann es sich bei dem Kunststoff des Bauelements 10 um eine Mischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol handeln, so dass das erste Bauelement 10 aus einer Mischung (Elend) aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet ist.
Das zweite Bauelement 12 ist beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Insbesondere ist das zweite Bauelement 12 als Blechbauteil ausgebildet. Bei dem ersten Bauelement 10 kann es sich um eine Kunststoffblende handeln, mittels welcher zumindest ein Teilbereich des zweiten Bauelements 12 nach außen hin überdeckt und somit verkleidet wird.
Im Rahmen der Verbindungsanordnung sind die Bauelemente 10 und 12 miteinander verklebt. Hierzu ist eine bei der Verbindungsanordnung mit dem zweiten Bauelement 12 zugewandte Oberfläche 14 des ersten Bauelements 10 mit einem im Ganzen mit 16 bezeichneten Beschichtungssystem zumindest teilweise versehen.
Das Beschichtungssystem 16 ist besonders gut aus 2 zu erkennen. 2 zeigt das erste Bauelement 10 ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht, wobei zumindest ein Teilbereich der Oberfläche 14 mit dem Beschichtungssystem 16 versehen ist.
Aus 2 ist erkennbar, dass das Beschichtungssystem 16 eine erste Haftvermittlerschicht 18 umfasst. Ferner umfasst das Beschichtungssystem 16 eine zweite Haftvermittlerschicht 20 und eine Klebstoffschicht 22. Das erste Bauelement 10 ist unter Vermittlung der Haftvermittlerschichten 18 und 20 und der Klebstoffschicht 22 mit dem zweiten Bauelement 12 verklebt. Wie aus 2 erkennbar ist, ist die erste Haftvermittlerschicht 18 direkt auf die Oberfläche 14, das heißt direkt auf das Bauelement 10 aufgebracht, so dass die erste Haftvermittlerschicht 18 das Bauelement 10 berührt.
Ferner ist die erste Haftvermittlerschicht 18 zwischen dem Bauelement 10 und der Klebstoffschicht 22 angeordnet. Die zusätzlich zur ersten Haftvermittlerschicht 18 vorgesehene, zweite Haftvermittlerschicht 20 ist direkt auf die erste Haftvermittlerschicht 18 aufgebracht, so dass die zweite Haftvermittlerschicht 20 die erste Haftvermittlerschicht 18 berührt. Ferner ist die zweite Haftvermittlerschicht 20 zwischen der ersten Haftvermittlerschicht 18 und der Klebstoffschicht 22 angeordnet. Die Haftvermittlerschichten 18 und 20 sind Haftvermittler, welche auch als „Primer” bezeichnet werden. Die Primer gewährleisten eine besonders starke Haftung der Klebstoffschicht 22 am als Kunststoffsubstrat wirkenden Bauelement 10, so dass eine besonders feste Verbindung zwischen den Bauelementen 10 und 12 gewährleistet werden kann.
Die Klebstoffschicht 22 ist beispielsweise aus Polyurethan (PU) gebildet. Die Haftvermittlerschichten 18 und 20 sind aus dem gleichen Werkstoff gebildet und weisen zumindest Ethylacetat und MEK (Methylethylketon) auf, welche flüchtig sind. Darüber hinaus weist die jeweilige Haftvermittlerschicht 18 und 20 Ruß und isocyanathaltige Prepolymere auf.
Die beiden Haftvermittlerschichten 18 und 20 wirken als Barriere, mittels welcher das erste Bauelement vor chemischen Reaktionen, wie beispielsweise einem Zusammenspiel von Weichmachern und Lösemitteln der Klebstoffschicht 22, geschützt werden kann. Hierdurch kann die Rissbildung in der Oberfläche 14 zumindest geringgehalten werden, so dass eine besonders sichere und starke Verklebung zwischen den Bauelementen 10 und 12 gewährleistet werden kann.
Die Klebstoffschicht 22 kann jedoch auch aus einem anderen Kunststoff gebildet sein und/oder einen anderen oder zusätzliche Kunststoffe aufweisen. Insbesondere kann die Klebstoffschicht 22 silanmodifizierte Polymere aufweisen. Auch beim Einsatz einer solchen silanmodifizierte Polymere aufweisenden Klebstoffschicht 22 kann das Bauelement 10 vor den chemischen Reaktionen die doppelte Haftvermittlerschicht 18 und 20 zumindest geringgehalten werden.
Im Zuge der Herstellung der Verbindungsanordnung wird beispielsweise zunächst bei einem ersten Schritt die erste Haftvermittlerschicht 18 auf das Bauelement 10 aufgetragen. Daran anschließend wird ein sogenanntes Ablüften durchgeführt, wobei die erste Haftvermittlerschicht 18 trocknet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste Haftvermittlerschicht 18 manuell, das heißt von einem menschlichen Arbeiter auf das Bauelement 10 aufgebracht wird. Im Anschluss an das Ablüften der ersten Haftvermittlerschicht 18 wird die zweite Haftvermittlerschicht 20 auf die erste Haftvermittlerschicht 18 aufgebracht. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Haftvermittlerschicht 20 automatisch mittels wenigstens eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, aufgebracht wird.
Daran schließt sich ein Ablüften der zweiten Haftvermittlerschicht 20 an. Dies bedeutet, dass die zweite Haftvermittlerschicht 20 getrocknet wird. Im Anschluss an das Ablüften der zweiten Haftvermittlerschicht 20 wird die Klebstoffschicht 22 aufgebracht, wobei die Haftvermittlerschichten 18 und 20 als Schutzbarrieren wirken. Nach dem Aufbringen der Klebstoffschicht 22 auf die zweite Haftvermittlerschicht 20 kann das zweite Bauelement 12 in Richtung der Oberfläche 14 bewegt und beispielsweise gegen das Bauelement 10 gedrückt werden, so dass die Bauelemente 10 und 12 unter Vermittlung des Beschichtungssystems 16 miteinander verklebt werden.
Den Haftvermittlerschichten 18 und 20 kommt bei der Verbindungsanordnung eine Doppelfunktion zu. Einerseits dienen die Haftvermittlerschichten 18 und 20 als Haftvermittler, das heißt als Primer, so dass die Klebstoffschicht 22 besonders gut am Bauelement 10 haftet. Andererseits wirken die Haftvermittlerschichten 18 und 20 als Schutzbarrieren, so dass die Anzahl an Ausbrüchen und Rissen in der Oberfläche 14 auch bei einer hohen Lebensdauer besonders gering gehalten werden kann. Hierdurch kann eine sichere und feste Verklebung der Bauelemente 10 und 12 auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gewährleistet werden.

Claims

Verbindungsanordnung eines aus zumindest einem Kunststoff gebildeten ersten Bauelements (10) an einem zweiten Bauelement (12) eines Kraftwagens, bei welcher das erste Bauelement (10) unter Vermittlung wenigstens einer auf das erste Bauelement (10) aufgebrachten Haftvermittlerschicht (18) und wenigstens einer zwischen der Haftvermittlerschicht (18) und dem zweiten Bauelement (12) angeordneten Klebstoffschicht (22) mit dem zweiten Bauelement (12) verklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haftvermittlerschicht (18) und der Klebstoffschicht (22) wenigstens eine auf die Haftvermittlerschicht (18) aufgebrachte, zweite Haftvermittlerschicht (22) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (10) aus Polycarbonat oder aus einer Mischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschichten (20, 22) aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (22) aus wenigstens einem Kunststoff, insbesondere Polyurethan, gebildet ist.
Verfahren zum Verbinden eines aus zumindest einem Kunststoff gebildeten ersten Bauelements (10) mit einem zweiten Bauelement (12) eines Kraftwagens, bei welchem das erste Bauelement (10) unter Vermittlung wenigstens einer auf das erste Bauelement (10) aufgebrachten Haftvermittlerschicht (18) und wenigstens einer zwischen der Haftvermittlerschicht (18) und dem zweiten Bauelement (12) angeordneten Klebstoffschicht (22) mit dem zweiten Bauelement (12) verklebt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haftvermittlerschicht (18) und der Klebstoffschicht (22) wenigstens eine zweite Haftvermittlerschicht (20) angeordnet wird, welche auf die erste Haftvermittlerschicht (18) aufgebracht wird.