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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Klebeverbindung zwischen einem ersten Verbindungsabschnitt eines Verbindungselements und einem zweiten Verbindungsabschnitt eines Trägerelements, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Klebeverbindung zwischen einem Klebebolzen und einem Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff, unverstärktem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff.
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Die Herstellung von dauerhaften und zuverlässigen Klebeverbindungen zwischen Verbindungselementen und Trägerelementen aus unterschiedlichen Materialien stellt eine besondere Herausforderung dar, um eine ausreichende Funktionalität des Verbindungselements zur Anbindung weiterer Komponenten bereitzustellen. Insbesondere im Automobilbau werden hohe Anforderungen an eine Dauerhaltbarkeit sowie eine schnelle und einfache Verarbeitbarkeit der Klebeverbindungen gestellt. Speziell im Falle von Mischbauten mit Metall- und Kunststoffelementen sind besondere Maßnahmen zur Bereitstellung der Klebeverbindungen erforderlich.
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So werden beispielsweise Klebebolzen aus Metall mit einem Kunststofffuß ausgeführt, um den Fuß mittels Einkomponenten-Klebstoffen (sogenannte 1 K-Klebstoffe) mit einem kohlefaserverstärkten Kunststoffbauteil zu verbinden. Der Klebstoff muss hierbei mittels ultravioletten Lichts in einem chemischen Prozess ausgehärtet werden. Zwar werden mit diesem Verfahren kurze Taktzeiten erreicht, jedoch stellt die Verwendung des Kunststofffußes eine lastmindernde Schwachstelle des ansonsten aus Metall gefertigten Klebebolzens dar, so dass dieser eine deutlich reduzierte Belastbarkeit für die Anbindung anderer Bauteile aufweist.
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Alternativ werden Klebebolzen eingesetzt, die vollständig aus Metall gefertigt sind, wobei zusätzlich ein Kunststoffring im Bereich des Fußes des Klebebolzens angeordnet und unter Verwendung eines Zweikomponenten-Klebstoffs ebenfalls mittels ultravioletten Lichts besonders schnell ausgehärtet werden kann. Eine Taktzeit ist auch in diesem Fall gering, jedoch stellt auch hier die Kunststoffverbindung einen lastmindernden Faktor dar.
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Des Weiteren sind Verklebungen bekannt, bei denen ein Metallbolzen mit Metallfuß unmittelbar durch Klebstoff auf das Kunststoffbauteil aufgeklebt wird. Jedoch ist hierbei eine Verwendung von mittels ultra-violettem Licht härtendem Klebstoff zur schnellen Härtung nicht möglich, so dass der Bolzen stattdessen über einen längeren Zeitraum fixiert werden muss, während der verwendete Klebstoff soweit abbindet, dass zumindest das Eigengewicht des Bolzens gehalten werden kann und dieser am Bauteil fixiert bleibt. Infolgedessen sind für das Verfahren vergleichsweise lange Taktzeiten erforderlich.
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Aus der
DE 10 2010 028 171 A1 ist ein Verfahren zum Verkleben von Bauteilen unterschiedlicher Materialen bekannt, welches die Verwendung einer mechanischen Vorrichtung vorsieht, um für die Dauer des Klebevorgangs die zu verbindenden Bauteile in einer vorbestimmten Position zueinander zu fixieren. Entsprechend der aufwendigen Fixierung ist eine schnelle und einfache Verklebung ohne grollen Aufwand auf diese Weise nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer Klebeverbindung bereitzustellen, welches ein möglichst einfaches und schnelles Verkleben von Bauteilen aus gleichen oder unterschiedlichen Materialen ermöglicht, insbesondere ein Verkleben von Verbindungselementen an Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, unverstärktem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
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Demnach wird ein Verfahren zum Herstellen einer Klebeverbindung zwischen einem ersten Verbindungsabschnitt eines Verbindungselements und einem zweiten Verbindungsabschnitt eines Trägerelements bereitgestellt, mit den folgenden Schritten:
- – Aufbringen von Klebstoff auf den ersten und/oder den zweiten Verbindungsabschnitt,
- – Aufheizen des ersten Verbindungsabschnitts, und
- – Anordnen des ersten Verbindungsabschnitts des Verbindungselements auf dem zweiten Verbindungsabschnitt des Trägerelements.
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Das Verbindungselement wird also auf dem Trägerelement befestigt, indem die jeweiligen Verbindungsabschnitte miteinander verklebt werden. Hierzu kann ein Klebstoffauftrag entweder auf einen der beiden Verbindungsabschnitte, also entweder auf den ersten oder den zweiten Verbindungsabschnitt, erfolgen. Alternativ ist jedoch auch ein beidseitiger Klebstoffauftrag auf den ersten und den zweiten Verbindungsabschnitt möglich. Vorzugsweise sind die äußeren Oberflächen der beiden Verbindungsabschnitte komplementär zueinander, zum Beispiel flächig und plan, ausgestaltet, um eine möglichst optimale Verbindung zu erzielen.
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Zusätzlich erfolgt das Aufheizen des ersten Verbindungsabschnitts, wobei durch den Wärmeeintrag des aufgeheizten ersten Verbindungsabschnitts eine Aushärtung des aufgebrachten Klebstoffs derart beschleunigt wird, dass keine oder lediglich eine zeitlich sehr kurze zusätzliche Fixierung des Verbindungselements erforderlich ist. So kann im Rahmen des Anordnens des ersten Verbindungsabschnitts auf dem zweiten Verbindungsabschnitt ein optionales, kurzes Halten des Verbindungselements ausreichend sein.
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Beispielsweise kann der Schritt des Aufheizens des ersten Verbindungsabschnitts vor und/oder während und/oder nach dem Anordnen des ersten Verbindungsabschnitts auf dem zweiten Verbindungsabschnitt erfolgen. Dies bedeutet, dass der erste Verbindungsabschnitt zunächst aufgeheizt wird und anschließend in aufgeheiztem Zustand auf dem zweiten Verbindungsabschnitt positioniert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Verbindungsabschnitt während des Anordnens auf dem zweiten Verbindungsabschnitt (auf-)geheizt werden, um die Aushärtezeit des Klebstoffs zu verkürzen. Ebenfalls alternativ oder zusätzlich kann der erste Verbindungsabschnitt nach dem Anordnen auf dem zweiten Verbindungsabschnitt (auf-)geheizt werden.
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Der Schritt des Aufheizens kann zudem auch vor und/oder während dem Schritt des Aufbringens des Klebstoffs erfolgen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Klebstoff nicht bereits zu weit ausgehärtet wird, bevor das Anordnen auf dem Trägerelement erfolgt, um eine ausreichende Klebeverbindung zu gewährleisten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Aufheizens des ersten Verbindungsabschnitts mittels eines Aufheizens des Verbindungselements erfolgen. Dies bedeutet, dass das gesamte Verbindungselement aufgeheizt wird, wodurch auch der erste Verbindungsabschnitt erwärmt wird. Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt als Teil des Verbindungselements ausgeführt und einstückig mit einem weiteren Abschnitt des Verbindungselementes verbunden. Der weitere Abschnitt kann beispielsweise ein bolzenförmiger Abschnitt sein. Dieser kann optional auf seiner Mantelfläche ein Außengewinde aufweisen. Alternativ kann der weitere Abschnitt eine Öse, insbesondere eine Befestigungsöse zum Befestigen von weiteren Elementen oder eine Kabelbinderöse zum Befestigen von Kabeln sein. Ebenso kann der weitere Abschnitt ein Muttergewinde zur Aufnahme von Schraubverbindungen aufweisen. In jedem Fall weist das Verbindungselement jedoch den ersten Verbindungsabschnitt zum Anbinden an des Trägerelement auf.
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Beispielsweise kann der Schritt des Aufheizens des ersten Verbindungsabschnitts mittels Induktion, elektromagnetischer Strahlung oder Wärmeleitung erfolgen. Je nach Zeitpunkt des Aufheizens kann ein Werkzeug zum Setzen bzw. Anordnen des Verbindungselements an dem Trägerelement über entsprechende Aufheizmittel beziehungsweise eine Heizvorrichtung verfügen, die zum Einwirken auf das Verbindungselement ausgebildet sind und dieses somit aufheizen. Alternativ oder zusätzlich können separat angeordnete, entsprechende Heizvorrichtungen vorgesehen werden, um am Aufheizen des Verbindungselements bzw. Verbindungsabschnitts zu erzielen.
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Eine für das Aufheizen zu wählende Temperatur wird vorzugsweise auf das eingesetzte Klebstoffsystem abgestimmt, um ein möglichst optimales Aushärteergebnis zu erzielen. Beispielsweise kann der Schritt des Aufheizens ein Erwärmen zumindest des ersten Verbindungsabschnitts auf eine Aushärtetemperatur des Klebstoffs, insbesondere auf eine Oberflächentemperatur des ersten Verbindungsabschnitts von 60 bis 140°C, vorzugsweise 80 bis 120°C, besonders bevorzugt auf ca. 100°C, umfassen. Wird dagegen das genannte Verbindungselement aufgeheizt, so ist dieses derart zu heizen, dass dennoch im Bereich des ersten Verbindungsabschnitts die genannten Temperaturen erreicht werden.
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Des Weiteren kann der Schritt des Anordnens des ersten Verbindungsabschnitts auf dem zweiten Verbindungsabschnitt automatisiert mittels einer Positionier-Vorrichtung, insbesondere mittels eines Roboterarms, erfolgen.
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Zusätzlich kann der Schritt des Anordnens des ersten Verbindungsabschnitts auf dem zweiten Verbindungsabschnitt ein Aufpressen, insbesondere ein Aufpressen mit definierter Anpresskraft, umfassen. Die Anpresskraft kann hierbei für eine definierte Zeitdauer konstant gehalten und/oder langsam auf einen definierten Wert auf- und/oder abgebaut werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Verbindungselement ein Klebebolzen und zumindest der erste Verbindungsabschnitt, vorzugsweise der gesamte Klebebolzen einschließlich Verbindungsabschnitt, aus Metall ausgeführt. Dies bietet den Vorteil einer hohen Belastbarkeit und einfache Aufheizfähigkeit aufgrund des metallischen Werkstoffs im Vergleich zu Kunststoffen. Auf zwischengeordnete Füße aus Kunststoff kann auf diese Weise verzichtet werden.
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Wie bereits beschrieben kann das Verbindungselements anstelle eines Klebebolzens mit einer Öse oder einem Muttergewinde ausgeführt sein, welches auf dem ersten Verbindungsabschnitt angeordnet ist. Auch in diesem Fall ist zumindest der erste Verbindungsabschnitt, vorzugsweise das gesamte Verbindungselement, aus Metall ausgeführt.
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Des Weiteren kann das Verfahren einen Schritt des Nachhärtens, insbesondere unter Umgebungstemperatur oder durch Wärmeeintrag mittels einer separaten Wärmequelle, umfassen. Auf diese Weise kann eine Taktzeit zusätzlich verkürzt werden. Das Verbindungselement wird lediglich auf dem Trägerelement angeordnet und eventuell solange kurzzeitig gehalten werden, dass es auf dem Träger befestigt bleibt. Eine vollständige Aushärtung kann anschließend bei Umgebungstemperatur oder durch die zusätzliche Wärmequelle, wie beispielsweise in einem Ofen oder durch einen Wärmestrahler, erfolgen. Ein Nachhärten durch ein nachfolgendes Erwärmen des Verbindungsabschnitts ist ebenfalls möglich.
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Außerdem kann das Trägerelement ein Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, oder ein Bauteil aus unverstärktem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff sein. Als Verstärkungsfasern eignen sich neben der Kohlefaser auch Glasfasern, Metallfasern, Aramidfasern, Naturfasern oder andere bekannte Verstärkungsfasern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 erste Teilschritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Klebeverbindung gemäß der Beschreibung, und
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2 zweite Teilschritte des Verfahrens.
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In 1 sind erste Teilschritte des Verfahrens zum Herstellen einer Klebeverbindung zwischen einem ersten Verbindungsabschnitt 11 eines als Klebebolzen ausgeführten Verbindungselements 10 und einem zweiten Verbindungsabschnitt 12 eines Trägerelements 13, wie beispielsweise eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, dargestellt.
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Hierzu erfolgt ein Aufbringen von Klebstoff 14 auf den ersten 11 und/oder den zweiten Verbindungsabschnitt 12. Dargestellt ist ein beidseitiger Klebstoffauftrag 14, es versteht sich jedoch, dass ebenso lediglich ein Auftrag auf einen der beiden Verbindungsabschnitte 11, 12 erfolgen kann.
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Des Weiteren erfolgt ein Aufheizen des ersten Verbindungsabschnitts 11, wobei der Schritt des Aufheizens des ersten Verbindungsabschnitts 11 zeitlich vor und/oder während des Anordnens des ersten Verbindungsabschnitts 11 auf dem zweiten Verbindungsabschnitt 12 ausgeführt wird (ein nachträgliches (Auf-)Heizen ist ebenfalls möglich und in 2 angedeutet). Hierzu wird vorzugsweise das gesamte Verbindungselement 10 aufgeheizt, beispielsweise mittels Induktion, elektromagnetischer Strahlung oder Wärmeleitung, um den als Teil des Verbindungselements 10 ausgeführten und einstückig mit diesem verbundenen ersten Verbindungsabschnitt 11 zu erwärmen. Das Verbindungselement 10 ist hierzu zum Beispiel aus Metall gefertigt.
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Lediglich beispielhaft und symbolisch ist in 1 eine Heizvorrichtung 16 dargestellt, die je nach gewählter Art und Weise der voranstehend beschriebenen Heizungsart ausgeführt ist, um das Verbindungselement 10 zu erhitzen. Eine Erwärmung zumindest des ersten Verbindungsabschnitts 11 erfolgt beispielsweise bis auf eine Aushärtetemperatur des Klebstoffs 14, insbesondere auf eine Oberflächentemperatur des ersten Verbindungsabschnitts 11 von 60 bis 140°C, vorzugsweise 80 bis 120°C, besonders bevorzugt auf ca. 100°C.
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Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt des Anordnens A des ersten Verbindungsabschnitts 11 des Verbindungselements 10 auf dem zweiten Verbindungsabschnitt 12 des Trägerelements 13. 2 zeigt den resultierenden zusammengefügten Zustand.
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Der Schritt des Anordnens des ersten Verbindungsabschnitts 11 auf dem zweiten Verbindungsabschnitt 12 kann automatisiert mittels einer Positionier-Vorrichtung 15, insbesondere mittels eines Roboterarms, erfolgen, welche lediglich schematisch als Werkzeug 15 dargestellt ist, und bei Bedarf ein Aufpressen, insbesondere ein Aufpressen mit definierter Anpresskraft F, ermöglichen kann. Das Werkzeug 15 kann beispielsweise außerdem die Heizvorrichtung 16 umfassen, um so das Verbindungselement während der Handhabung aufzuheizen. Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche beispielhaft und lediglich schematisch angedeutete Ausführungsformen einer Heizvorrichtung 16, 16'. Diese können alternativ zueinander oder gemeinsam miteinander eingesetzt werden, sind jedoch nicht auf den jeweils in den einzelnen Figuren dargestellten Verfahrensschritt beschränkt.
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In dem in 2 dargestellten Zustand kann ebenfalls bei Bedarf ein Nachhärten erfolgen, beispielsweise unter Umgebungstemperatur oder durch Wärmeeintrag mittels einer separaten Wärmequelle (nicht dargestellt).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028171 A1 [0006]
