DE102015222467B4 - Verfahren und anordnung zum vorhärten einer haftmittelschicht - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Vorhärten einer eine erste Komponente (11) mit einer zweiten Komponente (12) verbindenden Haftmittelschicht (10), wobei die Haftmittelschicht (10) durch Erhitzen der ersten Komponente (11) mittels eines Elektrodenpaars (13) erhitzt wird, welches mit einer Oberfläche (11a) der ersten Komponente (11) elektrischen Kontakt bildet und einen vorbestimmten elektrischen Strom (I1, I2) an die erste Komponente (11) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Strom (I1) mittels des Elektrodenpaars (13) an die erste Komponente (11) angelegt wird, um eine Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) auf eine Temperatur (T) oberhalb einer Aktivierungsschwelle (AT) zu erhöhen, und anschließend ein zweiter elektrischer Strom (I2) mittels des Elektrodenpaars (13) an die erste Komponente (11) angelegt wird, um die Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) in einem vorbestimmten Temperaturbereich (TR) oberhalb der Aktivierungsschwelle (AT) zu halten, und weiter dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anlegen des ersten elektrischen Stroms (I1) und des zweiten elektrischen Stroms (I2) eine Pause vorgesehen ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhärten einer Haftmittelschicht zum Verbinden einer ersten Komponente mit einer zweiten Komponente. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht, wobei die Haftmittelschicht eine erste Komponente mit einer zweiten Komponente verbindet.
  • Gewichtsreduziertes Design struktureller Automotive-Komponenten wird zunehmend wichtiger. Hybridstrukturen aus Stahl und Aluminium oder Verbundwerkstoffen ergeben einen Gewichtsvorteil im Vergleich zu herkömmlichen Stahlstrukturen. Diese Sekundärmaterialien wie Aluminium oder Verbundwerkstoffe können jedoch mit Stahl unter Verwendung von Widerstandspunktschweißen nicht verbunden werden.
  • US 5 100 494 A offenbart ein Verfahren zum vorübergehenden Verbinden und Trennen von zwei Materialstücken, umfassend die Schritte: Bereitstellen von zwei Materialstücken aus einem Material mit übereinstimmend geformten Oberflächen, Verbinden der beiden Materialstücke an einem Gelenk, wobei das Gelenk eine Schicht aus thermoplastischem Haftmittel, ein elektrisches Widerstandselement zwischen den beiden Stücken und Mittel zum Trennen und voneinander Beabstanden des elektrischen Widerstandselements von jedem der beiden miteinander verbundenen Materialstücken enthält, wobei das Mittel zum Trennen und voneinander Beabstanden eine Vielzahl von nicht-leitenden Abstandshaltern enthält, welche zwischen dem elektrischen Widerstandselement und den Materialstücken auf jeder Seite des elektrischen Widerstandselements angeordnet sind, und Leiten eines ausreichenden elektrischen Stroms durch das Widerstandselement zum Aufschmelzen des thermoplastischen Haftmittels, wodurch die beiden Stücke voneinander getrennt werden.
  • US 6 146 488 A offenbart ein Schweißverbindungsverfahren zum Verbinden von Metalloberflächen durch Haftung sowohl durch ein Haftmittel als auch durch Widerstandspunktschweißen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellen des Haftmittels durch Vermischen eines wärmehärtbaren Epoxidharzes, eines latenten Härters und 1 bis 15 Vol.% von einem oder mehreren leitfähigen Zusatzstoffen, welche aus der Gruppe bestehend aus Metall, Metalloxid, Metallcarbid, Metallnitrid, Metallborid und Metallsilizid ausgebildet sind, wobei das Additiv in Form eines Pulvers mit einer Teilchengröße von 10 µm oder weniger, oder in Form von Bruchstücken oder Flocken mit einer Dicke von mindestens 0,5 µm und einer Korngröße von 30 µm oder weniger ist, Auftragen des Haftmittels auf zumindest eine der zu verbindenden Metalloberflächen, anschließendes Verteilen des aufgetragenen Haftmittels, anschließendes Anordnen der Metalloberflächen zusammen mit dem verteilten Haftmittel dazwischen, anschließendes Punktschweißen der Metalloberflächen zum Verbinden dieser, und anschließendes Erhitzen der Metalloberflächen zum Härten des Haftmittels, wodurch das Additiv eine Gleitfähigkeit verbessert, um die Festigkeit der Schweißpunkte zu verbessern.
  • DE 29 22 969 A1 beschreibt ein Verfahren zum Zusammensetzen mehrschichtiger, tafelförmiger Gebilde und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung. US 4 941 937 A bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von faserverstärkenden Kunststoffaußenplatten für eine Fahrzeugkarosserie an Verstärkungselementen durch dielektrisches Erwärmen. US 5 421 943 A betrifft eine Widerstandsheizung mit Pulsstrom zum Verbinden temperaturkritischer Komponenten. US 6 043 471 A offenbart ein System und ein Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Bauteils. US 2013/0087178 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Komponenten durch Verwenden von Joule-Erwärmen.
  • Die Verwendung eines haftenden Verbindungsmittels ergibt eine effiziente Hybridverbindungsleistung. Das Haftmittel muss teilweise gehärtet sein, um eine Teilebearbeitung zu ermöglichen. Es ist daher ein neues Verfahren erforderlich, welches ein Vorhärten des Haftmittels vor einem Haupthärtungsverfahren ermöglicht.
  • Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht bereitzustellen, welche ein Vorhärten des Haftmittels vor dem Haupthärtungsverfahren ermöglicht.
  • Vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Vorhärten einer Haftmittelschicht mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Vorhärten einer eine erste Komponente mit einer zweiten Komponente verbindenden Haftmittelschicht vor, wobei die Haftmittelschicht durch Erhitzen der ersten Komponente mittels eines Elektrodenpaars erhitzt wird, welches mit einer Oberfläche der ersten Komponente elektrischen Kontakt bildet und einen vorbestimmten elektrischen Strom an die erste Komponente anlegt.
  • Des Weiteren sieht die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht vor, aufweisend eine Verbindungsstruktur mit einer ersten Komponente, welche mit einer zweiten Komponente mittels der Haftmittelschicht verbunden ist, und eine Vorrichtung, welche ein Elektrodenpaar aufweist, das mit einer Oberfläche der ersten Komponente in elektrischen Kontakt bringbar ist, wobei das Elektrodenpaar dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten elektrischen Strom an die erste Komponente anzulegen, um die Haftmittelschicht durch Erhitzen der ersten Komponente zu erhitzen.
  • Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vorhärten der Haftmittelschicht, welche die erste Komponente mit der zweiten Komponente verbindet, bereitzustellen, wobei bestehende Herstellungsmaschinen verwendet werden, um die Haftmittelschicht vorzuhärten, sodass die Verbindungsstruktur bearbeitbar ist, ohne durch Fixierungsmittel vorfixiert werden zu müssen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist deshalb in der Lage, eine gewichtsreduzierte Verbindungsstruktur bereitzustellen, welche eine hohe Haftverbindungsleistung aufweist sowie effizient und kosteneffektiv unter Verwendung bestehender Herstellungsmaschinen herstellbar ist.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erster elektrischer Strom mittels des Elektrodenpaars an die erste Komponente angelegt wird, um eine Temperatur der Haftmittelschicht auf eine Temperatur oberhalb einer Aktivierungsschwelle zu erhöhen, und anschließend ein zweiter elektrischer Strom mittels des Elektrodenpaars an die erste Komponente angelegt wird, um die Temperatur der Haftmittelschicht in einem vorbestimmten Temperaturbereich oberhalb der Aktivierungsschwelle zu halten. Somit ist ein Vorhärten der Haftmittelschicht in vorteilhafter Weise möglich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der vorbestimmte Temperaturbereich zum Vorhärten der Haftmittelschicht derart ausgewählt wird, dass dieser unterhalb einer Degenerationstemperatur der Haftmittelschicht liegt. Durch Halten der Haftmittelschicht in dem vorbestimmten Temperaturbereich, welcher oberhalb der Aktivierungsschwelle und unterhalb der Degenerationstemperatur liegt, kann ein effizientes und sicheres Vorhärten der Haftmittelschicht durchgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Haftmittelschicht durch ein Ein-Komponentenepoxid, ein Zwei-Komponentenepoxid, ein Ein-Komponentenpolyurethan, ein Zwei-Komponentenpolyurethan oder ein Zwei-Komponentenacryl ausgebildet ist. Somit kann in vorteilhafter Weise ein geeignetes Material ausgewählt werden, welches entsprechende Materialanforderungen erfüllt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Aktivierungsschwelle der Haftmittelschicht für das Ein-Komponentenepoxid 180°C, für das Zwei-Komponentenepoxid 120°C, für das Ein-Komponentenpolyurethan 100°C, für das Zwei-Komponentenpolyurethan 90°C und für das Zwei-Komponentenacryl 60°C beträgt, wobei der vorbestimmte Temperaturbereich, welcher für das Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt wird, zwischen 180°C und 240°C für das Ein-Komponentenepoxid, zwischen 120°C und 200°C für das Zwei-Komponentenepoxid, zwischen 100°C und 160°C für das Ein-Komponentenpolyurethan, zwischen 90°C und 140°C für das Zwei-Komponentenpolyurethan und zwischen 60°C und 120°C für das Zwei-Komponentenacryl beträgt, und wobei die Degenerationstemperatur der Haftmittelschicht für das Ein-Komponentenepoxid über 240°C, für das Zwei-Komponentenepoxid über 200°C, für das Ein-Komponentenpolyurethan über 160°C, für das Zwei-Komponentenpolyurethan über 140°C und für das Zwei-Komponentenacryl über 120°C beträgt. Somit kann ein effizientes Vorhärten in dem für die Haftmittelschicht korrekten Temperaturbereich durchgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste elektrische Strom zwischen 500 A und 5500 A, vorzugsweise zwischen 1750 A und 4250 A, beträgt, und an die erste Komponente für eine Zeitdauer von 1000 ms bis 7000 ms, vorzugsweise 2500 ms bis 5500 ms, angelegt wird, und wobei zwischen dem Anlegen des ersten elektrischen Stroms und des zweiten elektrischen Stroms eine Pause von 1 ms bis 2000 ms, vorzugsweise 500 ms bis 1500 ms, vorgesehen ist. Somit ist vorzugsweise ein schnelles Erhitzen der Haftmittelschicht möglich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite elektrische Strom eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen zwischen 250 A und 1450 A, vorzugsweise zwischen 650 A und 1050 A aufweist und an die erste Komponente für eine Zeitdauer von 300 ms bis 700 ms, vorzugsweise 400 ms bis 600 ms angelegt wird. Durch Pulsen des zweiten Stroms kann die Temperatur der Haftmittelschicht in dem vorbestimmten Temperaturbereich bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass nach jedem der Pulse eine Pause von 100 ms bis 900 ms, vorzugsweise 300 ms bis 700 ms, vorgesehen ist, und wobei die vorbestimmte Anzahl von Pulsen 10 bis 50 Pulse, vorzugsweise 20 bis 40 Pulse beträgt. Die gesamte Vorhärtzeit ist deshalb vorzugsweise kurz, was zu einem effizienten Herstellungsverfahren beiträgt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Vorhärtens der Haftmittelschicht auf die Oberfläche der ersten Komponente und eine Oberfläche der zweiten Komponente für eine vorbestimmte Zeitdauer ein mechanischer Druck angewendet wird. Durch Anwenden des mechanischen Drucks auf die Oberfläche der ersten Komponente und die Oberfläche der zweiten Komponente kann das Verbinden der ersten Komponente mit der zweiten Komponente durch die Haftmittelschicht unterstützt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Haftmittelschicht durch einen Duroplastwerkstoff ausgebildet ist, die erste Komponente durch jegliches Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit größer als 100000 S/m und die zweite Komponente durch eines aus der Gruppe von einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, einem Kunststoff, einem keramischen Werkstoff, Aluminium und Magnesium ausgebildet sind. Somit kann in vorteilhafter Weise eine gewichtsreduzierte Hybridstruktur hergestellt werden.
  • Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
  • Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
  • Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
  • Es zeigen:
    • 1a eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    • 1b eine schematische Darstellung der Anordnung zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    • 1c eine schematische Darstellung der Anordnung zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 ein Diagramm eines elektrischen Stroms, eines Drucks und einer Temperatur gegenüber einer Zeit in einem Verfahren zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 ein Diagramm einer Temperatur gegenüber einer Zeit eines Erhitzens der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
    • 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
  • 1a zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Anordnung 1 weist eine Verbindungsstruktur 5 auf, mit einer ersten Komponente 11, welche mit einer zweiten Komponente 12 mittels einer Haftmittelschicht 10 verbunden ist. Eine (in 1a nicht gezeigte) Vorrichtung weist ein Elektrodenpaar 13 auf, welches mit einer Oberfläche 11a der ersten Komponente 11 in elektrischen Kontakt bringbar ist.
  • 1b zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Elektrodenpaar ist, nachdem dieses mit der Oberfläche 11a der ersten Komponente 11 in elektrischen Kontakt gebracht wurde, dazu ausgebildet, einen vorbestimmten elektrischen Strom an die erste Komponente 11 anzulegen, um die Haftmittelschicht 10 durch Erhitzen der ersten Komponente 11 zu erhitzen.
  • Die Vorrichtung weist des Weiteren ein Mittel zum Anwenden eines mechanischen Drucks P auf die Oberfläche 11a der ersten Komponente 11 und eine Oberfläche 12a der zweiten Komponente 12 für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Vorhärtens der Haftmittelschicht 10 auf.
  • 1c zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Nachdem das Vorhärten der Haftmittelschicht beendet ist, wird die Vorrichtung zum Anwenden des mechanischen Drucks P auf die Oberfläche 11a der ersten Komponente 11 und die Oberfläche 12a der zweiten Komponente 12 gelöst und das Elektrodenpaar 13 von der Oberfläche 11a der ersten Komponente 11 zurückgezogen.
  • 2 zeigt ein Diagramm eines elektrischen Stroms, eines Drucks und einer Temperatur gegenüber einer Zeit in einem Verfahren zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Ein erster elektrischer Strom I1 wird an die erste Komponente mittels des Elektrodenpaars zum Erhöhen einer Temperatur T der Haftmittelschicht über eine Aktivierungsschwelle angelegt.
  • Die Haftmittelschicht ist vorzugsweise durch ein Ein-Komponentenepoxid ausgebildet. Alternativ kann die Haftmittelschicht beispielsweise durch ein Zwei-Komponentenepoxid, ein Ein-Komponentenpolyurethan, ein Zwei-Komponentenpolyurethan oder ein Zwei-Komponentenacryl ausgebildet sein.
  • Die Aktivierungsschwelle der Haftmittelschicht beträgt vorzugsweise 180°C für das Ein-Komponentenepoxid. Alternativ kann die Aktivierungsschwelle der Haftmittelschicht beispielsweise 120°C für das Zwei-Komponentenepoxid, vorzugsweise 100°C für das Ein-Komponentenpolyurethan, vorzugsweise 90°C für das Zwei-Komponentenpolyurethan und vorzugsweise 60°C für das Zwei-Komponentenacryl betragen.
  • Anschließend wird ein zweiter elektrischer Strom I2 an die erste Komponente mittels des Elektrodenpaars zum Halten der Temperatur T der Haftmittelschicht in einem vorbestimmten Temperaturbereich oberhalb der Aktivierungsschwelle angelegt. Der vorbestimmte Temperaturbereich, welcher zum Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt ist, liegt vorzugsweise zwischen 180°C und 240°C für das Ein-Komponentenepoxid. Ein empfohlener Temperaturbereich zum Aushärten liegt vorzugsweise zwischen 150°C und 210°C für das Ein-Komponentenepoxid.
  • Alternativ kann der vorbestimmte Temperaturbereich, welcher zum Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt ist, vorzugsweise zwischen 120°C und 200°C für das Zwei-Komponentenepoxid betragen. Ein empfohlener Temperaturbereich zum Aushärten liegt vorzugsweise zwischen 25°C und 180°C für das Zwei-Komponentenepoxid.
  • Alternativ kann der vorbestimmte Temperaturbereich, welcher zum Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt ist, vorzugsweise zwischen 100°C und 160°C für das Ein-Komponentenpolyurethan betragen. Ein empfohlener Temperaturbereich zum Aushärten liegt vorzugsweise zwischen 70°C und 130°C für das Ein-Komponentenpolyurethan.
  • Alternativ kann der vorbestimmte Temperaturbereich, welcher zum Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt ist, vorzugsweise zwischen 90°C und 140°C für das Zwei-Komponentenpolyurethan betragen. Ein empfohlener Temperaturbereich zum Aushärten liegt vorzugsweise zwischen 25°C und 130°C für das Zwei-Komponentenpolyurethan.
  • Alternativ kann der vorbestimmte Temperaturbereich, welcher zum Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt ist, vorzugsweise zwischen 60°C und 120°C für das Zwei-Komponentenacryl betragen. Ein empfohlener Temperaturbereich zum Aushärten liegt vorzugsweise zwischen 25°C und 80°C für das Zwei-Komponentenacryl.
  • Der erste elektrische Strom I1, beträgt vorzugsweise 3000 A. Alternativ kann der erste elektrische Strom I1, in einem Bereich zwischen 500 A und 5500 A, vorzugsweise zwischen 1750 A und 4250 A liegen.
  • Der erste elektrische Strom I1, wird vorzugsweise an die erste Komponente für eine Zeitdauer von 4000 ms angelegt. Alternativ kann der erste Strom I1, an die erste Komponente innerhalb eines Zeitbereichs von 1000 ms bis 7000 ms, vorzugsweise 2500 ms bis 5500 ms angelegt werden.
  • Der zweite elektrische Strom I2 weist vorzugsweise eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen von 850 A auf. Alternativ kann die vorbestimmte Anzahl von Pulsen des zweiten elektrischen Stromes I2 innerhalb eines Bereichs von 250 A bis 1450 A, vorzugsweise zwischen 650 A und 1050 A liegen. Die vorbestimmte Anzahl von Pulsen wird an die erste Komponente vorzugsweise für eine Zeitdauer von 500 ms angelegt. Alternativ kann die vorbestimmte Anzahl von Pulsen des zweiten elektrischen Stromes I2 an die erste Komponente innerhalb eines Zeitbereichs von 300 ms bis 700 ms, vorzugsweise 400 ms bis 600 ms angelegt werden.
  • Nach jedem der Pulse ist vorzugsweise eine Pause von 500 ms vorgesehen. Alternativ kann nach jedem der Pulse die Pause in einem Bereich von 100 ms bis 900 ms, vorzugsweise 300 ms bis 700 ms liegen.
  • Die vorbestimmte Anzahl von Pulsen beträgt vorzugsweise 30 Pulse. Alternativ kann die vorbestimmte Anzahl von Pulsen innerhalb eines Bereichs von 10 bis 50 Pulsen, vorzugsweise 20 bis 40 Pulsen liegen.
  • Die gesamte Zeitdauer, während welcher die erste Komponente und demzufolge die Haftmittelschicht auf oberhalb der Aktivierungsschwelle erhitzt und innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs gehalten werden, beträgt vorzugsweise mehr als 30 Sekunden.
  • Bevor der erste elektrische Strom durch das Elektrodenpaar an die erste Komponente angelegt wird, wird der mechanische Druck P auf die Oberfläche der ersten Komponente und die Oberfläche der zweiten Komponente für die vorbestimmte Zeitdauer während des Vorhärtens der Haftmittelschicht angewendet.
  • Des Weiteren erhöht sich die Temperatur der Haftmittelschicht, wie in 2 gezeigt, mit einer im Wesentlichen konstanten Rate bzw. einem konstanten Quotient während des Anlegens des ersten elektrischen Stromes I1 und wird nachfolgend auf einem im Wesentlichen konstanten Niveau während des Anlegens des zweiten elektrischen Stromes I2 gehalten. Wenn das Anlegen des zweiten elektrischen Stromes I2 endet, beginnt die Temperatur T der Haftmittelschicht zu fallen.
  • 3 zeigt ein Diagramm einer Temperatur gegenüber einer Zeit eines Erhitzens der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Der vorbestimmte Temperaturbereich TR wird zum Vorhärten der Haftmittelschicht ausgewählt. Der vorbestimmte Temperaturbereich TR liegt vorzugsweise oberhalb der Aktivierungsschwelle AT und unterhalb einer Degenerationstemperatur DT der Haftmittelschicht. Wie in 3 angezeigt, beträgt die Aktivierungsschwelle der Haftmittelschicht vorzugsweise 180°C für das Ein-Komponentenepoxid. Alternativ kann die Aktivierungsschwelle und/oder die Degenerationstemperatur und demzufolge der vorbestimmte Temperaturbereich in Abhängigkeit von einer Auswahl des Haftmittels unterschiedlich sein.
  • Die Degenerationstemperatur DT der Haftmittelschicht liegt vorzugsweise oberhalb von 240°C für das Ein-Komponentenepoxid. Alternativ kann die Degenerationstemperatur DT für die Haftmittelschicht vorzugsweise oberhalb von 200°C für das Zwei-Komponentenepoxid, oberhalb von 160°C für das Ein-Komponentenpolyurethan, oberhalb von 140°C für das Zwei-Komponentenpolyurethan und oberhalb von 120°C für das Zwei-Komponentenacryl betragen.
  • Die Temperatur der Haftmittelschicht steigt anfänglich in ungefähr 3 bis 5 Sekunden über die Aktivierungsschwelle. Anschließend wird die Temperatur der Haftmittelschicht bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs TR für eine Zeitdauer von ungefähr 30 Sekunden gehalten. Nach Beendigung des Erhitzens der Haftmittelschicht beginnt die Temperatur zu fallen.
  • Die Anordnung zum Vorhärten der Haftmittelschicht weist vorzugsweise eine Überlappungsscherfestigkeit von mehr als 1.0 MPa bei einer Vorhärtzeit von 40 Sekunden auf.
  • Die Haftmittelschicht ist vorzugsweise aus einem Duroplastwerkstoff ausgebildet. Alternativ kann beispielsweise ein anderes geeignetes Material verwendet werden. Die erste Komponente ist vorzugsweise aus Stahl ausgebildet. Alternativ kann die erste Komponente beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium ausgebildet sein. Ferner alternativ kann die erste Komponente beispielsweise durch ein beliebiges Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit größer als 100000 S/m ausgebildet sein.
  • Die zweite Komponente ist vorzugsweise aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff ausgebildet. Alternativ kann die zweite Komponente vorzugsweise aus einem aus der Gruppe von einem Kunststoff, einem Keramikwerkstoff, Aluminium und Magnesium ausgebildet sein.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Vorhärten der Haftmittelschicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • In Schritt S1 wird ein erster elektrischer Strom an die erste Komponente mittels eines Elektrodenpaars zum Erhöhen einer Temperatur der Haftmittelschicht auf eine Temperatur oberhalb einer Aktivierungsschwelle angelegt. In Schritt S2 wird ein zweiter elektrischer Strom an die erste Komponente durch das Elektrodenpaar zum Halten der Temperatur der Haftmittelschicht in einem vorbestimmten Temperaturbereich oberhalb der Aktivierungsschwelle und unterhalb einer Degenerationstemperatur der Haftmittelschicht gehalten. In Schritt S3 wird ein mechanischer Druck auf die Oberfläche der ersten Komponente und einer Oberfläche der zweiten Komponente für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Vorhärtens der Haftmittelschicht angewendet.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
  • Beispielsweise kann die Form der ersten und zweiten Komponente eine beliebige Form aufweisen. Das Elektrodenpaar kann des Weiteren an einer beliebigen gewünschten Position an der Oberfläche der ersten Komponente angeordnet werden. Der zweite elektrische Strom kann darüber hinaus beispielsweise in Abhängigkeit spezifischer Anforderungen konstant oder gepulst sein. Des Weiteren können alternativ andere Verfahren zum Vorhärten von Haftmitteln wie beispielsweise durch Induktion oder Infrarotheizen Anwendung finden.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Vorhärten einer eine erste Komponente (11) mit einer zweiten Komponente (12) verbindenden Haftmittelschicht (10), wobei die Haftmittelschicht (10) durch Erhitzen der ersten Komponente (11) mittels eines Elektrodenpaars (13) erhitzt wird, welches mit einer Oberfläche (11a) der ersten Komponente (11) elektrischen Kontakt bildet und einen vorbestimmten elektrischen Strom (I1, I2) an die erste Komponente (11) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Strom (I1) mittels des Elektrodenpaars (13) an die erste Komponente (11) angelegt wird, um eine Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) auf eine Temperatur (T) oberhalb einer Aktivierungsschwelle (AT) zu erhöhen, und anschließend ein zweiter elektrischer Strom (I2) mittels des Elektrodenpaars (13) an die erste Komponente (11) angelegt wird, um die Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) in einem vorbestimmten Temperaturbereich (TR) oberhalb der Aktivierungsschwelle (AT) zu halten, und weiter dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anlegen des ersten elektrischen Stroms (I1) und des zweiten elektrischen Stroms (I2) eine Pause vorgesehen ist.
  2. Verfahren zum Vorhärten einer eine erste Komponente (11) mit einer zweiten Komponente (12) verbindenden Haftmittelschicht (10), wobei die Haftmittelschicht (10) durch Erhitzen der ersten Komponente (11) mittels eines Elektrodenpaars (13) erhitzt wird, welches mit einer Oberfläche (11 a) der ersten Komponente (11) elektrischen Kontakt bildet und einen vorbestimmten elektrischen Strom (I1, I2) an die erste Komponente (11) anlegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Strom (I1) mittels des Elektrodenpaars (13) an die erste Komponente (11) angelegt wird, um eine Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) auf eine Temperatur (T) oberhalb einer Aktivierungsschwelle (AT) zu erhöhen, und anschließend ein zweiter elektrischer Strom (I2) mittels des Elektrodenpaars (13) an die erste Komponente (11) angelegt wird, um die Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) in einem vorbestimmten Temperaturbereich (TR) oberhalb der Aktivierungsschwelle (AT) zu halten, und weiter dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Strom (I2) eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen aufweist und an die erste Komponente (11) für eine Zeitdauer angelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorhärtens der Haftmittelschicht (10) auf die Oberfläche (11 a) der ersten Komponente (11) und eine Oberfläche (12a) der zweiten Komponente (12) für eine vorbestimmte Zeitdauer ein mechanischer Druck (P) angewendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Temperaturbereich (TR) zum Vorhärten der Haftmittelschicht (10) derart ausgewählt wird, dass dieser unterhalb einer Degenerationstemperatur (DT) der Haftmittelschicht (10) liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmittelschicht (10) durch ein Ein-Komponentenepoxid, ein Zwei-Komponentenepoxid, ein Ein-Komponentenpolyurethan, ein Zwei-Komponentenpolyurethan oder ein Zwei-Komponentenacryl ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsschwelle (AT) der Haftmittelschicht (10) für das Ein-Komponentenepoxid 180°C, für das Zwei-Komponentenepoxid 120°C, für das Ein-Komponentenpolyurethan 100°C, für das Zwei-Komponentenpolyurethan 90°C und für das Zwei-Komponentenacryl 60°C beträgt, wobei der vorbestimmte Temperaturbereich (TR), welcher für das Vorhärten der Haftmittelschicht (10) ausgewählt wird, zwischen 180°C und 240°C für das Ein-Komponentenepoxid, zwischen 120°C und 200°C für das Zwei-Komponentenepoxid, zwischen 100°C und 160°C für das Ein-Komponentenpolyurethan, zwischen 90°C und 140°C für das Zwei-Komponentenpolyurethan und zwischen 60°C und 120°C für das Zwei-Komponentenacryl beträgt, und wobei die Degenerationstemperatur (DT) der Haftmittelschicht (10) für das Ein-Komponentenepoxid über 240°C, für das Zwei-Komponentenepoxid über 200°C, für das Ein-Komponentenpolyurethan über 160°C, für das Zwei-Komponentenpolyurethan über 140°C und für das Zwei-Komponentenacryl über 120°C beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Strom (I1) zwischen 500 A und 5500 A, vorzugsweise zwischen 1750 A und 4250 A beträgt, und an die erste Komponente (11) für eine Zeitdauer von 1000 ms bis 7000 ms, vorzugsweise 2500 ms bis 5500 ms, angelegt wird, und wobei zwischen dem Anlegen des ersten elektrischen Stroms (I1) und des zweiten elektrischen Stroms (I2) eine Pause von 1 ms bis 2000 ms, vorzugsweise 500 ms bis 1500 ms vorgesehen ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Strom (I2) eine vorbestimmte Anzahl von Pulsen zwischen 250 A und 1450 A, vorzugsweise zwischen 650 A und 1050 A aufweist und an die erste Komponente (11) für eine Zeitdauer von 300 ms bis 700 ms, vorzugsweise 400 ms bis 600 ms angelegt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem der Pulse eine Pause von 100 ms bis 900 ms, vorzugsweise 300 ms bis 700 ms vorgesehen ist, und wobei die vorbestimmte Anzahl von Pulsen 10 bis 50 Pulse, vorzugsweise 20 bis 40 Pulse beträgt.
  10. Anordnung zum Vorhärten einer Haftmittelschicht (10) nach dem Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend eine Verbindungsstruktur mit einer ersten Komponente (11), welche mit einer zweiten Komponente (12) mittels der Haftmittelschicht (10) verbunden ist, und eine Vorrichtung, welche ein Elektrodenpaar (13) aufweist, das mit einer Oberfläche (11a) der ersten Komponente (11) in elektrischen Kontakt bringbar ist, wobei das Elektrodenpaar (13) dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten elektrischen Strom (I1, I2) an die erste Komponente (11) anzulegen, um die Haftmittelschicht (10) durch Erhitzen der ersten Komponente (11) zu erhitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Anwenden eines mechanischen Drucks (P) auf die Oberfläche (11 a) der ersten Komponente (11) und eine Oberfläche (12a) der zweiten Komponente (12) für eine vorbestimmte Zeitdauer während dem Vorhärten der Haftmittelschicht (10) aufweist.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaar (13) dazu ausgebildet ist, an die erste Komponente (11) einen ersten elektrischen Strom (I1) zum Erhöhen der Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) auf eine Temperatur (T) oberhalb der Aktivierungsschwelle (AT) anzulegen, und anschließend an die erste Komponente (11) einen zweiten elektrischen Strom (I2) zum Halten der Temperatur (T) der Haftmittelschicht (10) in einem vorbestimmten Temperaturbereich oberhalb der Aktivierungsschwelle (AT) anzulegen.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Temperaturbereich (TR) zum Vorhärten der Haftmittelschicht (10) ausgewählt ist, wobei der vorbestimmte Temperaturbereich (TR) unter einer Degenerationstemperatur (DT) der Haftmittelschicht (10) liegt.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmittelschicht (10) durch einen Duroplastwerkstoff ausgebildet ist, die erste Komponente (11) durch jegliches Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit größer als 100000 S/m und die zweite Komponente (12) durch eines aus der Gruppe von einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, einem Kunststoff, einem keramischen Werkstoff, Aluminium und Magnesium ausgebildet sind.
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