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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren sowie ein Bauteil zur Verwendung bei einem Verfahren zur Herstellung einer klebenden Verbindung von Hohlprofilen.
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Als Hohlprofil im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle komplexen Profil-Geometrien von den einfachen Grundformen „rund“, „quadratisch“, „rechteckig“ sowie davon abweichende (umfangsgeschlossene) Formen, wie zum Beispiel oval, zu verstehen und solche Profile, die wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise endseitig, über einen solchen umfangsgeschlossenen Hohlprofilabschnitt verfügen.
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Im klassischen Karosseriebau werden üblicherweise Metallprofile und aus Metallen geformte Karosseriebauteile mittels eines herkömmlichen Schweißverfahrens miteinander verbunden. So werden z. B. Alu- und Stahlprofile in knotenförmigen Schalen eingebettet oder in Gussstrukturen eingeschuht und Punkt- oder Nahtgeschweißt.
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Zunehmend finden im Karosseriebau diverse Materialien, Multimaterial-Mix-Komponenten sowie Composite-Strukturen und daraus hergestellte Konstruktionsbauteile Verwendung.
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Zunehmend werden Konstruktionsprofile z. B. aus Faserverbundwerkstoff im Fahrzeug- und Flugzeugbau eingesetzt. Im Fahrzeugbau besteht ein Bestreben danach, leichte, jedoch hochfeste Profile einzusetzen, die den zu erwartenden Belastungen standhalten. Im Fahrzeugbau werden solche Profile oder Profil-Mix-Profile aus Materialpaarungen aus Metall und Kunststoff zunehmend miteinander verklebt. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise zum Verkleben, ist das Einbringen von Klebstoff z. B. in Form einer umlaufenden Kleberaupe auf die Innenwand des einen Hohlprofils in welches dann das andere Hohlprofil eingeschoben wird. Dabei wird die Kleberaupe umlaufend im Profil verteilt. Nachteilig ist dabei, dass dadurch Fehlstellen entstehen und keine gleichmäßige und reproduzierbare Verteilung des Klebstoffes erzielt werden kann. Demnach wird der Klebespalt regelmäßig unzureichend gefüllt, womit das Verfahren insgesamt nicht als prozesssicher gilt.
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Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme zum Verbinden von Hohlprofilen stellt das Injektionskleben dar.
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Das Injektionskleben ist ein Fertigungsprozess, bei dem ein flüssiger Stoff, und zwar ein Klebstoff, in einen fest umgrenzten Raum gefüllt d.h. injiziert wird, um sich dort zu verfestigen. Die Klebstoffapplikation erfolgt, im Unterschied zu anderen typischen Klebeverfahren, erst nach dem Fügen der zu verbindenden Bauteile. Beim Injektionskleben werden z. B. der hydrostatische Druck oder die Kapillarkräfte verwendet, um die Klebstoffverteilung zu erzielen. Im Gegensatz zur Passflächenfertigung ist beim Injektionskleben eine Haftung zu den betroffenen Oberflächen erwünscht.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 102012012298 A1 ist z. B. ein Injektionsklebeverfahren und eine entsprechende Klebevorrichtung zum Zusammenkleben von Fügeteilen bekannt, die an ihren zusammenzufügenden Stirnflächen Klebeflächen aufweisen, insbesondere zum Zusammenkleben von Rotorblatthalbschalen zu einem Rotorblatt für eine Windkraftanlage. Es wird dabei vorgeschlagen, dass die Fügeteile durch Injektionskleben miteinander verklebt werden, wobei ein Klebstoff in eine Klebefuge zwischen den Klebeflächen der Fügeteile injiziert wird.
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Aus der
DE 102004001386 B3 ist ein Verfahren zur Erstellung einer unlösbaren Steckverbindung bekannt, die mittels Klebstoffinjektion erfolgt. Bei diesem Verfahren wird ein Klebstoff in den Fügespalt einer Kupplung zwischen zwei Dichtungen über eine Injektionsöffnung injiziert, um so die Kupplungspaare miteinander dauerhaft zu verbinden. Des Weiteren ist nach der
EP 2301826 B1 ein Knotenelement für eine Fahrzeugrahmenstruktur mit einem Befestigungsflansch bekannt, der einen umlaufenden Klebstoffkanal aufweist, in den Klebstoff injiziert wird.
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Beim Injektionskleben ist die vollständige Füllung des für den Klebstoff vorgesehenen Injektionsraumes problematisch. Da die Kapillareffekte, die Profilgeometrie, die Oberflächenbeschaffenheit der Klebeflächen und die Viskosität des Klebstoffs Einflussgrößen darstellen, hat sich beim Injektionskleben der Nachteil gezeigt, dass oftmals ein unzureichender Klebstoffeintrag zum Versagen der Verklebung führt oder die Verklebung unbefriedigend ausgebildet ist. Da zunehmend Verbundwerkstoffe wie z. B. kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe (CFK-Verbundwerkstoffe) mit komplexen Geometrien im Fahrzeugbau eingesetzt werden, zeigt sich dieser nachteilige Effekt noch stärker.
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Speziell bei der Verbindung von endseitigen Abschnitten von Hohlprofilen mit Schalenbauteilen, bei denen quer zum Profilquerschnitt z. B. eine Wand vorgesehen ist, kann es vorkommen, dass der Klebstoff entlang der Profiloberfläche und dann in das Inneres des Profils unerwünscht hinein fließt.
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Beim Injektionskleben von CFK-Hohlprofilbauteilen in Fahrzeugen werden alternativ Dichtungen oder Dichtelemente verwendet, um einen unerwünschten Klebstoffaustritt in eine Richtung entlang der Oberfläche zu verhindern.
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Bei nicht symmetrischen Formen, wie z. B. Schalen mit konisch zulaufenden Innenwänden ist das Abdichten mit solchen Dichtelementen schwierig.
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Es bestehen neben den oben erwähnten Nachteilen der ausreichenden Befüllung noch eine Reihe weiterer praktischer Probleme bei den herkömmlichen Injektionsklebeverfahren. Hohe Injektionsdrücke beim Injizieren des Klebstoffs führen z. B. immer wieder zu dem Verschieben der Dichtungen von ihrer Position, was insgesamt zum Versagen der Verklebung führt. Das mechanische Zusammenspiel und die Wirkungsweise der Dichtungen beim Zusammenfügen der Bauteile wird ferner von der Toleranzkette zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser der beteiligten Bauteile und der Toleranz der Dichtung mitbestimmt, so dass die erforderliche Prozesssicherheit nicht in gewünschtem Ausmaß gegeben ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung sowie ein verbessertes und zuverlässiges Verfahren bereitzustellen, welches zu reproduzierbaren Klebeergebnissen führt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 und Patentanspruch 11 gelöst.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, eine auf einem Hohlprofil montierbare, vorzugsweise aufsteckbare Fließbegrenzungsvorrichtung vorzusehen, die so ausgebildet ist, dass Barriereelemente bzw. Begrenzungselemente dieser Vorrichtung am Außenmantel des Profils so anliegen, dass eine Fließbewegung eines Klebstoffes entlang der Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils verhindert wird, während ein Fließen entlang dem Außenmantel zwischen den Begrenzungselementen ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorzugsweise zwei Begrenzungselemente über Verbindungsstege miteinander verbunden sind und zwischen den Verbindungsstegen und der Oberfläche des Hohlprofils auf den die Fließbegrenzungsvorrichtung bestimmungsgemäß montiert ist, eine Art „Fließtunnel“ für den Klebstoff gebildet wird.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Fließbegrenzungsvorrichtung zur Montage an einem Hohlprofil zum Begrenzen der Fließbewegung eines Klebstoffes entlang der Oberfläche des Profils in der Längserstreckungsrichtung des Profils vorgesehen, bestehend aus einem flachen Deckel (erstes Begrenzungselement) und einem mit einer Öffnung zum Durchstecken des Profils ausgebildeten Rahmen (zweites Begrenzungselement), der über wenigstens einen, vorzugsweise über mehrere Verbindungsstege mit dem Deckel verbunden ist, wobei der bzw. die Verbindungsstege in wenigstens einem Stegabschnitt eine Höhe aufweisen, die geringer ist, als die Höhe des Rahmens in gleicher Richtung d. h. in einer Richtung quer zur Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils betrachtet. Eine solche Höhenreduzierung im Bereich des Steges, wird mit Vorteil mittels einer oder mehrere Aussparungen, Ausklinkungen oder Ausnehmungen an der Innenseite des jeweiligen Verbindungsstegs erreicht. Die Innenseite des jeweiligen Verbindungsstegs ist dabei diejenige Seite, die im montierten Zustand der Fließbegrenzungsvorrichtung am Hohlprofil der jeweiligen benachbarten Oberfläche des Hohlprofils zugewandt ist.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die Fließbegrenzungsvorrichtung als ein auf einen Endabschnitt eines Hohlprofils aufsteckbaren Adapter ausgebildet ist. Je nach Form und Abmessung der miteinander zu verbindenden Hohlprofile ist die Form und Abmessung der Fließbegrenzungsvorrichtung geeignet zu wählen. Insbesondere ist die Ausgestaltung der Begrenzungselemente so zu wählen, dass der Zwischenraum zwischen dem einen Hohlprofil und dem in dieses Hohlprofil eingesteckte Hohlprofil durch diese Begrenzungselemente so abgedichtet ist, dass Klebstoff nicht unerwünscht aus dem Bereich zwischen den Begrenzungselementen austreten kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnung des Rahmens einen Querschnitt aufweist, der dem Querschnitt eines bestimmungsgemäß zur Montage vorgesehenen Hohlprofils entspricht, so dass der Rahmen im montierten Zustand der Fließbegrenzungsvorrichtung auf einem solchen Hohlprofil mit seiner Innenkante an der Oberfläche des Hohlprofils dicht anliegt.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn der Deckel über mehrere, vorzugsweise vier Verbindungsstege mit dem Rahmen verbunden ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Deckel und der Rahmen parallel zueinander ausgerichtet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsstege jeweils stirnseitig am Rahmen und am Deckel befestigt oder integral an diesen angeformt sind.
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Weiter Vorteilhaft ist es, wenn die die Verbindungsstege zur Ausbildung eines Fließtunnels für den Klebstoff an ihrer dem Hohlprofil (im montierten Zustand) zugewandten Kante d. h. die nach Innen gerichtete Kante wenigstens eine Aussparung oder einen Rücksprung aufweisen.
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Der Deckel besitzt bevorzugt einen zentralen Deckelabschnitt und einen umlaufenden Rahmenabschnitt, welcher in Dickenrichtung über eine Stufe 18 mit dem zentralen Deckelabschnitt 16, vorzugsweise einstückig verbunden bzw. ausgebildet ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Hohlprofil und einer, wie zuvor beschriebenen, auf den stirnseitigen Endabschnitt des Hohlprofils montierte Fließbegrenzungsvorrichtung, wobei zwischen jeweils der der Oberfläche des Hohlprofil zugewandten Kante der Verbindungsstege und der Oberfläche des Hohlprofils ein Spalt oder Durchlass für einen Klebstoff vorhanden ist.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn der genannte Rahmenabschnitt des Deckels mit seiner dem Rahmen zugewandten Stirnseite an einer endseitigen Stirnseitenkante des Hohlprofils dicht anliegt, während der Rahmenabschnitt seitlich über die Oberfläche des Hohlprofil ein Stück weit kragenartig hervorsteht.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur klebenden Verbindung eines ersten Hohlprofils mit einem zweiten Hohlprofil mit den folgenden Schritten:
- a. Montage einer wie zuvor beschriebenen Fließbegrenzungsvorrichtung auf dem stirnseitigen Ende des ersten Hohlprofils, wobei der Rahmen auf das Hohlprofil aufgeschoben wird, so dass dieser mit seiner Innenkante umlaufend an der Oberfläche des Hohlprofils dicht anliegt;
- b. Einstecken des stirnseitigen Endes des ersten Hohlprofils mit der daran montierten Fließbegrenzungsvorrichtung in ein derart ausgebildetes zweites Hohlprofil, dass jeweils die umlaufende Außenkante des Rahmens und die umlaufende Außenkante des Deckels dicht an der Innenseite des zweiten Hohlprofils anliegen;
- c. Injizieren eines Klebstoffes durch eine Injektionsöffnung in den Spalt zwischen der Oberfläche des ersten Hohlprofils und der Innenseite des zweiten Hohlprofils im Bereich zwischen dem Deckel und dem Rahmen.
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Die Injektionsöffnung in Schritt c) ist mit Vorteil in einer Wandung des zweiten Hohlprofils im Bereich zwischen dem Deckel und dem Rahmen vorgesehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 ein beispielhaftes Hohlprofil aus Faserverbundwerkstoff mit einer rechteckigen Form;
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fließbegrenzungsvorrichtung;
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3 eine Darstellung der Fließbegrenzungsvorrichtung aus 2 montiert auf dem stirnseitigen Ende des Hohlprofils der 1;
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4 eine schematische Schnittansicht durch ein erstes Hohlprofil auf dem eine Fließbegrenzungsvorrichtung montiert ist neben einem zweiten Hohlprofil mit konisch auslaufenden Innenwänden;
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5 eine Ansicht ähnlich der 4, bei der das erste Hohlprofil zusammen mit der Fließbegrenzungsvorrichtung in das zweite Hohlprofil eingeschoben wurde und
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6 eine Ansicht der 5 bei der der Zwischenraum zwischen den Hohlprofilen im Bereich der Fließbegrenzungsvorrichtung mit Klebstoff gefüllt ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die 1 bis 6 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
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In der 1 ist ein beispielhaftes Hohlprofil 20 aus Faserverbundwerkstoff mit einer rechteckigen Form dargestellt, welches eine Profiloberfläche 21 aufweist und eine Stirnseitenkante 22. In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fließbegrenzungsvorrichtung 1 in perspektivischer Ansicht zu sehen.
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Die Fließbegrenzungsvorrichtung 1 ist ausgebildet zur Montage an dem Hohlprofil 20 der 1 zum Begrenzen der Fließbewegung eines Klebstoffes 2 entlang dessen Oberfläche 21. Die Fließbegrenzungsvorrichtung 1 besteht hierzu aus einem flachen Deckel 10 und einem Rahmen 12. Der Rahmen 12 ist mit einer Öffnung 11 zum Durchstecken des Profils 20 ausgebildet. Ferner ist der Rahmen 12 über vier Verbindungsstege 13a, 13b, 13c, 13d mit dem Deckel 10 verbunden. Hierbei sind zwei Verbindungstege 13a, 13b an dem oberen Rahmenteil des Rahmens 12 und die zwei weiteren Verbindungsstege 13c, 13d am unteren Rahmenteil des Rahmens 12 verbunden.
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Die Verbindungsstege 13a, 13b, 13c, 13d weisen jeweils eine Stegabschnitt S mit einer Höhe HV auf, die geringer ist, als die Höhe HR des Rahmens 12 in gleicher Richtung betrachtet. Am jeweiligen Verbindungspunkt der Verbindungsstege 13a, 13b, 13c, 13d am Rahmen 12, besitzen diese eine identische Höhe. In der 3 ist eine Darstellung gezeigt, bei der die Fließbegrenzungsvorrichtung 1 auf dem stirnseitigen Ende 22 des Hohlprofils 20 montiert ist. Hierzu ist die Fließbegrenzungsvorrichtung 1 als auf dem Endabschnitt des Hohlprofils 20 aufsteckbaren Adapter ausgebildet.
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Die die Öffnung 11 des Rahmens 12 weist ebenfalls eine rechteckige Querschnittsform auf und zwar einen solchen einen Querschnitt, der dem Querschnitt des Hohlprofils 20 (betreffend dessen Außenabmessungen) entspricht, so dass der Rahmen 12 im montierten Zustand, wie in der 3 dargestellt, mit seiner Innenkante 12i umlaufend an der Oberfläche 21 des Hohlprofils 20 dicht anliegt. Somit umgreift der Rahmen 12 das Hohlprofil 20 mit einem stegartigen Begrenzungselement, welches durch den Rahmen 12 gebildet wird.
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Die vier Verbindungsstege 13a, 13b, 13c, 13d weisen jeweils an ihrer dem Hohlprofil 20 zugewandten Kante 14 eine Aussparung oder einen Rücksprung 19 auf. Die Verbindungsstege 13a, 13b, 13c, 13d weisen demnach im Bereich dieser Stegabschnitte S jeweils die zuvor erläuterte reduzierte Höhe auf, so dass zwischen der Oberfläche 21 des Hohlprofils 20 und den Verbindungsstegen „Fließtunnel“ für den Klebstoff 2 ausgebildet werden.
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Der Deckel 10 und der Rahmen 12 sind parallel zueinander ausgerichtet und bilden dazwischen einen Raum für Klebstoff 2 aus. Der Deckel 10 ist aus einem zentralen Deckelabschnitt 16 und einem umlaufenden Rahmenabschnitt 17 gebildet, der in Dickenrichtung über eine Stufe 18 mit dem zentralen Deckelabschnitt 16 verbunden ist.
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Wie in der 3 dargestellt, ist der Deckel 10 auf der Stirnseitenkante 22 des Hohlprofils 20 montiert und steht mit seiner Außenkante 10a über die Oberfläche 21 des Hohlprofils 20 hervor, so dass ein Klebstoff auf eine Fließbarriere trifft, wenn er, wie in den 5 und 6 dargestellt auf die Oberfläche 21 injiziert wird und sich entlang der Oberfläche in dieser Richtung ausbreitet.
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In der 4 ist eine schematische Schnittansicht durch das Hohlprofil 20 gezeigt, auf dem die Fließbegrenzungsvorrichtung 1 montiert ist. Daneben ist ein zweites Hohlprofil 30 mit konisch geformten Innenwänden 31 gezeigt, mit dem das Hohlprofil 20 klebend verbunden werden soll.
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In der 5 ist eine Ansicht ähnlich der 4 dargestellt, bei der das Hohlprofil 20 zusammen mit der Fließbegrenzungsvorrichtung 1 in das zweite Hohlprofil 30 eingeschoben wurde. Der Rahmenabschnitt 17 des Deckels 10 liegt mit seiner dem Rahmen 12 zugewandten Stirnseite 17a an der endseitigen Stirnseitenkante 22 des Hohlprofils 20 dicht an, während der Rahmenabschnitt 17, der seitlich über die Oberfläche 21 des Hohlprofil 20 hervorsteht, gegen die Innenseite 31 des zweiten Hohlprofils 30 anliegt. Somit liegen jeweils die umlaufende Außenkante 12a des Rahmens 12 und die umlaufende Außenkante 10a des Deckels 10 dicht an der Innenseite 31 des zweiten Hohlprofils 30 an.
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In den zwischen dem Deckel 10, dem Rahmen 12 und den beiden Hohlprofilen 20, 30 gebildeten Klebespalt, wird durch die Injektionsöffnung 33 ein fließfähiger Klebstoff 2 aus einem Klebstoffinjektor 34 injiziert, welcher sich entlang der Ober- bzw. Innenfläche 21 bzw. 31 zwischen dem Deckel 10 und dem Rahmen 12 ausbreiten kann. Sobald der gesamte Klebespalt umfänglich zwischen den beiden Hohlprofilen 20, 30 gefüllt ist, wird der Injektionsprozess beendet und kann die Trocknung stattfinden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012012298 A1 [0008]
- DE 102004001386 B3 [0009]
- EP 2301826 B1 [0009]
