DE102018128533A1

DE102018128533A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Versiegeln eines Fügespalts

Info

Publication number: DE102018128533A1
Application number: DE102018128533.7A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hartmann; Karl-Heinz Pröstler; Ansgar Jahn
Original assignee: Raantec & Co KG GmbH
Current assignee: Raantec & Co KG GmbH
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-05-14
Also published as: EP3856424A1; WO2020099165A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versiegeln eines Fügespalts (5) zwischen miteinander gefügter Elementen, von denen zumindest eines ein Blech (1, 2) ist, durch Aufbringen einer Fügespaltversiegelung (6). Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Vorwärmen eines Bereichs der gefügten Elemente, auf die die Fügespaltversiegelung (6) aufgebracht werden soll;
- Aufbringen von Polymerpulver auf den vorgewärmten Bereich der Elemente, wobei zumindest ein Teil des aufgebrachten Polymerpulvers durch Kontakt mit dem vorgewärmten Bereich der Elemente aufschmilzt und eine Fügespaltversiegelung (6) bildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung mit einer Vorbereitungszone (10) zur Erwärmung eines Bereichs der gefügten Elemente und einer Behandlungszone (20) mit einer Einrichtung zum Aufbringen von Polymerpulver, wobei die Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versiegeln eines Fügespalts zwischen miteinander gefügten Elementen, von denen zumindest eines ein Blech ist, durch Aufbringen einer Pulverbeschichtung.
Insbesondere beim Karosseriebau in der Fahrzeugindustrie besteht die Notwendigkeit, miteinander gefügte Elemente, z.B. zwei miteinander gefügte Bleche, im Verbindungsbereich zu versiegeln und dadurch abzudichten. Türen, Klappen oder andere Karosserieelemente, die einen Hohlraum aufweisen, werden in der Regel aus zwei oder mehr in einem Stanz- und Prägeprozess geformten Blechelementen hergestellt. Die Blechelemente liegen in der Regel umlaufen aufeinander und werden entlang ihres Überlappungsbereichs miteinander verbunden. Eine Fügeverbindung kann beispielsweise über eine Schweißnaht, über eine Anordnung von Schweißpunkten oder über eine Klebeverbindung erfolgen.
Häufig ist der Verbindungsbereich nach Art eines Falzes ausgebildet, d.h. dass die Kanten zweier Bleche nicht übereinander liegen, sondern eines der Bleche mit seiner Kante auf der Fläche des anderen Blechs aufliegt. Die Verbindung kann durch Umschlagen des unterliegenden Blechs auch als Doppelfalz ausgebildet sein. Je nach Art der Fügeverbindung können die Bleche beschichtet sein, z. B. verzinkt oder mit einer kathodischen Tauchlackierung versehen.
In einer üblichen Praxis wird der im Verbindungsbereich, also im Falzbereich bzw. Nahtbereich entstehende Fügespalt versiegelt, beispielsweise indem ein typischerweise pastös zu verarbeitendes Dichtmaterial, beispielsweise auf PVC-Basis (Polyvinylchlorid) in Form einer Raupe auf den Nahtbereich aufgetragen wird. Meist überdeckt die Naht einen Randbereich des oberen Blechs um einige Millimeter (mm) und ragt ebenso weit auf die Fläche des unterliegenden Blechs.
Eine derartige Fügespaltversiegelung dichtet die beiden Bleche im Übergangsbereich oberflächlich ab, ist aber aufgrund seiner Konsistenz nicht in der Lage, in einen Spalt zwischen den Blechen einzudringen. Durch Alterungsprozesse, beispielsweise durch thermische Wechselbelastung, durch mechanische Belastung (z.B. Vibrationen) oder durch Versprödung, können sich im Anlagebereich zwischen dem Blech und dem Versieglungsmaterial Mikrorisse ausbilden, durch die Feuchtigkeit eindringt und sich durch Kapillarwirkung im Spalt zwischen den beiden Blechen anlagert. Dort angesammelte Feuchtigkeit kann im Laufe der Zeit trotz einer eventuellen Beschichtung der Bleche zu einer Korrosion führen.
Aus der Druckschrift DE 198 43 043 A1 ist ein alternatives Verfahren zum Erzeugen einer Korrosionsschutzschicht bekannt. Dabei wird eine Korrosionsschutzschicht im Falzbereich durch das Auftragen einer Pulverbeschichtung auf zumindest eine endseitige Fläche eines der miteinander verbundenen Bleche erstellt. Als Pulverbeschichtung wird ein Epoxidpulver, ein Polyesterpulver oder ein Epoxid-Polyesterpulver eingesetzt, das tribostatisch aufgeladen oder durch eine Koronaentladung aufgeladen elektrostatisch unterstützt aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen des Pulvers erfolgt ein Erhitzen durch Infrarot-Strahler und/oder eine Umlufttrocknung. Die gewünschten mechanischen Versiegelungseigenschaften erhält die Beschichtung nach einem anschließenden Lackierprozess durch Einbrennen des Decklacks.
Vorteilhaft beim Einsatz einer Pulverbeschichtung ist die Umweltfreundlichkeit, da keine lösungsmittelbehafteten Versiegelungen eingesetzt werden. Weiter vorteilhaft ist, dass die Versiegelung mittels einer Pulverbeschichtung leicht kompatibel zu nachfolgenden Pulver-Lackiervorgängen erreicht werden kann.
In der Praxis gestaltet sich bei dem beschriebenen Verfahren jedoch das Aufbringen einer zum Schutz vor Korrosion ausreichend dicken Schicht als schwierig, insbesondere im Bereich von Blechkanten, da die aufgebrachte Beschichtung ungünstig verläuft und damit auf Kanten und Spalten kein ausreichender Schutz gegeben ist. Zudem ist auch ein Entgasen dicker locker aufgebrachter Schichten problematisch, da mit zunehmender Dicke die beim Pulverauftrag mit eingebrachte Luft nicht mehr entweichen kann. Beim anschließenden Einbrennen des Decklacks dehnen sich die Lufteinschlüsse häufig auf und platzen auf.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fügespaltversiegelung mit Hilfe einer Pulverbeschichtung zu schaffen, die eine ausreichend dicke und dichte Versiegelung auch von scharfkantigen Kanten prozesssicher erlauben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Versiegeln eines Fügespalts mit Hilfe einer Pulverbeschichtung umfasst die folgenden Schritte: Es wird ein Bereich der gefügten Elemente, auf die die Fügespaltversiegelung aufgebracht werden soll, vorgewärmt. Weiter wird Polymerpulver auf den vorgewärmten Bereich der Elemente aufgebracht, wobei zumindest ein Teil des aufgebrachten Polymerpulvers durch Kontakt mit dem vorgewärmten Bereich der Elemente aufschmilzt und eine Fügespaltversiegelung bildet.
Im Unterschied zum Stand der Technik erfolgt ein Pulverauftrag eines zunächst kalten Pulvers auf das oder die vorgewärmten Elemente, insbesondere Bleche. Die Elemente sind derart vorerwärmt, dass das Pulver zumindest zum Teil auf den Elementen aufschmilzt und unmittelbar während des Auftragens eine teigige Masse bildet. Es wird dadurch ein sehr hoher Abscheidegrad erreicht, der auch im Kantenbereich die Möglichkeit bietet, genügend Material aufzutragen, um eine Dichte und damit vor Korrosion schützende Fügespaltversiegelung zu erzielen. Unter einem Kontakt mit dem vorgewärmten Bereich der Elemente ist dabei ein direkter Kontakt des Pulvers beim Auftreffen auf die Oberfläche der Elemente ebenso zu verstehen wie ein indirekter Kontakt beim Auftreffen auf zuvor auf die Elemente aufgebrachte und bereits aufgeschmolzenes Pulver.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Schmelze die Ausbildung von Lufteinschlüssen in der Versiegelung verhindert. Auch dadurch ist das Ausbilden von dicken Schichten möglich. Nach dem Stand der Technik trocken aufgebrachtes Pulver führt zu Schichten mit Lufteinschlüssen, die - insbesondere bei größeren Schichtdicken - in einem Ausgasvorgang aufplatzen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Polymerpulver in einem Pulverstrahl aufgebracht. Bevorzugt wird dazu das Polymerpulver in einen Fördergasstrom eingebracht, um einen aus einer Düse austretenden Pulverstrahls zu bilden, der auf den vorgewärmten Bereich der Elemente gerichtet ist. Vorteilhaft kann so eine Aufbringung des Polymerpulvers bei allen Ausrichtungen der Elemente erfolgen, insbesondere auch bei schräger oder vertikaler Ausrichtung der Elemente. Auch können beliebig geformte Elemente durch eine entsprechende Führungsbewegung der Pulverdüse mit der Fügespaltversiegelung versehen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine induktive Vorerwärmung des zumindest einen Blechs. Die induktive Vorerwärmung führt auch bei Ausführung des anmeldungsgemäßen Verfahrens in einem schnell ablaufenden, kontinuierlichen Prozess zu einer homogenen Erwärmung des Blechs in seiner gesamten Dicke, wodurch eine ausreichende Wärmemenge für den nachfolgenden Beschichtungsvorgang eingebracht werden kann. Alternativ kann eine Vorerwärmung auch durch andere Verfahren erfolgen, beispielsweise über einen vorgeheizten Luftstrahl, über eine Erwärmung durch einen Laser oder gebündelte Lichtstrahlen, insbesondere im Infrarot-Bereich.
Die Vorerwärmung erfolgt bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 130° C bis 160° C, beispielsweise etwa 140° C. In diesem Temperaturbereich setzt ein ausreichend schnelles Aufschmelzen des Pulvers ein, um die genannte teigige Masse mit beginnender Gelatisierung auf den gefügten Elementen zu bilden, ohne dass bereits eine in diesem Stadium unerwünschte Aushärtung eintritt.
Bevorzugt wird nicht-thixotropes Polymerpulver und insbesondere ein zweiKomponenten-Lackpulver verwendet. Nicht-thixotropes Polymer ist in seiner temporär verflüssigten Form „spaltgängig“, d.h. von seinen Fließeigenschaften her geeignet, in den Fügespalt einzudringen. Gerade derartige nicht-thixotrope Polymermaterialien sind aber in Form von aufgetragenen Pasten oder dergleichen nicht oder nur sehr schwer dosier- und verarbeitbar, da sie beispielsweise Fäden ziehen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren, in dem das Polymerpulver auf die geeignet vorerwärmten Elemente aufgebracht wird, können jedoch auch derartige nicht-thixotrope Polymerpulver verarbeitet werden.
Insbesondere wenn 2-Komponenten-Lackpulver als Polymerpulver eingesetzt wird, bevorzugt das Lackpulver, das auch in einer nachfolgenden Lackierung der gefügten Elemente eingesetzt wird, ist eine gute Verträglichkeit der Fügespaltversieglung und der nachfolgenden Lackierung und damit eine gute Überlackierbarkeit der Fügespaltversieglung gegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist das Polymerpulver eine mittlere Partikelgröße von 20-70 µm auf. In dieser Partikelgröße kann das Polymerpulver gut in einem Pulverstrahl aufgebracht werden und nimmt die gewünschte teigige Konsistenz nach dem Kontakt mit den gefügten Elementen an. Ggf. können Aufschäumzusätze hinzugefügt werden, die die Fügespaltversiegelung flexibel und nicht spröde machen.
Weiter bevorzugt wird ein punkt- oder (insbesondere bei einem kontinuierlichen Prozess zum Erstellen einer Versiegelungsnaht) ein linienförmiger Bereich der gefügten Elemente vorerwärmt. Um die Beschichtung zielgerichtet aufzubringen, weist der Pulverstrahl im vorgewärmten Bereich der gefügten Elemente einen Durchmesser von weniger als 6 mm und bevorzugt von weniger als 4 mm auf. Entsprechend erfolgt auch die Vorerwärmung lokalisiert, was energetisch günstiger ist und auch verhindert, dass sich ein Pulverstaub durch Aufschmelzen an nicht gewünschten Stellen festsetzt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Pulver mit Hilfe eines Fördergases aufgebracht. Bevorzugt wird dabei eine geringe Menge an Fördergas eingesetzt, derart, dass ein Strom des Fördergases die sich im Beschichtungsbereich ausbildende Pulverschmelze nicht unterkühlt und insbesondere keine Hautbildung auftritt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die aufgebrachte Fügespaltversiegelung nacherwärmt. Dieses kann beispielsweise durch einen Warmluftstrom, aber auch durch eine induktive Erwärmung erfolgen. Weiter ist es denkbar, die Nacherwärmung in einem Ofen vorzunehmen, beispielsweise auch in Form eines Teils eines nachfolgenden Lackierprozesses. Die Nacherwärmung härtet die entstandene Fügespaltversiegelung aus und stellt damit die gewünschte endgültige Zähigkeit des verwendeten Polymers ein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses als ein kontinuierlicher Prozess durchgeführt, bei dem sich die gefügten Elemente relativ zur Pulverdüse bewegen. Auf diese Weise wird eine durchgehend abdichtende Fügespaltversiegelung erstellt.
Vorteilhaft kann das Verfahren im Zusammenhang mit einem Fügeprozess für zwei Bleche eingesetzt werden. Die Versiegelung kann z.B. vor und/oder nach einem Falzvorgang im Bereich einer Falzung aufgebracht werden.
Ein erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen einer Fügespaltversiegelung zur Versiegelung miteinander gefügter Elemente, von denen zumindest eines ein Blech ist, weist eine Vorbereitungszone zur Erwärmung eines Bereichs der gefügten Elemente und eine Behandlungszone mit einer Einrichtung zum Aufbringen des Polymerpulvers auf. Die Vorrichtung ist zur Durchführung eines zuvor genannten Verfahrens eingerichtet. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Fügespaltversiegelung;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Anordnung zweiter Bleche mit einer anmeldungsgemäßen Fügespaltversiegelung;
3 die Schnittdarstellung der 2 mit einer schematischen Angabe von Richtungen und Größen verschiedener Behandlungs- und Beschichtungsstrahlen;
4a-c schematische Schnittdarstellungen einer Anordnung zweiter Bleche mit Fügespaltversiegelungen in verschiedenen Bearbeitungsschritten; und
5 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Anordnung zweiter Bleche mit einer Fügespaltversiegelung..

In 1 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Fügespaltversiegelung in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Figur zeigt die Vorrichtung in einer Seitenansicht.
Mit der Vorrichtung wird eine gefügte Anordnung von mindestens zwei aufeinanderliegenden Blechen, einem ersten Blech 1 und einem darauf angeordneten zweiten Blech 2 verarbeitet. Zu diesem Zweck bewegt sich die Anordnung der beiden Bleche 1, 2 relativ zu der Vorrichtung, wie dieses durch einen Bewegungspfeil 9 angegeben ist. Der Bewegungspfeil 9 gibt eine Vorschubrichtung der Anordnung der beiden Bleche 1, 2 gegenüber der Vorrichtung an. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Vorrichtung anstelle der Anordnung bewegt werden.
Die von der Vorrichtung verarbeitete Anordnung der Bleche 1, 2 ist beispielhaft in einem Schnittbild in der 2 dargestellt. Der Schnitt ist in einer Ebene senkrecht zur Darstellungsebene der 1 ausgeführt. Er zeigt das erste, in der 2 untere Blech 1, auf das das zweite, in der Figur obere Blech 2 gefügt ist. Eine Kante 3 des zweiten Blechs 2 liegt dabei auf einer Fläche des ersten Blechs 1, so dass ein Falz gebildet ist.
Die beiden Bleche sind in einem Überlappungsbereich 4, in dem sie aufeinander liegen, durch die genannte Fügung miteinander verbunden, beispielsweise sind sie miteinander verklebt oder geschweißt. Eine insbesondere in der Fahrzeugindustrie häufig verwendete Fügemethode stellen Punktschweißverbindungen im Überlappungsbereich 4 dar. Unvermeidlich ist dabei - insbesondere in einem zwischen den Punktschweißverbindungen liegenden Bereich - das Auftreten eines Fügespalts 5 im Überlappungsbereich 4. In diesen Fügespalt 5 eindringende Feuchtigkeit kann zur Korrosion der beiden Bleche 1, 2 führen.
Die Vorrichtung der 1 weist als zentrales Element eine Beschichtungszone 20 auf, in der Polymerpulver zur Ausbildung einer Fügespaltversiegelung 6, nachfolgend abgekürzt auch als Versieglung 6 bezeichnet, aufgebracht wird.
Die Beschichtungszone 20 umfasst ein Strahlrohr 22 mit einer Pulverdüse 23, die auf die Anordnung der Bleche 1, 2 gerichtet ist. Das Strahlrohr 22 wird durch eine Gaszufuhr 21, die in der 1 nur durch einen Pfeil symbolisiert ist, mit Fördergas beaufschlagt. Dem Fördergas wird im Strahlrohr 22 Polymerpulver beigemischt, das von einer ebenfalls nur schematisch wiedergegebenen Pulverzufuhr 24 und einer Pulverpumpe 25 bereitgestellt wird. Die Pulverzufuhr 24 kann beispielsweise durch ein Vorratsgefäß mit dem entsprechenden Pulver gespeist werden.
Von der beschriebenen Anordnung in der Beschichtungszone 20 wird ein Pulverstrahl 26 erzeugt, der auf die zu gefügten Elemente, hier die beiden Bleche 1, 2 gerichtet ist.
Der Beschichtungszone 20 vorgelagert (gesehen in Vorschubrichtung der Bleche 1, 2) ist eine Vorbereitungszone 10 angeordnet, in der eine lokale Erwärmung der Bleche 1, 2 in dem Bereich erfolgt, in dem die Versiegelung 6 aufgebracht werden soll.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorbereitungszone 10 Möglichkeiten zum induktiven Erwärmen der Bleche 1, 2 auf. Zu diesem Zweck sind im dargestellten Beispiel oberhalb und unterhalb der Anordnung der Bleche 1, 2 Induktionsspulen 11 angeordnet, die mit einem oder mehreren Hochfrequenzgeneratoren 12 gekoppelt sind. Über die Induktionsspulen 11 kann ein Bereich der Bleche 1, 2, in dem in der nachfolgenden Beschichtungszone 20 die Versiegelung 6 aufgebracht wird, lokal erwärmt werden. Alternativ zu der gezeigten beidseitigen Anordnung der Induktionsspulen 11 kann auch vorgesehen sein, nur eine der Induktionsspulen 11 auf einer der beiden Seiten zu verwenden. Details zu der Erwärmung der Bleche 1, 2 und ihrer Bedeutung im Beschichtungsprozess werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der 2 und 3 angegeben.
Alternativ können auch andere Verfahren zum lokalen Erwärmen der Bleche 1, 2 in der Vorbereitungszone 10 eingesetzt werden. Beispielsweise ist eine Erwärmung mit einem Laserstrahl geeigneter Wellenlänge, z.B. im Bereich von 800 Nanometern (nm) - 2500nm möglich. Auch ein Infrarot(IR)-Lichtstrahl kann eingesetzt werden. Alternativ ist auch die Verwendung eines Plasmastrahls zur Vorerwärmung möglich. Vorteilhaft ist, dass die erwärmten Oberflächen nicht oder nur geringfügig verändert werden. Beim Einsatz eines Plasmastrahls kann eine Veränderung in Hinblick auf erhöhte Haftungseigenschaften jedoch vorteilhaft sein.
Weiter ist optional der Beschichtungszone 20 eine Nachbehandlungszone 30 nachgeordnet, in der eine großflächigere (vergleichen mit der Vorbereitungszone 10) Erwärmung der Bleche 1, 2 mit der aufgebrachten Versieglung 6 möglich ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Nachbehandlungszone 30 einen Ventilator 31 mit einer zugeordneten Heizung 32. Der Ventilator 31 und Heizung 32 fördern bzw. erwärmen von einer Luftzufuhr 33 zugeführte Luft und erzeugen so einen auf die Bleche 1, 2 und die Versiegelung 6 gerichteten Warmluftstrom 34. Das Material der Versiegelung 6 wird gelatiniert und härtet dann aus. Ein Nahteinfall beim Aushärten wird durch das passende Gelatinieren begrenzt bzw. möglichst verhindert. Auch in der Nachbehandlungszone können andere als die gezeigte Erwärmungsmethode eingesetzt werden, insbesondere auch die zuvor im Zusammenhang mit der Vorbereitungszone 10 beschriebenen.
Die in der 1 dargestellte Anlage ist zur Verarbeitung einer 2-dimensionalen Struktur geeignet. Grundsätzlich kann bei entsprechender Zufuhr der gefügten Elemente und/oder entsprechender Verfahrbarkeit der Anlagenkomponenten (z.B. der Pulverdüse 23) auch eine 3-dimensionale Kontur der gefügten Elemente versiegelt werden.
Bei einem anmeldungsgemäßen Verfahren wird in der Vorbereitungszone 10 der Überlappungsbereich 4 der Bleche 1, 2 auf eine Temperatur zwischen etwa 130°C und 160°C, beispielsweise eine Temperatur von etwa 140°C, vorerwärmt. Die Vorerwärmung erfolgt lokal, bevorzugt im Bereich der Blechkante 3 des aufliegenden zweiten Blechs 2, beispielsweise punktuell in einem Punkt mit einem Durchmesser von etwa 6 mm. Durch den Vorschub der Bleche 1, 2 wird entsprechend eine linienförmige erwärmte Zone gebildet.
Auf den so vorerwärmten Bereich wird in der Beschichtungszone 20 der Pulverstrahl 26 gerichtet. Pulverpartikel treffen in der Beschichtungszone 20 auf die vorerwärmten Bleche 1, 2 auf. Durch die Vorerwärmung und durch geeignete Parameter des Pulverstrahls 26 wird erreicht, dass erste auftreffende Pulverpartikel auf dem Blech aufschmelzen und eine teigige Konsistenz annehmen und beginnen zu Gelatinieren. Nach einer kurzen Anlaufphase erfolgt die Aufbringung weiterer Pulverpartikel im Pulverstrahl 26 in bereits aufgeschmolzenes Material, wodurch der Aufbringungswirkungsgrad auf nahezu 100% ansteigt. Der Aufbringungswirkungsgrad gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit bzw. in welchem Anteil Partikel des Pulverstrahls 26 auf dem ersten Blech 1 bzw. dem zweiten Blech 2 haften.
Der Durchmesser des Pulverstrahls 26 ist dabei so gewählt bzw. eingestellt, dass eine Versiegelung 6 aufgebaut wird, die bevorzugt im Bereich der Blechkante 3 sowie der angrenzenden Bereiche der beiden Bleche 1, 2 erfolgt. Unterstützt durch die Kapillarwirkung des aufgeschmolzenen Materials erfolgt sogar ein Eindringen des Versieglungsmaterials in Spalte.
Neben einer geeigneten Vorerwärmungstemperatur sorgt ein geringer Fördergasfluss dafür, dass die Bleche 1, 2 im Beschichtungsbereich das flüssige Polymermaterial nicht so weit abkühlt, dass sich eine Haut bildet, die die Aufnahme und das Aufschmelzen weiteren Pulvers verhindert.
Im Resultat entsteht eine Versiegelung 6, wie sie im Querschnitt in 2 gezeigt ist. Die Versiegelung 6 überdeckt die Blechkante 3 sowie die daneben liegenden Flächen des ersten und zweiten Blechs 1, 2 und dringt zumindest teilweise sogar in den Fügespalt 5 zwischen den Blechen 1, 2 ein.
Während aus dem Stand der Technik bekannt Fügespaltversiegelungen üblicherweise thixotrope pastöse Materialien einsetzten, wird bei einem anmeldungsgemäßen Verfahren und damit bei der anmeldungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft ein nicht-thixotropes Polymerpulver als Material für die Versieglung 6 eingesetzt. Bevorzugt ist das Pulver ein Lackpulver, wobei vorteilhaft das Lackpulver eingesetzt wird, in dem die Bleche 1, 2 in einem späteren Verarbeitungsschritt (sowieso) lackiert werden. Damit ist eine Kompatibilität der verwendeten Beschichtungsmaterialen sichergestellt. Haftungsprobleme oder chemische Unverträglichkeiten zwischen der Versieglung 6 und einem nachfolgenden Lackauftrag werden sicher vermieden und eine gute Überlackierbarkeit der Versieglung 6 ist garantiert. Dabei kann dem Lackpulver ein Aufschäummittel zugesetzt sein, durch das die gebildete Versiegelung 6 weniger spröde ist und an Flexibilität gewinnt.
Durch die besondere Art der Aufbringung des Pulvers auf die vorerwärmten Bleche 1, 2 wird auch bei einem nicht-thixotropen (auch anti-thixotrop oder rheopex genannten) Fließverhalten des Pulvers eine zuverlässig abdichtende und langlebige Versieglung 6 erzielt. Das zugeführte Polymerpulver weist bevorzugt Partikel mit einer mittleren Größe von 20-70 µm auf.
Wie durch den Bewegungspfeil 9 in 1 angezeigt wird, wird die Versiegelung 6 bevorzugt in einem kontinuierlichen Prozess aufgebracht. Dabei wird zu Prozessbeginn der Pulverstrahl 26 zunächst ohne Vorschub lokal auf einen Bereich gerichtet. Es bildet sich ein schmelzflüssiges Polymerbad durch die erfolgte Vorerwärmung der Bleche 1, 2. Ist dieses Schmelzbad groß genug, wird der Beschichtungsfleck gezielt entlang der Blechkante 3 verfahren, so dass aus dem (runden) Schmelzbad eine längliche Schmelzraupe wird, die sich entlang der Blechkante 3 bewegt. Die Ausbildung des Schmelzbads bzw. der Schmelzraupe kann dabei durch Prozessparameter, insbesondere der Temperatur der Vorerwärmung und der Vorschubgeschwindigkeit, eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Form und Größe der Schmelzraupe auch überwacht werden, z.B. mithilfe von automatisch ausgewerteten Kamerabildern, wobei die Prozessparameter so angepasst werden, dass eine gewünschte Form und/oder Größe der Schmelzraupe eingehalten wird. Auf diese Weise können automatisch Abweichungen der Dicke der Bleche 1, 2 oder des Fügespalts 5 und/oder ein erhöhter Materialverbrauch des Polymerpulvers durch unterschiedlich tiefes Eindringen in den Fügespalt 5 ausgeglichen werden.
Durch die Kapillarität der aufeinander liegende Bleche 1, 2 wird eine gute Spaltverfüllung erreicht. Als nützlicher Nebeneffekt einer gezielten Beeinflussung der schmelzflüssigen Phase werden auch viele diffusionsgesteuerte Wechselwirkungen mit den Oberflächen und damit einen definierten Aufbau eines Haftungsverbundes erzielt.
Durch die optionale Wärmenachbehandlung in der Nachbehandlungszone 30 kann ein gezieltes Verlaufen und Einschmelzen von ggf. noch aufliegenden Pulverpartikeln in die Versiegelung 6 erfolgen. Durch den Wärmeeintrag in der Nachbehandlungszone wird das Gelatinieren beendet und das Polymer der Versiegelung 6 härtet aus und erhält seine endgültigen Eigenschaften, beispielsweise seine Zähigkeit.
Es wird angemerkt, dass die Bleche 1, 2 einschließlich der Versiegelung 6 in der Regel nach dem Aufbringen der Versiegelung 6 lackiert werden können, wobei der Lackierprozess ein Aushärten der Lackierung in einem Ofen umfasst. Das Aushärten der Lackierung in dem Ofen kann die genannte optionale Wärmenachbehandlung darstellen.
Abgesehen von der Ausbildung einer gut haftenden Versiegelung 6 führt das beschriebene Verfahren dazu, dass so gut wie kein „overspray“ erfolgt, also sich kein oder nur sehr wenig Material außerhalb des gewünschten Bereich auf den Blechen 1, 2 ablagert, wodurch auf einen nachfolgenden Reinigungsschritt zur Entfernung dieses überschüssigen Materials verzichtet werden kann. Die Nachbehandlung in der Nachbehandlungszone 30 wird bevorzugt mit Temperaturen von etwa 120°C durchgeführt.
Der beschriebene Prozess kann ggf. zwei- oder mehrfach durchlaufen werden, um ein noch tieferes Eindringen der Versiegelung 6 in den Fügespalt 5 zu erreichen. Weiterhin bietet eine mehrfache Wiederholung des Prozesses die Möglichkeit, den sich außerhalb des Fügespalts 5 befindenden Teil der Versiegelung 6 in seiner 3-dimensionalen Form gezielt aufzubauen und/oder zu beeinflussen.
3 zeigt die Skizze der 2 nochmals mit beispielhaften Wirkungsbereichen 11' und 26' der induktiven Vorerwärmung bzw. des Polymerpulverauftrags. Für den Pulverauftrag ist eine Richtungen 26" des Pulverstrahls 26 angedeutet. Vorteilhaft ist eine Richtung 26" gewählt, bei der der Pulverstrahl 26 schräg auf den zu verfüllenden Fügespalt 5 und die Blechkante 3 auftrifft.
In den 4a-4c ist in einer Sequenz von drei Darstellungen ähnlich zu 2 das Erstellen einer Fügeverbindung zweiter Bleche 1, 2 mit einer Doppelfalzbildung dargestellt.
4a zeigt zunächst als Ausgangspunkt eine gefügte Verbindung des ersten und des zweiten Blechs 1, 2 mit einer Fügespaltversiegelung 6, die vergleichbar zu der in 2 gezeigten ist.
Das Aufbringen der Versiegelung 6 erfolgt dabei innerhalb des Blechverarbeitungsprozesses derart, dass unmittelbar anschließend an das Aufbringen der Versiegelung 6 ein Umfalzen des überstehenden freien Endes des ersten Blechs 1 zu einem Doppelfalz möglich ist, während das Material der Fügespaltversiegelung 6 noch plastisch verformbar ist.
Die noch teigige Schmelzraupe der Versiegelung 6 verteilt sich dabei in dem Spalt zwischen den Oberflächen der Bleche 1, 2 und füllt diesen Spalt abdichtend aus. Gegebenenfalls überschüssiges Material tritt aus der in der 4b nach links offenen Seite des Spalts aus.
In einem nächsten Bearbeitungsschritt, dessen Resultat in 4c wiedergegeben ist, wird auf den Bereich einer Blechkante 7 des ersten Blechs 1 eine weitere Fügespaltversiegelung 8 aufgebracht, die diese Blechkante 7 des ersten Blechs 1 versiegelt und die sich bis auf die nach dem Umbiegen oben liegende Fläche des ersten Blechs 1 und auch die Oberfläche des zweiten Blechs 2 erstreckt. Beide Blechkanten 3, 7 sind so zuverlässig vor Korrosion geschützt.
5 zeigt eine weitere Anordnung zweiter Bleche 1, 2 mit einer Fügespaltversiegelung 6, die mit der anmeldungsgemäßen Methode aufgebracht ist. Bezugszeichen kennzeichnen in dieser Figur gleiche Elemente wie in den vorherigen Figuren.
Bei der Anordnung der 5 sind die beiden zu fügenden Elemente, die Bleche 1, 2, durch einen hier nicht weiter dargestellten Fügevorgang zumindest abschnittsweise so zueinander positioniert, dass sich zwischen Blechkanten 7, 3 des ersten bzw. zweiten Blechs 1, 2 ein Spalt befindet, wobei sich die beiden Blechkanten 3, 7 gegenüber stehen.
Durch das Abscheiden des Polymerpulvers in Form einer Schmelzraupe kann ein Materialaufbau derart erfolgen, dass der Fügespalt 5 von der Fügespaltversiegelung 6 überbrückt werden kann, ohne dass die Fügespaltversiegelung 6 innerhalb des Fügespalt 5 während ihres Aufbaus unterstützt werden muss. Dadurch ist auch die Überbrückung eines Spalts möglich, bei dem die Spaltbreite ähnlich groß ist wie die Höhe der Blechkanten 3, 7, also wie die Blechdicke.
Bezugszeichenliste

1: erstes Blech
2: zweites Blech
3: Blechkante (des zweiten Blechs)
4: Überlappungsbereich
5: Fügespalt
6: Fügespaltversiegelung
7: Blechkante (des ersten Blechs)
8: weitere Fügespaltversiegelung
9: Bewegungspfeil
10: Vorbereitungszone
11: Induktionsspule
12: HF-Generator
20: Beschichtungszone
21: Fördergaszufuhr
22: Strahlrohr
23: Pulverdüse
24: Pulverzufuhr
25: Pulverpumpe
26: Pulverstrahl
30: Nachbehandlungszone
31: Ventilator
32: Heizung
33: Luftzufuhr
34: Warmluftstrom
11', 26', 34': Wirkungsbereich
26", 34": Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19843043 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Versiegeln eines Fügespalts (5) zwischen miteinander gefügter Elementen, von denen zumindest eines ein Blech (1, 2) ist, durch Aufbringen einer Fügespaltversiegelung (6) mit den folgenden Schritten: - Vorwärmen eines Bereichs der gefügten Elemente, auf die die Fügespaltversiegelung (6) aufgebracht werden soll; - Aufbringen von Polymerpulver auf den vorgewärmten Bereich der Elemente, wobei zumindest ein Teil des aufgebrachten Polymerpulvers durch Kontakt mit dem vorgewärmten Bereich der Elemente aufschmilzt und eine Fügespaltversiegelung (6) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zwei Bleche (1, 2) als Elemente miteinander gefügt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Aufbringen des Polymerpulvers mithilfe eines Pulverstrahls (26) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Pulverstrahl (26) aus einer Düse (23) austritt, wobei Polymerpulver in einen Fördergasstrom eingebracht wird, um den Pulverstrahl (26) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Pulverstrahl (26) im vorgewärmten Bereich der gefügten Elemente einen Durchmesser von weniger als 6 mm und bevorzugt von weniger als 4 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 5, bei dem nicht-thixotropes Polymerpulver verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als Polymerpulver ein Lackpulver verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Lackpulver Aufschäumzusätze enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Polymerpulver eine mittlere Partikelgröße von 20-70 µm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die gefügten Elemente in dem Bereich, in dem die Fügespaltversiegelung (6) aufgebracht wird, auf eine Temperatur von etwa 130° C bis 160° C vorerwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Vorerwärmung lokalisiert vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Vorerwärmung induktiv erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem zur Vorerwärmung ein Laserstrahl oder ein fokussierter Lichtstrahl eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem ein linienförmiger Bereich der gefügten Elemente vorerwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die aufgebrachte Fügespaltversiegelung (6) nacherwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem zur Nacherwärmung ein Warmluftstrom (34) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Nacherwärmung in einem Ofen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Nacherwärmung in dem Ofen Teil eines Lackierprozesses ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, durchgeführt als kontinuierlicher Prozess, bei dem sich die gefügten Elemente relativ zur Pulverdüse (23) bewegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die Versiegelung vor und/oder nach einem Falzvorgang im Bereich einer Falzung aufgebracht wird.
Vorrichtung zum Aufbringen einer Fügespaltversiegelung (6) zur Versiegelung miteinander gefügter Elemente, von denen zumindest eines ein Blech (1, 2) ist, aufweisend eine Vorbereitungszone (10) zur Erwärmung eines Bereichs der gefügten Elemente und eine Behandlungszone (20) mit einer Einrichtung zum Aufbringen von Polymerpulver, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.