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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Verbinden von Bauteilen.
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Zwei Bauteile können, bevor sie endgültig miteinander verbunden werden, zuvor aneinander fixiert werden, wobei es möglich ist, die Bauteile stellenweise miteinander zu verkleben. Hierzu kann bspw. ein einkomponentiger heißhärtender Klebstoff verwendet werden, der zum Fixieren der Bauteile vorgehärtet wird. Alternativ ist es möglich, die Bauteile mit einem zweikomponentigen Klebstoff aneinander zu fixieren.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 060 240 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verkleben von Schichten von flächigen Materialien durch Aufbringen einer einkomponentigen Dispersion.
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Ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen unter Verwendung einer dualhärtenden Klebstoffzusammensetzung ist in der Druckschrift
DE 10 2009 039 029 A1 beschrieben.
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Ein Fügeverfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung ist aus der Druckschrift
DE 10 2015 209 685 A1 bekannt, wobei Fügepartner an einer Klebenaht zusammengefügt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 215 978 A1 beschreibt eine geklebte Anordnung für ein Fahrzeug aus zwei Bauteilen und zumindest einer Klebstoffschicht zum Verbinden der Bauteile, wobei diese Klebstoffschicht eine Mittelzone und eine Randzone aufweist, wobei ausgehärteter Klebstoff in der Randzone eine höhere Elastizität als in der Mittelzone aufweist.
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Ein Applikationsverfahren für ein Mehrkomponenten-Klebstoffsystem ist aus der Druckschrift
DE 10 2014 202 016 A1 bekannt. Hierbei werden zunächst Klebstoffkomponenten an einem Applikationsort vermischt und auf einer Bauteil-Klebestelle aufgetragen.
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Die Druckschrift
EP 3 098 276 A1 beschreibt ein Fügeverfahren zur Herstellung einer Bauteilverbindung, bei dem Fügepartner an einer Klebenaht zusammengefügt sind, die zumindest einen Klebstoffkennwert wie eine Duktilität oder Steifigkeit aufweist.
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Ein kontinuierliches Verfahren zur Konfektionierung und Auftragung einer Klebstoffzusammensetzung ist aus der Druckschrift
DE 10 2015 224 997 A1 bekannt.
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Ein System zum Verteilen einer Zusammensetzung ist in der Druckschrift
US 4 407 431 A beschrieben.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verkleben von Automobilbauteilen sind aus der Druckschrift
EP 1 375 008 B1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, miteinander zu verbindende Bauteile bedarfsgerecht aneinander zu fixieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen vorgesehen. Dabei wird zum Bereitstellen einer Verklebung zwischen den Bauteilen auf mindestens einem der Bauteile auf mindestens einem zur Verklebung vorgesehenen Bereich, der auch als Verklebungsbereich ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann, ein Basis-Klebstoff bzw. ein Basis-Klebstoffgemisch oder eine Basis-Klebstoffverbindung, der bzw. das oder die ein Harz und einen Basis-Härter aufweist, aufgetragen. Außerdem wird in dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich mindestens eine Fixierungsstelle ausgewählt und/oder definiert, wobei an der mindestens einen Fixierungsstelle zu dem Basis-Klebstoff zunächst ortsaufgelöst und dynamisch ein Zusatz-Härter beigemischt und ein daraus resultierender Hybrid-Klebstoff auf der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen wird. An dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich wird außerhalb der mindestens einen Fixierungsstelle dagegen nur der Basis-Klebstoff aufgetragen. Dabei ist eine Ausgangs-Aushärtetemperatur des Basis-Klebstoffs, bei der der Basis-Klebstoff aufgrund des Basis-Härters gehärtet, bspw. ausgehärtet bzw. verfestigt wird, größer als eine Zusatz-Aushärtetemperatur des Hybrid-Klebstoffs, bei der der Hybrid-Klebstoff aufgrund des Zusatz-Härters zumindest teilweise gehärtet, bspw. zumindest teilweise ausgehärtet bzw. vorgehärtet bzw. zumindest teilweise verfestigt wird. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass der Hybrid-Klebstoff, der auf der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen wird bzw. ist, an dieser mindestens einen Fixierungsstelle zu einem ersten Zeitpunkt, hier einem ersten Erwärmungs-Zeitpunkt bzw. Erhitzungs-Zeitpunkt, auf eine Temperatur erwärmt bzw. erhitzt wird, die größer als die Zusatz-Aushärtetemperatur, jedoch geringer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Dabei wird der Hybrid-Klebstoff bei der Temperatur, die zwischen der Ausgangs-Aushärtetemperatur und der Zusatz-Aushärtetemperatur liegt, zumindest teilweise, in Ausgestaltung vollständig gehärtet, bspw. ausgehärtet bzw. verfestigt. Außerdem ist vorgesehen, dass der Basis-Klebstoff, der auf dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich aufgetragen wird bzw. ist, an diesem mindestens einen Bereich zu einem zweiten späteren Zeitpunkt auf eine Temperatur erwärmt bzw. erhitzt wird, die größer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist, wobei nun auch der Basis-Klebstoff ausgehärtet wird. Der zweite spätere Zeitpunkt, hier ein zweiter Erwärmungs-Zeitpunkt bzw. Erhitzungs-Zeitpunkt, liegt nach dem ersten Erwärmungs-Zeitpunkt, wenn bereits der Hybrid-Klebstoff an der mindestens einen Fixierungsstelle zumindest teilweise ausgehärtet ist.
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In Ausgestaltung wird ein Auslass eines Applikators zum ortsaufgelösten Auftragen des Basis-Klebstoffs und des Hybrid-Klebstoffs verwendet, wobei der Hybrid-Klebstoff auch von dem Applikator aus dem Basis-Klebstoff und dem Zusatz-Härter gemischt wird. Der Auslass wird in der Regel relativ zu der Oberfläche des mindestens einen Bauteils entlang einer Bahn kontinuierlich bewegt, die zu dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich korreliert ist. Falls der Auslass dabei eine Bahnposition erreicht, die innerhalb des Bereichs der mindestens einen Fixierstelle zugeordnet ist, wird an dieser statt dem Basis-Klebstoff der ortsaufgelöst gemischte Hybrid-Klebstoff aufgetragen.
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Dabei werden die Bauteile an der mindestens einen Fixierungsstelle fixiert und insgesamt bei nachfolgender Erwärmung auf die Ausgangs-Aushärtetemperatur in dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich miteinander verklebt. Zum Verbinden der mindestens zwei Bauteile wird an der mindestens einen Fixierungsstelle zu einem Basis-Klebstoff bzw. einem Basis-Klebstoffgemisch oder einer Basis-Klebstoffverbindung, der bzw. das oder die ein Harz und einen Basis-Härter aufweist und in pastöser Form vorliegen kann, zunächst ein Zusatz-Härter ortsaufgelöst und dynamisch beigemischt und danach ein daraus resultierender bzw. bereitgestellter Hybrid-Klebstoff bzw. ein bereitgestelltes Hybrid-Klebstoffgemisch oder eine bereitgestellte Hybrid-Klebstoffverbindung auf der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen.
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Somit ist es möglich, die Bauteile aneinander bzw. miteinander zu fixieren, bevor sie endgültig miteinander verbunden werden. Die stellenweise Fixierung der Bauteile erlaubt deren gemeinsame Handhabung bei einem nachfolgenden Konstruktionsprozess, ohne dass die Bauteile aber schon endgültig, d. h. bspw. im gesamten Verklebungsbereich, fest miteinander verbunden sind.
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Falls der Hybrid-Klebstoff ebenfalls mindestens auf die Ausgangs-Aushärtetemperatur erwärmt wird, kann der Hybrid-Klebstoff, falls er bei einer Temperatur zwischen der Ausgangs-Aushärtetemperatur und der Zusatz-Aushärtetemperatur nur teilweise ausgehärtet ist, aufgrund des darin befindlichen Basis-Härters vollständig aushärten.
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Bei dem Verfahren ist es möglich, den mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich, auf dem der Basis-Klebstoff aufgetragen ist, inklusive der mindestens einen Fixierungsstelle, auf der der Hybrid-Klebstoff aufgetragen ist, zum ersten Erwärmungs-Zeitpunkt auf jene Temperatur zu erwärmen, die mindestens so groß wie die Zusatz-Aushärtetemperatur, jedoch geringer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Dabei wird jedoch nur der Hybrid-Klebstoff zumindest teilweise ausgehärtet bzw. vorgehärtet. Der Basis-Klebstoff wird hingegen zu dem ersten Zeitpunkt nicht ausgehärtet, da er zwar mindestens auf die Zusatz-Aushärtetemperatur, jedoch noch nicht mindestens auf die Ausgangs-Aushärtetemperatur erwärmt wird. Erst zum zweiten Erwärmungs-Zeitpunkt wird der mindestens eine zur Verklebung vorgesehene Bereich, ggf. inklusive der mindestens einen Fixierungsstelle, mindestens auf die Ausgangs-Aushärtetemperatur erwärmt, wobei nun auch der Basis-Klebstoff gehärtet, bspw. ausgehärtet wird. Hierbei ist es auch möglich, dass der Hybrid-Klebstoff, sofern er zum ersten Erwärmungs-Zeitpunkt lediglich teilweise gehärtet, bspw. ausgehärtet worden ist, zum zweiten Erwärmungs-Zeitpunkt nunmehr vollständig gehärtet, bspw. ausgehärtet wird.
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In Ausgestaltung wird der Hybrid-Klebstoff zum ersten Erwärmungs-Zeitpunkt zum zumindest teilweise Härten, bspw. Aushärten, aufgrund des beigemischten Zusatz-Härters an der mindestens einen Fixierungsstelle durch eine Wärmequelle bspw. induktiv, durch Wärmestrahlung, bspw. durch Infrarot-Licht, oder in einem Ofen auf eine Temperatur erwärmt bzw. erhitzt, die mindestens so groß wie die Zusatz-Aushärtetemperatur und geringer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Weiterhin ist es möglich, zumindest den mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich zum zweiten Erwärmungs-Zeitpunkt durch die genannte oder eine weitere Wärmequelle bspw. ebenfalls induktiv, ggf. lokal, mindestens auf die Ausgangs-Aushärtetemperatur zu erwärmen.
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Üblicherweise werden der Basis-Klebstoff bzw. die Basis-Klebstoffverbindung, der bzw. das das Harz und den Basis-Härter aufweist, und der Zusatz-Härter dynamisch zu dem Hybrid-Klebstoff vermischt. Dabei kann ein Grad einer Härtung bzw. Aushärtung oder Vorhärtung des Hybrid-Klebstoffs davon abhängen, welche Menge bzw. welches Volumen an alternativem Zusatz-Härter dem Basis-Klebstoff zunächst zugemischt und dann an der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen wird, wobei der Grad der Härtung bzw. Verfestigung von einem Mischverhältnis des Harzes und des Basis-Härters zu dem Zusatz-Härter abhängig ist, wobei durch dieses Mischverhältnis von einer Mischvorrichtung einer Ausführungsform eines nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Systems zum Durchführen des Verfahrens durch dynamisches Mischen des Basis-Klebstoffs mit dem Zusatz-Härter eine Kinetik für eine chemische Reaktion und/oder Härtung des Hybrid-Klebstoffs eingestellt wird.
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Der mindestens eine zur Verklebung vorgesehene Bereich und die mindestens eine Fixierungsstelle befinden sich auf einer Oberfläche mindestens eines der Bauteile. Je nach Zugänglichkeit und abhängig von einer Beschaffenheit der Oberflächen der Bauteile ist die mindestens eine Fixierungsstelle auf mindestens einem ersten und/oder mindestens einem zweiten Bauteil vorgesehen. Entsprechend ist der mindestens eine zur Verklebung vorgesehene Bereich auf dem mindestens einen ersten Bauteil und/oder auf dem mindestens einen zweiten Bauteil vorgesehen.
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Ergänzend ist es möglich, dass die aneinander fixierten Bauteile, nachdem beide Klebstoffe, d. h. der Hybrid- und der Basis-Klebstoff, gehärtet sind, zu einem dritten, noch späteren Zeitpunkt durch ein Befestigungsverfahren und/oder Verbindungsverfahren zusätzlich aneinander befestigt und/oder miteinander verbunden werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung wird ein Basis-Klebstoff verwendet, der dazu ausgebildet ist, einen auf dem mindestens einen Bauteil befindlichen Schmierstoff aufzunehmen, solange er abhängig von der auf ihn einwirkenden Temperatur nicht ausgehärtet ist. Auch an der mindestens einen Fixierungsstelle, auf der der Hybrid-Klebstoff aufgetragen ist, ist der davon umfasste Basis-Klebstoff, solange er nicht selbst ausgehärtet wird, d. h. solange die Ausgangs-Aushärtetemperatur nicht erreicht ist, auch nach Aushärten des Zusatz-Härters in dem Hybrid-Klebstoff dazu ausgebildet, einen auf dem mindestens einen Bauteil befindlichen und/oder aufgetragenen Schmierstoff, bspw. Öl, aufzunehmen. Sofern der Hybrid-Klebstoff, nach Aushärten des Zusatz-Härters nur teilweise gehärtet, bspw. ausgehärtet oder vorgehärtet ist, ist es demnach möglich, dass dieser den Schmierstoff zumindest teilweise aufnehmen kann.
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Das erfindungsgemäße System ist zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen ausgebildet und weist einen Applikator auf, der dazu ausgebildet ist, zum Bereitstellen einer Verklebung zwischen den Bauteilen auf mindestens einem der Bauteile auf mindestens einem zur Verklebung vorgesehenen Bereich einen Basis-Klebstoff, der einen Basis-Härter aufweist, aufzutragen. Dabei ist in dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich mindestens eine Fixierungsstelle auszuwählen oder auswählbar. Dabei ist der Applikator dazu ausgebildet, an der mindestens einen Fixierungsstelle zu dem Basis-Klebstoff ortsaufgelöst und dynamisch einen Zusatz-Härter beizumischen und einen daraus resultierenden Hybrid-Klebstoff auf der mindestens einen Fixierungsstelle aufzutragen. Dabei ist eine Ausgangs-Aushärtetemperatur, bei der sich der Basis-Klebstoff aufgrund des Basis-Härters härtet bzw. verfestigt, größer als eine Zusatz-Aushärtetemperatur, bei der sich der Hybrid-Klebstoff aufgrund des Zusatz-Härters zumindest teilweise härtet bzw. verfestigt. Es ist vorgesehen, dass der Hybrid-Klebstoff, der auf der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen wird bzw. ist, an dieser mindestens einen Fixierungsstelle zu einem ersten Zeitpunkt, hier einem ersten Erwärmungs-Zeitpunkt bzw. Erhitzungs-Zeitpunkt, auf eine Temperatur erwärmt bzw. erhitzt wird, die größer als die Zusatz-Aushärtetemperatur, jedoch geringer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Dabei wird der Hybrid-Klebstoff bei der Temperatur, die zwischen der Ausgangs-Aushärtetemperatur und der Zusatz-Aushärtetemperatur liegt, zumindest teilweise, in Ausgestaltung vollständig gehärtet, bspw. ausgehärtet bzw. verfestigt. Außerdem ist vorgesehen, dass der Basis-Klebstoff, der auf dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich aufgetragen wird bzw. ist, an diesem mindestens einen Bereich zu einem zweiten späteren Zeitpunkt auf eine Temperatur erwärmt bzw. erhitzt wird, die größer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist, wobei nun auch der Basis-Klebstoff ausgehärtet wird. Der zweite spätere Zeitpunkt, hier ein zweiter Erwärmungs-Zeitpunkt bzw. Erhitzungs-Zeitpunkt, liegt nach dem ersten Erwärmungs-Zeitpunkt, wenn bereits der Hybrid-Klebstoff an der mindestens einen Fixierungsstelle zumindest teilweise ausgehärtet ist.
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Das System weist weiterhin einen Roboter und eine Steuervorrichtung auf. Der Roboter ist dazu ausgebildet, einen Auslass des Applikators entlang einer Bahn relativ zu einer Oberfläche mindestens eines der Bauteile und somit entlang dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich und der mindestens einen Fixierungsstelle zu bewegen, wobei es möglich ist, dass der Auslass des Applikators ohnehin zu der mindestens einen Fixierungsstelle bewegt wird, wenn er entlang der dem Bereich zugeordneten Bahn bewegt wird. Falls der Auslass entlang der Bahn bewegt und an mindestens einer ersten Bahnposition angeordnet ist bzw. wird, die der mindestens einen Fixierungsstelle zugeordnet ist, ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, an der mindestens einen Fixierungsstelle auf der Oberfläche des mindestens einen Bauteils ein Auftragen des Hybrid-Klebstoffs durch den Auslass zu veranlassen. Falls der Auslass entlang der Bahn bewegt und an mindestens einer zweiten Bahnposition angeordnet ist bzw. wird, die dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich außerhalb der ersten Fixierungsstelle zugeordnet ist, ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich auf der Oberfläche des mindestens einen Bauteils ein Auftragen des Basis-Klebstoffs durch den Auslass zu veranlassen. Die mindestens eine Fixierungsstelle in dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich wird in Ausgestaltung gemäß einer Vorgabe ausgewählt und/oder definiert.
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Hierbei ist vorgesehen, dass der Auslass des Applikators entlang der für ihn vorgesehenen Bahn einen jeweiligen Abstand zu der Oberfläche des mindestens einen Bauteils, in der Regel eines Bauteils, aufweist, wobei die Bahn des Auslasses des Applikators zu dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich korreliert ist. Dieser mindestens eine Bereich weist mehrere Verklebungsstellen und/oder Verklebungspunkte auf, die in Ausgestaltung zu mindestens einer zusammenhängenden Verklebungslinie und/oder mindestens einer zusammenhängenden Verklebungsfläche auf dem mindestens einen Bauteil verbunden sind bzw. werden, wobei zwei Verklebungslinien und/oder Verklebungsflächen auch voneinander räumlich getrennt sein können. Hierbei definieren die Verklebungsstellen den zur Verklebung vorgesehenen Bereich und umfassen auch die mindestens eine Fixierungsstelle. Dabei ist die mindestens eine erste Bahnposition zu der mindestens einen Fixierungsstelle korreliert, wobei der Hybrid-Klebstoff ausgehend von der mindestens einen ersten Bahnposition, an der sich der Auslass befindet, auf der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen wird. Entsprechend ist die mindestens eine zweite Bahnposition zu dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich außerhalb der Fixierungsstelle, bspw. mindestens einer Verklebungsstelle ungleich der Fixierungsstelle, korreliert, wobei mit dem Auslass ausgehend von der zweiten Bahnposition auf dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich außerhalb der Fixierungsstelle der Basis-Klebstoff aufgetragen wird. Hierbei ist es möglich, den Hybrid-Klebstoff und/oder den Basis-Klebstoff auf der Oberfläche des mindestens einen Bauteils dynamisch und ortsaufgelöst punktförmig, bahnförmig, linienförmig und/oder flächig aufzutragen. Im Rahmen des Verfahrens kann aus der mindestens einen Fixierungsstelle und dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich eine Klebenaht gebildet werden.
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Der Applikator weist zudem eine Mischvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, dem Basis-Klebstoff und den Zusatz-Härter dynamisch zu dem Hybrid-Klebstoff zu mischen, zu homogenisieren und den an der mindestens einen Fixierungsstelle aufzutragenden Hybrid-Klebstoff durch den Auslass des Applikators hindurch bereitzustellen. Dabei ist der Applikator weiterhin dazu ausgebildet, eine Menge an Zusatz-Härter, die dem Basis-Klebstoff beigemischt wird, einzustellen und/oder zu dosieren, wodurch ein Grad und/oder eine Kinetik einer Härtung bzw. Verfestigung des Hybrid-Klebstoffs eingestellt wird.
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Das vorgestellte Verfahren ist dazu ausgebildet, Bauteile, die für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug bzw. ein Auto, vorgesehen sind, nachdem sie zunächst relativ zueinander ausgerichtet sind, an der mindestens einen Fixierungsstelle stellenweise oder punktweise miteinander bzw. aneinander zu fixieren, ohne sie komplett miteinander zu verkleben. Dabei können derartige Bauteile als Bauteile für eine Karosserie des Fahrzeugs ausgebildet sein. Je nach Definition kann der Basis-Klebstoff als Einkomponenten-Klebstoff (1K) bzw. einkomponentiger Klebstoff ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden, da er lediglich einen Härter, nämlich den Basis-Härter aufweist. Entsprechend ist es möglich, dass der Hybrid-Klebstoff je nach Definition als Zweikomponenten-Klebstoff (2K) bzw. zweikomponentiger Klebstoff ausgebildet ist und/oder bezeichnet werden kann, da er sowohl den Basis-Härter als auch den Zusatz-Härter aufweist. Durch Beimischen des Zusatz-Härters zu dem Basis-Klebstoff wird der zweikomponentige Hybrid-Klebstoff bereitgestellt, der bereits bei der niedrigen Zusatz-Aushärtetemperatur zumindest teilweise gehärtet wird, wodurch es möglich ist, für den ursprünglichen Basis-Klebstoff nach Zugabe des Zusatz-Härters eine Aushärtetemperatur zu senken und bereits bei der Zusatz-Aushärtetemperatur schnell und/oder zumindest teilweise zu härten, bspw. vorzuhärten. Hierbei ist es möglich, dass der Hybrid-Klebstoff bei der höheren Ausgangs-Aushärtetemperatur vollständig ausgehärtet werden kann.
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Mit dem Verfahren ist es u. a. möglich, Eigenschaften eines einkomponentigen Klebstoffs bzw. des Basis-Klebstoffs und eines zweikomponentigen Klebstoffs bzw. des Hybrid-Klebstoffs beim Aneinander-Fixieren zweier Bauteile zu vereinen. Je nach Definition ist der einkomponentige, erst bei der Ausgangs-Aushärtetemperatur heißhärtende Basis-Klebstoff in einer Modellvorstellung ein gehemmter Klebstoff, wobei der Basis-Härter als Feststoff, der bei einer definierten Temperatur, nämlich der Ausgangs-Aushärtetemperatur aufschmilzt, bereits einem Harz zugesetzt bzw. beigefügt werden kann. Der Zusatz-Härter wird bei Durchführung des Verfahrens dem Harz und dem Basis-Härter ortsaufgelöst, d. h. abhängig davon, welcher der beiden Klebstoffe auf einer jeweiligen Fixierungsstelle oder dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich außerhalb der jeweiligen Fixierungsstellen aufzutragen ist, beigemischt. Dabei kann der Zusatz-Härter in der Regel als viskose Flüssigkeit oder Paste vorliegen. Dabei wird der Hybrid-Klebstoff aufgrund des Zusatz-Härters bereits bei der Zusatz-Aushärtetemperatur zumindest teilweise, ggf. vollständig gehärtet. Der Basis-Härter in dem Basis-Klebstoff sowie in dem Hybrid-Klebstoff schmilzt, falls er als Feststoff vorliegt, dagegen erst bei der Ausgangs-Aushärtetemperatur. Sobald eine jeweilige Aushärtetemperatur eines jeweiligen Härters erreicht ist bzw. wird, beginnt eine chemische Reaktion zum teilweisen oder vollständigen Härten des jeweiligen Klebstoffs, d. h. des Hybrid-Klebstoffs und/oder des Basis-Klebstoffs. Alternativ ist es möglich, eine Kombination des Harzes und mindestens einem der beiden Härter chemisch so aufeinander abzustimmen, dass der jeweilige Klebstoff bei einer entsprechenden chemischen Reaktion erst nach Erreichen der jeweils eingestellten Aushärtetemperatur bzw. eines entsprechenden Temperaturschwellwerts zumindest teilweise gehärtet wird, wenn der jeweilige Klebstoff einer entsprechenden thermischen Aktivierungsenergie ausgesetzt wird. Bei dem Verfahren ist es möglich, den Hybrid-Klebstoff bei der abgesenkten Zusatz-Aushärtetemperatur, bspw. durch einen induktiven Schnellhärtungsprozess, zumindest teilweise auszuhärten.
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Eine in der Regel chemische Reaktion an der mindestens einen Fixierungsstelle auf dem mindestens einen Bauteil mit dem alternativen Zusatz-Härter, der dem Basis-Klebstoff zugesetzt bzw. beigemischt wird, ist in der Regel nahezu frei einstellbar und auf eine jeweils geplante Ausführungsform des Verfahrens adaptierbar, da der konventionelle, heißhärtende und einkomponentige Basis-Klebstoff auf dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich bspw. bei Raumtemperatur, die wesentlich niedriger als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist, keiner relevanten Härtung unterliegt.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird der Hybrid-Klebstoff aufgrund des beigemischten Zusatz-Härters bereits bei der niedrigen Zusatz-Aushärtetemperatur, die bspw. kleiner gleich 120° C ist, gut und schnell vorgehärtet bzw. zumindest teilweise gehärtet. Der Basis-Klebstoff als Komponente des Hybrid-Klebstoffs, wenn er lediglich zu der Zusatz-Aushärtetemperatur, jedoch noch nicht zu der Ausgangs-Aushärtetemperatur erhitzt worden ist, kann dennoch, wie ein einkomponentiger Klebstoff, Schmierstoff aufnehmen, so dass auch an der mindestens einen Fixierungsstelle, trotz teilweiser Aushärtung weiterhin Schmierstoff aufgenommen werden kann und gleichzeitig eine Fixierung aufgrund der zumindest teilweisen Härtung des Hybrid-Klebstoffs gewährleistet ist.
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Bei dem Verfahren wird dem Basis-Klebstoff ein definiertes Volumen bzw. eine definierte Menge an dem Zusatz-Härter beigemischt und/oder zudosiert, der an der mindestens einen Fixierungsstelle bspw. induktiv gehärtet, bspw. vorgehärtet werden soll, wodurch die Reaktivität und eine Temperatursensitivität des dabei bereitgestellten Hybrid-Klebstoffs an der mindestens einen Fixierungsstelle erhöht wird, um ein schnelles Härten, bspw. Vorhärten, verfahrensbegleitend effizient einzustellen bzw. zu gestalten. An dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich, der nicht induktiv gehärtet werden soll, wird lediglich der Basis-Klebstoff aufgetragen, ohne den Zusatz-Härter beizumischen. Je nach Definition ist an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich außerhalb der mindestens einen Fixierungsstelle der unveränderte konventionelle einkomponentige Basis-Klebstoff aufgetragen, der auch dann jederzeit eine Aufnahme von Schmierstoff ermöglicht, falls zum weiteren Verarbeiten der Bauteile eine kathodische Tauchlackierung (KTL) durchgeführt werden soll.
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Das für die mindestens eine Fixierungsstelle ortsaufgelöst bzw. ortsabhängig durchzuführende Beimischen des Zusatz-Härters zu dem Basis-Klebstoff kann durch den Applikator bzw. eine entsprechende Klebstoffapplikationsanlage für zwei Komponenten, in diesem Fall den Basis-Klebstoff und den Zusatz-Härter, durchgeführt werden. Aufgrund einer vergleichsweise hohen Viskosität des einkomponentigen Basis-Klebstoffs, wie er bspw. für Bauteile einer Karosserie verwendet wird, und auch einer hohen Geschwindigkeit, mit der der Auslass des Applikators mit dem Roboter entlang der Bahn bewegt wird, weist der Applikator die üblicherweise dynamische Mischvorrichtung bzw. ein entsprechendes dynamisches Mischsystem mit einem dynamischen Mischrohr auf. Dagegen würde ein statisches Mischrohr bei einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit des Roboters und/oder des Auslasses, die bspw. zwischen 300 bis 500 mm/s liegt, keine ausreichende Homogenisierung und/oder ortsgenaue Beimischung des Zusatz-Härters zu dem Basis-Klebstoff ermöglichen.
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Das vorgestellte Verfahren ist bspw. im Karosseriebau einsetzbar, wobei Bauteile in einem Unterbau und/oder einem Aufbau der Karosserie durch Klebung statt einer zusätzlichen Verbindungstechnik fixiert werden. Eine derartige Fixierung ist erforderlich, um die Karosserie für die kathodische Tauchlackierung zu stabilisieren. So ist es möglich, bspw. in komplexen Linien bei einer starken Variation, die abhängig von Derivaten, Marken und/oder einem Material der Bauteile ist, dass unterschiedliche Betriebsmittel eingesetzt werden, mit denen jeweils einzelne Maßnahmen zum Verbinden der Bauteile durchgeführt werden. Dagegen können andere Bauteile bzw. Baugruppen, bspw. Türen und Klappen, bereits beim Bau der Karosserie durch einen Ofen transportiert werden, der mindestens die Ausgangs-Aushärtetemperatur erzeugt, wobei der heißhärtende einkomponentige Basis-Klebstoff gehärtet wird, wobei für eine Form- und Geometriestabilität gesorgt wird. Mit dem Verfahren ist es möglich, die Bauteile einfach und kostengünstig zu fixieren, wobei eine derartige Fixierung bereits durch eine umlaufende und/oder punktuelle induktive Härtung des eingesetzten Hybrid-Klebstoffs realisiert wird. Zum induktiven Erwärmen und/oder Härten werden die üblicherweise metallischen Bauteile durch ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld angeregt und somit erhitzt bzw. erwärmt. Eine dabei jeweils erzeugte Temperatur wird aufgrund einer Wärmeleitung an eine Schicht des jeweiligen Klebstoffs an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich und somit auch an die mindestens eine Fixierungsstelle übertragen. Sofern an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich und der mindestens einen Fixierungsstelle eine jeweils vorgesehene Temperatur, d. h. bspw. die Zusatz-Aushärtetemperatur oder die Ausgangs-Aushärtetemperatur, erreicht und/oder erzeugt ist, wird die chemische Reaktion des jeweiligen Klebstoffgemisches bzw. des jeweiligen Klebstoffs beschleunigt, wodurch der jeweilige Klebstoff gehärtet, zumindest teilweise vorgehärtet wird. Als Wärmequelle zum Erwärmen der Bauteile auf eine jeweils vorgesehene Temperatur, d. h. bspw. die Zusatz-Aushärtetemperatur oder die Ausgangs-Aushärtetemperatur, kann bspw. je nach Form der Bauteile und einer Größe der mindestens einen Fixierungsstelle und/oder des mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereichs die induktive Wärmequelle, eine Infrarot-Wärmequelle oder ein Ofen verwendet werden.
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Im Fall des einkomponentigen heißhärtenden Basis-Klebstoffs mit einer ausreichenden Lagerfähigkeit sind in der Regel sehr hohe Temperaturen erforderlich, um in einem sinnvollen Zeitrahmen eine Härtung, bspw. Vorhärtung, zu erzielen. Dabei kann es insbesondere bei einer induktiven Härtung und/oder Erwärmung bei derart hohen Temperaturen bei den Bauteilen zu schwerhandhabbaren Wärmeverzügen kommen, die insbesondere in Türen, Klappen und anderen Außenhautabschnitten eines Fahrzeugs, die aus den miteinander verbundenen Bauteilen zu bilden sind, nicht tolerabel sind. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass Taktzeiten von bspw. 60 bis 80 s wie in vorgesehenen Volumenlinien mit dem einkomponentigen heißhärtenden Basis-Klebstoff nicht abbildbar sind.
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Im Falle des aus dem Basis-Klebstoff gebildeten zweikomponentigen Hybrid-Klebstoffs kann über die Art und Menge des zugefügten Zusatz-Härters die Reaktivität und das Prozessfenster für die vorgesehene, zumindest teilweise Härtung eingestellt werden. Bei dem Verfahren wird berücksichtigt, dass bei umlaufend induktiver Härtung, bspw. Vorhärtung, auch Bereiche an geometrisch kritischen Abschnitten der Bauteile durch die erzeugte Wärme mindestens auf die Zusatz-Aushärtetemperatur erwärmt werden. Somit werden die Bauteile zu dem ersten Erwärmungs-Zeitpunkt, zu dem zunächst die Temperatur eingestellt wird, die zumindest so groß wie die Zusatz-Aushärtetemperatur aber kleiner als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist, zumindest an der mindestens einen Fixierungsstelle aneinander fixiert.
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Die üblicherweise als Bleche ausgebildeten Bauteile können in Ausgestaltung mit Schmierstoff belegt sein, wobei der Schmierstoff zumindest in den Basis-Klebstoff bzw. in die Basis-Klebstoffverbindung bei Temperaturen, die bspw. größer oder gleich als 80°C sind, durch die Fusionsprozesse aufgenommen werden kann, wodurch ein wesentlicher Mechanismus für eine Haftung auf schmierstoffbelegten Blechen erreicht werden kann. Dies wäre jedoch nicht möglich, wenn auf dem mindestens einen Bauteil ein Klebstoff aufgetragen wird, der bereits bei Raumtemperatur bzw. bei der Zusatz-Aushärtetemperatur aushärtet. Da der Hybrid-Klebstoff nur an der mindestens einen Fixierungsstelle jedoch nicht auf dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich außerhalb der mindestens einen Fixierungsstelle aufgetragen wird, kann in dem mindestens einen Bereich außerhalb der mindestens einen Fixierungsstelle auch über eine längere Zeit eine endgültige Verklebung und/oder Verbindung der Bauteile verhindert werden.
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Sofern die Bauteile im Karosseriebau verwendet werden, wird durch Ausführung des Verfahrens berücksichtigt, dass die verwendeten Klebstoffe, bspw. bei einer Werksruhe, mindestens drei Wochen Puffer bis zur Aushärtung bei einer kathodischen Tauchlackierung überdauern müssen. Dabei kann eine derartige Pufferzeit sogar noch länger sein. Außerdem ist es möglich, dass der Basis-Klebstoff unabhängig von der sich jeweils ergebenden Pufferzeit, auch wenn der Hybrid-Klebstoff bei Raumtemperatur bereits ausgehärtet sein sollte, dennoch in der Lage ist, an dem mindestens einen Bereich, an dem nur der Basis-Klebstoff aufgetragen ist, während der kathodischen Tauchlackierung Schmierstoffe aufzunehmen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung Beispiele für Klebstoffe, wie sie beim Stand der Technik verwendet werden.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Applikator einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 3 zeigt schematisch eine Verwendung von Klebstoffen bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Bezugsziffern sind dieselben Komponenten zugeordnet.
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1a zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten einkomponentigen heißhärtenden Klebstoff 100, der ein Harz 102 mit einem gehemmten, als Feststoff vorliegenden Härter 104 aufweist. Dabei reagiert dieser Härter 104 in dem Harz 102 bei einer Aushärtetemperatur, die wesentlich größer als die Raumtemperatur ist.
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1b zeigt eine erste und eine zweite Komponente, aus denen durch Mischen ein zweikomponentiger Klebstoff bereitstellbar ist, wobei die erste Komponente 106 als Harz und die zweite Komponente als Härter 108 ausgebildet ist, der im Gegensatz zu dem Härter 104 bereits bei Raumtemperatur reagiert, weshalb der aus dem Harz 106 und dem Härter 108 gemischte zweite Klebstoff bereits bei Raumtemperatur aushärtet.
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2 zeigt in schematischer Darstellung einen Applikator 2, der als Komponente der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 4 ausgebildet ist. Dieser Applikator 2 weist einen ersten Einlass 6 und einen zweiten Einlass 8 auf. Weiterhin umfasst der Applikator 2 einen Rotor 22, mindestens ein Rührelement 24, eine Mischkammer 26 und einen Auslass 28.
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Dabei ist der erste Einlass 6 mit einem ersten Behälter 10 verbunden, in dem ein Basis-Klebstoff 12 bevorratet ist, der ein Harz 14 und einen ersten hier als Feststoff vorliegenden Basis-Härter 16 aufweist (3), der in dem Harz 14 gelöst ist. Sobald der Basis-Klebstoff 12 mindestens auf die Ausgangs-Aushärtetemperatur erwärmt wird, wird der darin befindliche Basis-Härter 16 geschmolzen und reagiert mit dem Harz 14, wobei der Basis-Klebstoff 12 gehärtet wird. Dabei ist es in Ausgestaltung möglich, dass zwischen dem ersten Einlass 6 und dem ersten Behälter 10 ein nicht weiter dargestelltes erstes Dosierventil angeordnet ist, mit dem es möglich ist, eine Menge an dem Basis-Klebstoff 12, die in die Mischkammer 26 zu fördern ist, einzustellen und/oder zu dosieren.
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Der zweite Einlass 8 des Applikators 2 ist hier mit einem zweiten Behälter 18 verbunden, in dem ein Zusatz-Härter 20 bevorratet ist, für den eine Zusatz-Aushärtetemperatur vorgesehen ist, die geringer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Dabei ist es in Ausgestaltung möglich, dass zwischen dem zweiten Einlass 8 und dem zweiten Behälter 18 ein nicht weiter dargestelltes zweites Dosierventil angeordnet ist, mit dem es möglich ist, eine Menge an dem Zusatz-Härter 20, die in die Mischkammer 26 zu fördern ist, einzustellen und/oder zu dosieren.
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Außerdem umfasst das System 4 einen Roboter 30, der dazu ausgebildet ist, den Applikator 2, in der Regel zumindest den Auslass 28 des Applikators 2 auf einer definierten Bahn relativ zu mindestens einem Bauteil 32 zu bewegen, das in 3 gezeigt ist. Es ist vorgesehen, dass das Bauteil 32 mit mindestens einem weiteren hier nicht gezeigten Bauteil verbunden werden soll, wobei die beiden Bauteile 32 bei Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens vor einem endgültigen Verbinden miteinander bzw. aneinander fixiert werden. Dabei ist auf einer Oberfläche des Bauteils 32 mindestens eine Fixierungsstelle 34 und mindestens ein zur Verklebung vorgesehener Bereich 36 bzw. Verklebungsbereich, von dem hier der Einfachheit halber nur eine Stelle gezeigt ist, vorgesehen. In der Regel befindet sich die mindestens eine Fixierungsstelle 34 innerhalb des zur Verklebung vorgesehenen Bereichs 36. Bei der Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest der Auslass 28 des Applikators 2 mit dem Roboter 30 entlang der Bahn bewegt, die eine Vielzahl an Bahnpositionen bzw. Bahnpunkten aufweist bzw. durch diese gebildet ist. Entsprechend ist auf der Oberfläche des Bauteils 32 eine Linie vorgesehen, die einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich 36 bildet, der eine Vielzahl an Fixierungsstellen 34 umfasst. Dabei ist die Linie auf der Oberfläche des Bauteils 32 zu der Bahn, entlang der zumindest der Auslass 28 bewegt wird, korreliert. Bei dem Verfahren wird der Auslass 28 durch den Roboter 30 nacheinander an sämtlichen Bahnpositionen angeordnet bzw. entlang dieser Bahnpositionen bewegt. In Ausgestaltung wird der mindestens eine zur Verklebung vorgesehene Bereich 36 vorgegeben und darin die mindestens eine Fixierungsstelle 34 ausgewählt, die demnach als Teil des Bereichs 36 ausgebildet ist.
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Falls der Auslass 28 an einer zweiten Bahnposition angeordnet ist, die zu dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich 36 außerhalb der mindestens einen Fixierungsstelle 34 korreliert ist, wird von dem Applikator 2 auf der Oberfläche des Bauteils 32 an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich 36 lediglich der Basis-Klebstoff 12 aus dem ersten Behälter aufgetragen. Falls dagegen der Auslass 28 an mindestens einer ersten Bahnposition angeordnet ist, die zu der mindestens einen Fixierungsstelle 34 korreliert ist, ist vorgesehen, dass in die Mischkammer 26 sowohl der Basis-Klebstoff 12 als auch der Zusatz-Härter 20 aus dem zweiten Behälter 18 gefördert wird, wobei eine Menge des Basis-Klebstoffs 12 und eine Menge des Zusatz-Härters 20 aufeinander abgestimmt und entsprechend dosiert werden, wobei ein Mischverhältnis des Basis-Klebstoffs 12 zu dem Zusatz-Härter 20 eingestellt wird. In Ausgestaltung ist die mindestens eine Fixierungsstelle 34 als Teil des mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereichs 36 bzw. Verklebungsbereichs ausgebildet und wird aus dem Bereich 36 ausgewählt, wobei auf der mindestens einen Fixierungsstelle 34 innerhalb des Bereichs 36 neben dem Basis-Klebstoff 12 der zusätzlich beigemischte Zusatz-Härter 20 aufgetragen wird.
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Der Basis-Klebstoff 12 und der Zusatz-Härter 20 werden in der Mischkammer 26 von dem Rührelement 24 dynamisch gemischt und homogenisiert, wobei ein Hybrid-Klebstoff 38 bereitgestellt wird, der neben dem Harz 14 und dem Basis-Härter 16 des Basis-Klebstoffs 12 nunmehr auch den dem Basis-Klebstoff 12 beigemischten Zusatz-Härter 20 aufweist. Somit wird bei dem Verfahren ortsabhängig an der mindestens einen Fixierungsstelle 34 der Hybrid-Klebstoff 38 und im Unterschied hierzu an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich 36 außerhalb der Fixierungsstelle 34 lediglich der Basis-Klebstoff 12 aufgetragen.
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Weiterhin umfasst das System 4 eine Wärmequelle 40, die in 3 schematisch dargestellt ist, wobei es möglich ist, diese Wärmequelle 40 relativ zu dem hier gezeigten Bauteil 32 und somit auch zu mindestens einem zweiten weiteren Bauteil zu bewegen ist. Zum Fixieren des Bauteils 32 an dem mindestens einen zweiten Bauteil ist zu einem ersten Erwärmungs-Zeitpunkt vorgesehen, dass die mindestens eine Fixierungsstelle 34 von der Wärmequelle 40, wobei es sich bspw. um eine induktive Wärmequelle handelt, zunächst zumindest lokal auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher als die Zusatz-Aushärtetemperatur jedoch geringer als die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Dabei wird lediglich der an der mindestens einen Fixierungsstelle 34 aufgetragene Hybrid-Klebstoff 38 gehärtet, wohingegen der auf dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich 36 außerhalb der Fixierungsstelle 34 aufgetragene Basis-Klebstoff, falls dieser ebenfalls auf die gleiche Temperatur erwärmt werden sollte, bei dieser eingestellten Temperatur noch nicht gehärtet wird, so dass von diesem bspw. Schmierstoffe aufgenommen werden können. Zu einem späteren zweiten Erwärmungs-Zeitpunkt wird zumindest der mindestens eine zur Verklebung vorgesehene Bereich 36 mit der Wärmequelle 40 auf eine weitere Temperatur erwärmt, die mindestens so groß ist wie die Ausgangs-Aushärtetemperatur ist. Somit wird in dem zweiten Schritt auch der Basis-Klebstoff 12 an dem mindestens einen zur Verklebung vorgesehenen Bereich 36 gehärtet, wobei nunmehr die miteinander zu verbindenden Bauteile 32 aneinander bzw. miteinander verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Applikator
- 4
- System
- 6, 8
- Einlass
- 10
- Behälter
- 12
- Basis-Klebstoff
- 14
- Harz
- 16
- Basis-Härter
- 18
- Behälter
- 20
- Zusatz-Härter
- 22
- Rotor
- 24
- Rührelement
- 26
- Mischkammer
- 28
- Auslass
- 30
- Roboter
- 32
- Bauteil
- 34
- Fixierungsstelle
- 36
- Bereich
- 38
- Hybrid-Klebstoff
- 40
- Wärmequelle
- 100
- Klebstoff
- 102
- Harz
- 104
- Härter
- 106
- Harz
- 108
- Härter
