DE102019216737A1

DE102019216737A1 - Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil

Info

Publication number: DE102019216737A1
Application number: DE102019216737.3A
Authority: DE
Inventors: Heino Meinen; Daniel Diekmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2039-10-31
Also published as: DE102019216737B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil ein Kunststoffbauteil ist und eine erste Kontaktfläche aufweist, und wobei das zweite Bauteil eine zweite Kontaktfläche aufweist, vorgeschlagen, mit den Schritten:a. Aufbringen eines mittels ultravioletten Lichts aktivierbaren Haftmittels auf die erste Kontaktfläche und/oder auf die zweite Kontaktfläche,b. Herstellen eines Kontakts zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche,c. Beaufschlagen des Haftmittels mit ultraviolettem Licht derart, dass das Haftmittel aktiviert wird, wobeid. das ultraviolette Licht das erste Bauteil durchläuft, bevor es auf das Haftmittel trifft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil ein Kunststoffbauteil ist und eine erste Kontaktfläche aufweist, und wobei das zweite Bauteil eine zweite Kontaktfläche aufweist, mit den Schritten:

a. Aufbringen eines mittels ultravioletten Lichts aktivierbaren Haftmittels auf die erste Kontaktfläche und/oder auf die zweite Kontaktfläche,
b. Herstellen eines Kontakts zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche,
c. Beaufschlagen des Haftmittels mit ultraviolettem Licht derart, dass das Haftmittel aktiviert wird.

Solche Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere eingesetzt, um Kunststoffbauteile mit Bauteilen aus anderen Materialien zu verbinden. Hierbei sind UV-aktivierbare Haftmittel von Vorteil, da für andere Haftmittel regelmäßig eine andere Art der Aktivierung, beispielsweise eine thermische Aktivierung, nötig ist. Dies stellt für temperaturresistente Bauteile, beispielsweise für Metallbauteile, kein Problem dar, Kunststoffbauteile sind jedoch oftmals nicht ausreichend temperaturresistent und können entsprechend bei der Aktivierung des Haftmittels in Mitleidenschaft gezogen werden.
In der Automobilindustrie sind entsprechende Verfahren, die mit mittels ultraviolettem Licht aktivierbaren Haftmittel arbeiten von zunehmendem Interesse, da vermehrt Bauteile mit anderen Bauteilen verbunden werden müssen, die in der Vergangenheit aus Metall hergestellt wurden, heute aber oftmals aus Kunststoffen bestehen. So werden heutzutage beispielsweise Schraubenfedern oder Blattfedern auch aus Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Um diese Bauteile lackieren oder verkleben zu können, um beispielsweise Gummilager anzuhaften, ist es erforderlich, ihre Oberflächen vorzubehandeln. Dies geschieht in der Regel mechanisch oder chemisch. Auch werden Methoden wie Beflammung sowie Corona- oder Plasmabehandlung angewendet. Eine Alternative dazu ist die Oberflächen-Aktivierung mit UV-Licht und/oder Ozon. Hierbei ist von Vorteil, dass eine Aktivierung berührungslos initiiert werden kann.
Dennoch ist ein Verfahren, bei dem das Haftmittel durch ultraviolettes Licht aktiviert wird, relativ komplex bzw. umständlich, da eine UV-Lampe und das mit dem Haftmittel beschichtete Bauteil so in relativiert Position zueinander gebracht werden müssen, dass das Haftmittel durch das UV-Licht aktiviert wird. In den bekannten Verfahren ist es weiterhin notwendig, den Schritt c), also das Aktivieren des Haftmittels, vor dem Schritt b), also dem Inkontaktbringen der beiden Bauteile, auszuführen.
Aus der DE 10 2016 010 987 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserieverbundbauteils, dass wenigstens bereichsweise mehrere Lagen unterschiedlicher Werkstoffe aufweist, bekannt, bei dem mehrere Lagen miteinander verbunden werden sollen, wobei zumindest die mittlere Lage aus einem UV-härtendem duroplastischen Kunststoff besteht. In diesen werden lichtleitende Fasern eingebettet, durch die dann das UV-Licht gleichmäßig in dem auszuhärtenden Kunststoff verteilt werden kann. Diese Methode ermöglicht es, eine UV-Aktivierung durchzuführen, nachdem die zu verbindenden Bauteile in ihre endgültige Position gebracht wurden, ist aber dennoch konstruktiv sehr aufwendig und preisintensiv.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, wobei das erste Bauteil aus einem Kunststoff besteht, anzugeben, dass einfach und sicher durchführbar ist und auf eine die Bauteile schonende Art und Weise durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem das ultraviolette Licht das erste Bauteil durchläuft, bevor es auf das Haftmittel trifft. Es wird dabei ausgenutzt, dass viele Kunststoffe hochtransparent für UV-Licht sind. So wird es möglich, eine indirekte Beleuchtung des Haftmittels vorzunehmen, ohne dass weitere Bauteile wie Lichtleitfasern o. ä. notwendig werden. Gleichzeitig können die beiden zu verbindenden Bauteile während der Aktivierung des Haftmittels bereits in physischen Kontakt miteinander stehen.
Zweckmäßigerweise kann eine der ersten Kontaktfläche gegenüber liegende Oberfläche des ersten Bauteils mit dem ultravioletten Licht beaufschlagt werden. Das ultraviolette Licht kann dann entsprechend der Transparenz des ersten Bauteils das erste Bauteil geradlinig durchqueren und durch die erste Kontaktfläche aus dem Bauteil austreten, woraufhin das ultraviolette Licht dann auf das auf die erste Kontaktfläche aufgetragene Haftmittel trifft und dieses aktiviert.
Ebenfalls ist es möglich, dass das ultraviolette Licht innerhalb des ersten Bauteils seine Ausbreitungsrichtung ändert, bevor es auf das Haftmittel trifft. Hierzu sind insbesondere Bauteile geeignet, die aus für UV-Licht teiltransparentem Material bestehen. Alternativ können Mikropartikel als Streuzentren für das ultraviolette Licht in das Material des ersten Bauteils eingebracht werden. Das ultraviolette Licht kann beispielsweise durch eine Seitenfläche des ersten Bauteils in das erste Bauteil eintreten. Als Seitenfläche kann hierbei jede Oberfläche des ersten Bauteils, die nicht parallel zu der ersten Kontaktfläche ausgerichtet ist, angesehen werden. Beispielsweise kann die Seitenfläche in einem Winkel von etwa 90° zu der ersten Kontaktfläche ausgerichtet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Haftmittel ein Haftvermittler. Haftvermittler werden beispielsweise eingesetzt, um Gummilager an Federn oder Stabilisatoren, die aus Kunststoff hergestellt sind, zu befestigen. Die UV-Photonen im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 280 nm sind aufgrund ihrer hohen Energie in der Lage, chemische Bindungen in dem molekularen Netzwerk eines Kunststoffpolymers aufzubrechen. Als Reaktionspartner dient hier der Haftvermittler, der auf die UV-Strahlung reagiert. Die offenen Bindungen werden aus daraus gebildeten Atomen und radikalen abgesättigt und es entstehen neue Verbindungen an der Kunststoffoberfläche. Als Folge einer UV-Behandlung erhalten die Oberflächen einen höheren polaren Charakter, was sich auf die Oberflächenenergie auswirkt. Es kommt zur Bildung von Hydroxyl-, Carbonyl- und/oder Carboxylgruppen, die die Grundlage eines Haftvermittlersystems bilden. Durch den Haftungsprozess wird keine große Wärme freigesetzt, wie es sonst bei chemischen Haftvermittlersystemen infolge einer thermischen Aktivierung typisch ist.
Es ist ebenfalls möglich, dass das Haftmittel ein Klebstoff ist. In diesem Fall ist das Haftmittel dann beispielsweise ein UV-härtendes Polymer, dass durch die Beaufschlagung mit ultraviolettem Licht durch das erste Bauteil hindurch ausgehärtet wird.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Haftmittel auf die erste Kontaktfläche aufgetragen, und auf die zweite Kontaktfläche wird ein weiteres Haftmittel aufgetragen. Es können so mehrere Haftmittel, beispielsweise auch ein Haftvermittler und ein Klebstoff, kombiniert werden. Entsprechend ist es möglich, dass das weitere Haftmittel ein Klebstoff ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste Bauteil und das zweite Bauteil während des Beaufschlagens des Haftmittels mit ultraviolettem Licht zusammengepresst. Es wird so eine besonders feste Verbindung erreicht.
Um eine effiziente Durchführung des Verfahrens zu ermöglichen, kann das erste Bauteil aus einem transluzenten Kunststoff bestehen. Insbesondere kann das erste Bauteil für das verwendete UV-Licht transparent sein. Dabei kann die spektrale Breite des Transparenzfensters relativ gering sein, solange das verwendete UV-Licht entsprechend angepasst ist. Eine spektrale Breite von beispielsweise 10 nm, 20 nm, 40 nm oder 80 nm des Transparenzfensters ist möglich.
Bevorzugt weist das erste Bauteil für die Wellenlänge des verwendeten UV-Lichts eine Transmission von zumindest 50 %, bevorzugt von zumindest 70 %, besonders bevorzugt von zumindest 85%, auf. Je größer die Transmission für das verwendete UV-Licht ist, umso effizienter erfolgt die Aktivierung des Haftmittels und umso geringer fallen möglicherweise unbeabsichtigt Nebeneffekte wie Materialerwärmung, Strukturveränderungen im Material durch das UV-Licht und Gefährdung sich in der Nähe befindender Personen aus.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1: den Schritt b) eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2: die Schritte c) und d) eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt den Schritt b) eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist ein erstes Bauteil in Form eines Kunststoffteils 2 dargestellt, das mit einem Gummilager 4 verbunden werden soll. Zu diesem Zweck wurde auf die untere Oberfläche 5 des Gummilagers 4 der Haftvermittler 6 aufgetragen. Das Gummilager 4 wird nun mit einer durch den Pfeil 8 angedeuteten Fügebewegung in Kontakt mit der Kontaktfläche 3 des Kunststoffteils 2 gebracht.
In 2 sind die Schritte c) und d) des bereits in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Eine Lichtquelle 12 emittiert ultraviolettes Licht 14 in Richtung des Kunststoffteils 2. Das ultraviolette Licht 14 tritt durch eine Seitenfläche 22 in das Kunststoffteil 2 ein und wird im Inneren des Kunststoffteils 2 durch Streuprozesse abgelenkt, so dass es die Richtung ändert und durch die Kontaktfläche 3 des Kunststoffteils 2 auf den Haftvermittler 6 trifft und diesen aktiviert.
Ein nicht gestreuter Anteil 18 des in das Kunststoffbauteil 2 eingekoppelten UV-Lichts 22 verlässt das Kunststoffbauteil 2 durch eine der Seitenfläche 22 gegenüber liegenden zweiten Seitenfläche 24. Der nicht gestreute Anteil 18 des UV-Lichts weist eine geringere Intensität auf als das eingekoppelte UV-Licht 14.
Im unteren Bereich der Figur ist eine weitere Lichtquelle 20 dargestellt, die in einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Die Lichtquelle 20 kann dabei UV-Licht aussenden, das dann durch eine der ersten Kontaktfläche 3 gegenüberliegenden Eintrittsfläche 26 in das Kunststoffbauteil 2 eintreten kann. Die Lichtquelle 20 ist entsprechend auf einer der ersten Kontaktfläche 3 gegenüberliegenden Seite des Kunststoffbauteils 2 angeordnet.
Bezugszeichenliste

2: Kunststoffteil
3: Kontaktfläche
4: Gummilager
5: Kontaktfläche
6: Haftvermittler
8: Fügebewegung
10: Anpressdruck
12: Lichtquelle
14: UV-Licht
16: gestreutes UV-Licht
18: austretendes UV-Licht
20: Lichtquelle
22: Seitenfläche
24: Seitenfläche
26: Austrittsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016010987 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (4), wobei das erste Bauteil (2) ein Kunststoffbauteil ist und eine erste Kontaktfläche (3) aufweist, und wobei das zweite Bauteil (4) eine zweite Kontaktfläche (5) aufweist, mit den Schritten: a. Aufbringen eines mittels ultravioletten Lichts (14, 16) aktivierbaren Haftmittels (6) auf die erste Kontaktfläche (3) und/oder auf die zweite Kontaktfläche (5), b. Herstellen eines Kontakts (8) zwischen der ersten Kontaktfläche (3) und der zweiten Kontaktfläche (5), c. Beaufschlagen des Haftmittels (6) mit ultraviolettem Licht (14, 16) derart, dass das Haftmittel (6) aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass d. das ultraviolette Licht (14, 16) das erste Bauteil (2) durchläuft, bevor es auf das Haftmittel (6) trifft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Kontaktfläche (3) gegenüber liegende Oberfläche des ersten Bauteils (2) mit dem ultravioletten Licht (14) beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ultraviolette Licht (14, 16) innerhalb des ersten Bauteils (2) seine Ausbreitungsrichtung ändert, bevor es auf das Haftmittel (6) trifft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (6) ein Haftvermittler ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (6) ein Klebstoff ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (6) auf die erste Kontaktfläche (3) aufgetragen wird, und dass auf die zweite Kontaktfläche (5) ein weiteres Haftmittel aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Haftmittel ein Klebstoff ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) und das zweite Bauteil (4) während des Beaufschlagens des Haftmittels mit ultraviolettem Licht (14, 16) zusammengepresst werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) aus einem transluzenten Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) für die Wellenlänge des verwendeten UV-Lichts (14, 16, 18) eine Transmission von zumindest 50 %, bevorzugt von 70 %, besonders bevorzugt von 85%, aufweist.