DE102020206266A1

DE102020206266A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben

Info

Publication number: DE102020206266A1
Application number: DE102020206266.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Harms; Daniel Keil; Paul Stefan Kreling
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben, wobei das Verfahren (100) ein Auftragen (101) eines Klebstoffes auf eine Fügefläche (16) eines ersten Fügepartners (15) zur Bildung einer Klebstoffschicht (17) umfasst, und wobei der Klebstoff mittels eines thermischen Spitzverfahrens (102) aufgetragen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fügen zweier Fügepartner durch Kleben.
Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich bekannt, beim Fügen von Bauteilen pastöse Klebstoffe zu verwenden, die vor einer kathodischen Tauchlackierung pastös bleiben. Allerdings treten häufig Verschiebungen bei der Handhabung der Fügepartner nach dem Fügen auf. Dies gilt insbesondere für das Schachteln bei Falzverbindungen. Das Fließverhalten des eingesetzten Klebstoffes ist hochkomplex und wird von zahlreichen Faktoren bestimmt, die unter Produktionsbedingungen nicht vollständig kontrolliert werden können. Als Ergebnis tritt ein negativer Qualitätseinfluss auf, beispielsweise in Form von Mäandern, einer ungleichmäßigen Flanschfüllung, eines Klebstoffaustritts, des Auftretens von Blasen in der Feinnahtabdichtung oder der Gefahr der Falzkorrosion.
Alternativ kann im Stand der Technik ein hochviskoser Klebstoff in Form eines Klebebandes verwendet werden. Der wesentliche Nachteil bei der Verwendung von Klebebändern besteht allerdings darin, dass diese für komplexe Strukturen nicht geeignet sind. Beispielsweise bilden sich in Radien Falten. Ferner kann die aufgetragene Klebstoffmenge in Breite und Dicke nicht über die Länge der zu fügenden Fügepartner variiert werden, sondern hat ein stets vorgegebenes Maß.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Klebstoff derart auf einen Fügepartner aufzutragen, dass die aufgetragene Klebstoffschicht eine hochviskose, in anderen Worten feste Schicht bildet, die sich in der weiteren Fertigung nicht verschieben kann.
Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben, das ein Auftragen eines Klebstoffes auf eine Fügefläche eines ersten Fügepartners zur Bildung einer Klebstoffschicht umfasst. Dabei wird der Klebstoff mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgetragen.
Bei den Fügepartnern handelt es sich insbesondere um Bauteile, insbesondere Bauteile eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Vor allem handelt es sich um Bauteile einer Karosserie des Fahrzeuges, beispielsweise handelt es sich bei einem der Bauteile um eine Klappe oder eine Tür.
Insbesondere handelt es sich bei dem thermischen Spritzverfahren um ein Kaltgasspritzverfahren. Unter dem Begriff „Kaltgasspritzverfahren“ ist ein Beschichtungsverfahren zu verstehen, bei dem der Klebstoff vorzugsweise in Pulverform oder als Granulat vorliegt. In anderen Worten wird der Klebstoff aus einer Vielzahl von Partikeln gebildet, die insbesondere eine Korngröße zwischen 20 µm und 750 µm, ferner bevorzugt zwischen 40 µm und 600 µm, zudem bevorzugt zwischen 30 µm und 500 µm, am meisten bevorzugt zwischen 20 µm und 200 µm, aufweisen. Insbesondere agglomeriert der Klebstoff bei Raumtemperatur nicht, sondern liegt, wie vorab beschrieben, in Pulverform oder als Granulat vor.
Insbesondere wird der Klebstoff mittels einer Vorrichtung aufgetragen und in Pulverform oder als Granulat der Vorrichtung zugeführt. Die Vorrichtung weist vor allem eine Düse, vor allem eine Lavaldüse, und ein Heizelement, auf. Ferner kann der Klebstoff in einem Vorratsbehälter der Vorrichtung vorliegen und dem Heizelement und der Düse mittels einer Zuführleitung zugeführt werden.
Mittels der Vorrichtung wird der Klebstoff mit sehr hoher Geschwindigkeit auf eine Fügefläche des ersten Fügepartners aufgebracht. Dazu wird das Trägergas im Heizelement aufgeheizt. Durch die daraus resultierende Expansion des Trägergases in der Düse kann es insbesondere auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Vor allem wird das Trägergas auf 350 m/s bis 1200 m/s beschleunigt. Dabei kann es sich bei der Vorrichtung um ein Niederdruck- oder Hochdrucksystem handeln. Es wird der Klebstoff, vor allem die Partikel des Klebstoffes, in das Trägergas, bevorzugterweise in einen erzeugten Gasstrom des Trägergases, injiziert. Vorzugsweise wird der Klebstoff durch den Gasstrom angesaugt. Er wird demnach nicht bewusst eingebracht, sondern derart bereitgestellt, das ein Sog in den Gasstrom diesen erfassen kann.
Das Trägergas und der Klebstoff treten gemeinsam mit Überschall, insbesondere mit mehr als 400 m/s, vor allem mit mehr als 500 m/s, am meisten bevorzugt mit bis zu 600 m/s, aus der Düse aus, um auf die Fügefläche des ersten Fügepartners zu treffen, wobei der Klebstoff, vor allem durch die kinetische Energie, beim Auftreffen auf die Fügefläche in einen leicht flüssigen Zustand übergeht. Im Anschluss geht der Klebstoff nach dem Auftreffen auf die Fügefläche in einen viskosen, insbesondere hochviskosen, in anderen Worten festen, Zustand über und bildet die Klebeschicht aus.
Insbesondere wird kein Flammspritzen eingesetzt. In anderen Worten wird keine offene Flamme verwendet, die das Pulver im Verarbeitungsprozess schädigen kann. Das Pulver oder das Granulat des Klebstoffes wird nicht durch die thermische Energie einer offenen Flamme erwärmt.
Dadurch, dass die injizierten Klebstoffpartikel auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden, dass sie beim Aufprall leicht schmelzen, können diese - im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren - auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf die Fügefläche eine dichte und festhaftende Klebstoffschicht bilden. Die Anhaftung des Klebstoffes auf dem ersten Fügepartner wird also nicht dadurch erreicht, dass die einzelnen Klebstoffpartikel an der Oberfläche aufschmelzen, sondern insbesondere durch die kinetische Energie beim Auftreffen auf die Fügefläche.
Ein wesentlicher Vorteil des Kaltgasspritzverfahrens ist, wie bereits oben angedeutet, dass keine offene Flamme verwendet wird. Eine Verwendung einer offenen Flamme führt dazu, dass sehr große Abstände zum Fügepartner einzuhalten sind. Wird der Mindestabstand unterschritten, besteht die Gefahr, dass bereits aufgetragene Schichten abgebrannt werden. Durch die hohen Abstände des Auftrages, in anderen Worten der Düse und des ersten Fügepartners, ist bei der Verwendung einer offenen Flamme ein präziser Auftrag kaum möglich. Auch ist der Fügepartner vorzuwärmen, um eine gewünschte Anhaftung zu erreichen. Auch kann das Pulver oder das Granulat des Klebstoffes im Verarbeitungsprozess durch die offene Flamme geschädigt werden.
Im Gegensatz dazu kann der Klebstoff vorliegend sehr präzise appliziert werden, da die Düse sehr bauteilnah verfahren werden kann. Insbesondere wird beim Auftragen des Klebstoffes auf die Fügefläche des ersten Fügepartners ein Abstand zwischen 3 mm und 100 mm zwischen Düse und Fügefläche verwendet. Auch kann der Klebstoff sehr individuell aufgetragen werden, beispielsweise in Dicke und/oder Breite veränderbar. In anderen Worten kann der Klebstoff beispielsweise hinsichtlich dessen Dicke entlang der Breite und/oder Länge der Fügefläche frei variiert werden. Beispielsweise kann der Klebstoff in mehreren Schichten aufgetragen werden oder in einer dicken Schicht. Auch eine Anpassung an die jeweilige Geometrie der zu fügenden Fügepartner beziehungsweise des ersten Fügepartners stellt kein Problem dar.
Ein weiterer Vorteil ist die geringe thermische Belastung des Klebstoffes während des Auftragens durch Nutzung der thermischen Energie aus dem Heizelement und der kinetischen Energie beim Aufprall auf die Fügefläche. So kann eine Schädigung des Klebstoffes verhindert werden. Das vorliegende Verfahren umfasst ferner keine Vorwärmung eines Fügepartners.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Klebstoff schnell gewechselt werden kann. Da der Klebstoff in Pulver- oder Granulatform durch den Gasstrom angesaugt werden kann, kann auf einfache Weise über Ventile zwischen unterschiedlichen Klebstoffen umgeschaltet werden bzw. durch eine entsprechende Ventilsteuerung Klebstoffe gemischt werden.
Das Trägergas wird im Heizelement vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 120 °C, ferner bevorzugt zwischen 50 °C und 110 °C, am meisten bevorzugt zwischen 60 °C und 100 °C, geheizt.
Die auf der Fügefläche des ersten Fügepartners gebildete Klebstoffschicht verschiebt sich während der Fertigung nicht, sodass die oben genannten Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten. Auch kann dadurch das Aufbringen mehrerer Klebstoffaufträge zum Bilden einer dickeren oder lokal dickeren Klebstoffschicht ermöglicht werden. Es kann somit eine individuell definierte, über die Länge und/oder Breite der Fügefläche variierende Klebstoffschichtdicke erreicht werden.
Als Klebstoff wird vor allem ein nachvernetzender Schmelzklebstoff verwendet, der vorzusweise mindestens eine polyamide oder polyolephine Komponente und/oder eine Epoxid-, vor allem Epoxid-Hybrid-, Komponente aufweist. Der Klebstoff schmilz beim Auftreffen auf die Fügefläche über z.B. eine polyamide oder polyolephine Komponente auf und erzielt nachfolgend über die Epoxidkomponente eine chemische Vernetzungsreaktion.
Das Verfahren umfasst insbesondere ein zueinander Positionieren und Annähern des zweiten Fügepartners, und zwar derart, dass eine Fügefläche des zweiten Fügepartners in Kontakt mit der Klebstoffschicht auf der Fügefläche des ersten Fügepartners tritt, sodass die Klebstoffschicht den ersten Fügepartner mit dem zweiten Fügepartner fügt, in anderen Worten verbindet. Insbesondere geschieht dies unter ausgeübter Fügedruckeinwirkung.
Ferner bevorzugt umfasst das Verfahren eine kathodische Tauchlackierung der gefügten Fügepartner, wobei das Verfahren ein Trocknen von mittels der kathodischen Tauchlackierung aufgebrachten Lacks bei einer Temperatur zwischen 140 °C und 240 °C, ferner bevorzugt zwischen 150 °C und 230 °C, am meisten bevorzugt zwischen 160 °C und 220 °C, umfasst. Das Trocknen des Lacks härtet gleichzeitig den Klebstoff der Klebstoffschicht aus. Unter einer Aushärtung des Klebstoffs ist insbesondere zu verstehen, dass der Klebstoff zu einem Duroplasten oder Elastomer übergeht. Dieser Übergang ist irreversibel, während der vorherige Übergang nach dem Auftreffen auf die Fügefläche in einen viskosen Zustand vor allem reversibel ist.
Insbesondere wird nach dem Auftrag des Klebstoffes und vor dem Trocknen des Lacks der kathodischen Tauchlackierung im Rahmen des Verfahrens keine Temperatur aufgebracht, die höher als 100 °C, insbesondere höher als 120 °C, am meisten bevorzugt höher als 140 °C, ist, sodass eine signifikante Vorvernetzung des Klebstoffes verhindert wird und der Klebstoff erst beim Trocknen des Lacks ausgehärtet wird.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Vorrichtung zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben, die zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Düse und ein Heizelement. Ferner kann die Vorrichtung einen Vorratsbehälter für den Klebstoff und eine Zuführleitung für den Klebstoff umfassen. Zudem kann die Vorrichtung einen Vorratsbehälter für das Trägergas und eine Zuführleitung für das Trägergas umfassen.
Es zeigen in rein schematischer Darstellung:

1 ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

1 zeigt ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben. Das Verfahren 100 umfasst das Auftragen 101 eines Klebstoffes auf eine Fügefläche 16 eines ersten Fügepartners 15 zur Bildung einer Klebstoffschicht 17.
Das Auftragen 101 umfasst ein thermisches Spritzverfahren 102, und zwar ein Kaltgasspritzverfahren 103. Das Kaltgasspritzverfahren 103 umfasst das Zuführen 104 des Klebstoffs in Pulverform oder als Granulat sowie von Trägergas zu einer Vorrichtung 10, die eine Düse 11 und ein Heizelement 12 umfasst. Das Trägergas wird in dem Heizelement 12 der Vorrichtung 10 erhitzt. Dabei expandiert das Trägergas und wird somit bei Austritt aus der Düse 11 beschleunigt. Kurz vor Austritt wird in das Trägergas der Klebstoff injiziert 106. Das Trägergas tritt zusammen mit dem Klebstoff mit Überschall aus der Düse 11 aus 107 und trifft 108 auf die Fügefläche 16. Beim Auftreffen geht der Klebstoff in einen leicht flüssigen Zustand über und bleibt daher auf der Fügefläche haften. Nach dem Auftreffen geht der Klebstoff in einen viskosen Zustand über 110 und bildet eine Klebstoffschicht 17, die sich im weiteren Verfahren nicht verschiebt.
Es erfolgt ein zueinander Positionieren und Annähern des zweiten Fügepartners 111, und zwar derart, dass eine Fügefläche des zweiten Fügepartners mit der Klebstoffschicht 17 auf der Fügefläche 16 des ersten Fügepartners 15 in Kontakt tritt 112. Auf diese Weise wird der erste Fügepartner 15 mit dem zweiten Fügepartner gefügt 113.
Es erfolgt eine kathodische Tauchlackierung 114 des gefügten ersten und zweiten Fügepartners, wobei diese ein Trocknen 115 von aufgebrachtem Lack bei einer Temperatur zwischen 140 °C und 240 °C umfasst. Dabei wird gleichzeitig die Klebstoffschicht 17 ausgehärtet 116.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfassend eine Düse 11, in die ein Heizelement 12 integriert ist. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Vorratsbehälter 13 für den Klebstoff in Pulver- oder Granulatform. Der Klebstoff wird von dem Vorratsbehälter 13 mittels einer Zuführleitung 14 der Düse 11 zugeführt. Das Heizelement 12 erhitzt Trägergas, das ebenfalls der Vorrichtung 10 zugeführt wird. In 2 ist ferner ein erster Fügepartner 15 mit einer Fügefläche 16 zu sehen, auf die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 eine Klebstoffschicht 17 aufgebracht ist.
Bezugszeichenliste

100: Verfahren zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben
101: Auftragen eines Klebstoffes auf eine Fügefläche eines ersten Fügepartners zur Bildung einer Klebstoffschicht
102: thermisches Spitzverfahren
103: Kaltgasspritzverfahren
104: Zuführen des Klebstoffs in Pulverform oder als Granulat sowie von Trägergas zu einer Vorrichtung
105: Erhitzen des Trägergases in einem Heizelement der Vorrichtung
106: Injizieren des Klebstoffs in das Trägergas
107: Austritt des Trägergases zusammen mit dem Klebstoff mit Überschall aus der Düse
108: Auftreffen auf die Fügefläche
109: Übergang des Klebstoffes in einen leicht flüssigen Zustand beim Auftreffen
110: Übergang des Klebstoffes in einen viskosen Zustand nach dem Auftreffen
111: Zueinander Positionieren und Annähern des zweiten Fügepartners
112: In Kontakttreten einer Fügefläche des zweiten Fügepartners mit der Klebstoffschicht auf der Fügefläche der ersten Fügepartners
113: Fügen des ersten Fügepartners mit dem zweiten Fügepartner
114: kathodische Tauchlackierung des gefügten ersten und zweiten Fügepartners
115: Trocknen von mittels der kathodischen Tauchlackierung aufgebrachten Lack bei einer Temperatur zwischen 140 °C und 240 °C
116: Aushärten der Klebstoffschicht
10: Vorrichtung
11: Düse
12: Heizelement
13: Vorratsbehälter des Klebstoffes
14: Zuführleitung
15: erster Fügepartner
16: Fügefläche
17: Klebstoffschicht

Claims

Verfahren (100) zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben, wobei das Verfahren (100) ein Auftragen (101) eines Klebstoffes auf eine Fügefläche (16) eines ersten Fügepartners (15) zur Bildung einer Klebstoffschicht (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff mittels eines thermischen Spitzverfahrens (102) aufgetragen wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem thermischen Spritzverfahren (102) um ein Kaltgasspritzverfahren (103) handelt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der Klebstoff mittels einer Vorrichtung (10) aufgetragen wird, wobei der Klebstoff in Pulverform oder als Granulat der Vorrichtung (10) vorliegt.
Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Düse (11) und ein Heizelement (13) umfasst, wobei das Trägergas in dem Heizelement (13) erhitzt wird (105), und wobei der Klebstoff in das Trägergas injiziert wird (106).
Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas im Heizelement (13) auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 120 °C erhitzt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas und der Klebstoff mit Überschall aus der Düse (11) austreten (107), um auf die Fügefläche (16) des ersten Fügepartners (15) zu treffen (108), wobei der Klebstoff beim Auftreffen auf die Fügefläche in einen leicht flüssigen Zustand übergeht (109), und wobei der Klebstoff nach dem Auftreffen auf die Fügefläche (16) in einen viskosen Zustand übergeht (110) und die Klebstoffschicht (17) ausbildet.
Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) ein Zueinander Positionieren und Annähern (111) des zweiten Fügepartners umfasst, und zwar derart, dass eine Fügefläche des zweiten Fügepartners in Kontakt mit der Klebstoffschicht (17) auf der Fügefläche (16) der ersten Fügepartners (15) tritt (112), sodass die Klebstoffschicht (17) den ersten Fügepartner (16) mit dem zweiten Fügepartner fügt (113).
Verfahren (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) eine kathodische Tauchlackierung (114) der gefügten Fügepartner umfasst, wobei das Verfahren (100) ein Trocknen (115) von mittels der kathodischen Tauchlackierung aufgebrachten Lacks bei einer Temperatur zwischen 140 °C und 240 °C umfasst, und wobei das Trocknen (115) des Lacks gleichzeitig den Klebstoff der Klebstoffschicht (17) aushärtet (116).
Vorrichtung (10) zum Fügen zweier Fügepartner mittels Kleben, wobei die Vorrichtung (10) eine Düse (11) und ein Heizelement (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.