DE10303893A1 - Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile oder Fügeelemente durch Kleben - Google Patents

Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile oder Fügeelemente durch Kleben Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile oder Fügeelemente durch Kleben an wenigstens einem Klebe- oder Fügebereich unter Verwendung eines durch Erwärmen aushärtbaren Klebers, mit an einem Werkzeugbereich eines Werkzeugteils vorgesehenen Mitteln zum Erhitzen des Klebers sowie mit weiteren Mitteln zum Kühlen der Fügeelemente am Fügebereich mit einem beispielsweise gasförmigen Kühlmedium.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
  • Speziell auch im Automobilbau werden zunehmend Bauteile oder Fügeelemente beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie durch Kleben miteinander verbunden. Dies gilt insbesondere für solche Bauteile oder Fügeelemente, die aus Kunststoff gefertigt sind.
  • Bekannt ist es hierbei, den Klebe- oder Fügeprozeß durch Erhitzen des Klebstoffes und durch anschließendes Abkühlen des Klebers bzw. des von diesem gebildeten Klebe- oder Fügebereichs zu beschleunigen. Bei bekannten Vorrichtungen oder Anlagen erfolgt das Erhitzen durch Verwendung von Heißluft und das Abkühlen durch Verwendung von Kühlluft. Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtung ist, daß für ein wirksamen Erhitzen des verwendeten Klebers und zur Beschleunigung der Aushärtung dieses Klebers relativ große Mengen an heißer Luft erforderlich sind, und daß außerdem nicht nur das erwünschte Erhitzen des Klebers, sondern auch ein vielfach unerwünschtes Erhitzen der Bauteile oder Fügeelemente erfolgt. Dieses Erhitzen der Fügeelemente kann bei den Fügeelementen zu Verformungen, Veränderungen der Material- und/oder Oberflächenstruktur usw. führen. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei den Fügeelementen um solche aus einem thermoplastischen Kunststoff und/oder mit lackierter oder beschichteter Oberfläche handelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die diese Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
  • Bei der Erfindung erfolgt das Erhitzen des Klebers für ein beschleunigtes Aushärten durch Mikrowellenenergie. Als Kleber wird bevorzugt ein solcher verwendet, der eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzt, beispielsweise durch entsprechende Zusätze und der außerdem unter Einwirkung von Wärme beschleunigt aushärtet bzw. vernetzt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an dem Werkzeugbereich, d.h. dort, wo sich bei in die Vorrichtung eingelegten Fügeelementen der von dem Kleber gebildete Klebebereich befindet, mit Mitteln zum Ausbringen eines vorzugsweise gasförmigen Kühlmediums auf die Fügeelemente, d.h. beispielsweise Mittel oder Düsen zum Ausbringen von Druckluft versehen, so daß während des Erwärmens des Klebers durch die Mikrowellenenergie (durch Mikrowellen induzierte Erwärmung) zugleich eine Kühlung der Fügeelemente erfolgt, so daß die Erwärmung tatsächlich im wesentlichen auf den Kleber beschränkt ist.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Werkzeugteil eines zweiteiliges Preßwerkzeug der Erfindung;
  • 2 in vereinfachter schematischer Darstellung einen Schnitt durch das zweiteiliges Preßwerkzeug zum Herstellen einer Klebeverbindung;
  • 3 eine Darstellung ähnlich 2, jedoch bei einer weiteren, möglichen Ausführungsform der Erfindung.
  • Das in den 1 und 2 allgemein mit 1 bezeichnete Preßwerkzeug dient zum Verbinden zweier Bauteile oder Fügeteile 2 und 3 mittels eines Klebstoffes 4 entlang eines Klebebereichs, beispielsweise entlang einer geschlossenen Klebelinie. Der Klebstoff ist so ausgewählt, daß er durch Erhitzen aushärtet. Der Klebstoff ist hierfür beispielsweise ein unter Anwendung von Wärme aushärtender Einkomponenten- oder Zweikomponenten-Kunststoff-Kleber, der elektrisch leitend ist oder dem Partikel in Pulverform (beispielsweise Nano-Partikel) aus einem elektrisch leitenden Material und/oder einem anderen sich unter dem Einfluß einer Mikrowellenstrahlung erwärmenden Material beigemischt sind.
  • Das Werkzeug 1 besteht aus zwei Werkzeugteile 5 und 6, die zum Öffnen des Werkzeuges auseinander bewegt und zum Schließen des Werkzeuges 1 aufeinander zu bewegt werden können. Das obere Werkzeugteil 5 ist hierfür beispielsweise an einem auf- und abbewegbaren Werkzeugträger einer Presse befestigt und das Werkzeugteil 6 an einem ortsfesten Werkzeugträger dieser Presse. An ihren einander zugewandten Seiten 5.1 und 6.1 sind die beiden Werkzeugteile 5 und 6 jeweils mit einer nutenartigen Ausnehmung 7 bzw. 8 versehen, die jeweils zu der betreffenden Werkzeugseite 5.1 bzw. 6.1 hin offen sind und die sich entlang eines Werkzeugbereichs des Werkzeugs, d.h. bei in das Werkzeug eingelegten Fügeteilen 2 und 3 entlang des Klebe- bzw. Fügebereichs zwischen diesen Fügeteilen erstreckt. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der ein geschlossener Klebe- oder Fügebereich vorgesehen ist, sind die beiden Ausnehmungen 7 und 8 jeweils als in sich geschlossener Ring ausgeführt.
  • Das Erhitzen und damit das beschleunigte Aushärten des Klebstoffes 4 erfolgt unter Verwendung von Mikrowellenenergie. Hierfür ist in einer der Ausnehmungen, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform in der Ausnehmung 7 des oberen Werkzeugteils 5 ein zentraler elektrische Leiter 9 mit allseitigem Abstand von der Wandung 7.1 der Ausnehmung 7 angeordnet, und zwar unter Verwendung von nicht dargestellten Abstandhaltern aus einem für die Verwendung bei Mikrowellen geeigneten elektrisch isolierenden Material mit niedrigen dielektrischen Verlusten. Der Leiter 9 bzw. dessen Außenfläche sowie die diesen Leiter umgebende Fläche 7.1 der Ausnehmung 7, die (Fläche) ebenfalls elektrisch leitend ausgeführt ist, bilden eine geschlitzte Hochfrequenzwellenleitungsanordnung (offene Koaxialleitung), aus der die für das mikrowelleninduzierte Erwärmen des Klebstoffes dienende elektromagnetische Welle (Mikrowelle) austreten kann, wie dies in der 2 mit den Linie 10 angedeutet ist.
  • Der zentrale Leiter 9 ist somit Bestandteil einer Bandleitung, die entlang des Werkzeugbereichs und damit entlang des Klebebereichs die zur Erwärmung des Klebstoffs 4 benötigte Mikrowellenenergie abstrahlt. Der Leiter 9 ist hierfür mit einem Generator 11 zur Erzeugung des der Mikrowelle entsprechenden Hochfrequenzleistung, beispielsweise mit einem Magnetron verbunden.
  • Der zentrale Leiter 9 ist weiterhin von einem Kühlrohr 12 umgeben, welches aus einem für den Einsatz im Mikrowellenbereich geeigneten elektrisch isolierenden Material mit niedrigen dielektrischen Verlusten besteht und damit für die Mikrowelle durchlässig ist. Zwischen der Außenfläche des Leiters 9 und der Innenfläche des achsgleich mit diesem Leiter angeordneten Kühlrohres 12 ist ein Ringkanal 13 gebildet, der an eine Quelle 14 zur Erzeugung eines mit Druck beaufschlagten gasformigen Kühlmediums, z.B. Druck- oder Kühlluft angeschlossen.
  • In der Ausnehmung 8 ist ein dem Kühlrohr 12 entsprechendes Kühlrohr 15 angeordnet. Dieses ist ebenfalls an die Quelle 14 angeschlossen. Beide Kühlrohre 12 und 15 besitzen eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 16 für das Kühlmedium, die in Längsrichtung des jeweiligen Kühlrohres aufeinander folgend an demjenigen Bereich des Kühlrohr-Umfangs vorgesehen sind, der der offenen Seite der jeweiligen Ausnehmung 7 bzw. 8 zugewandt ist.
  • Zu Verbinden bzw. Fügen der beiden Fügeteile 2 und 3 werden diese mit dem entlang des Klebebereichs aufgebrachten Klebstoff 4 in das Werkzeug 1 bzw. in den Werkzeugraum oder -spalt zwischen den Werkzeugteilen 5 und 6 eingebracht, und zwar durch Auflegen der Fügeteile 2 und 3 auf die Oberseite 6.1 derart, daß der Auftrag des Klebers 4 und damit der Füge- oder Klebebereich entlang der offenen Seite der Ausnehmung 8 verlaufend vorgesehen ist. Im Anschluß daran wird das Werkzeug 1 geschlossen, so daß die Unterseite 5.1 des Werkzeugteils 5 gegen die dem Fügeteil 3 abgewandte Oberseite des Fügeteils 2 anliegt, und sich die offene Seit der Ausnehmung 7 ebenfalls entlang des Füge- oder Klebebereichs erstreckt. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen die Mittelachsen der beiden Ausnehmung 7 und 8 dann in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Seiten 5.1 und 6.1.
  • Spätestens mit dem Schließen des Werkzeugs 1 werden die Kühlröhre 12 und 15 mit dem Kühlmedium beaufschlagt, das dann entlang des Klebe- oder Fügebereichs aus den Öffnungen 16 auf die Fügeelemente 2 und 3 austritt. Durch in der 2 mit 17 angedeutete Öffnungen wird das Kühlmedium aus den Ausnehmungen 7 und 8 abgeführt.
  • Durch Einschalten des Generators 11 wird der Klebstoff 4 entlang des Füge- oder Klebebereichs mit der Mikrowellenenergie beaufschlagt, die nur oder zumindest aber im wesentlichen nur im Klebstoff 4 eine Erwärmung und hierdurch das Aushärten des Klebers bewirkt. Durch die ständige Kühlung der Fügeelement 2 und 3 ist eine thermische Belastung dieser Elemente wirksam vermieden. Um das mikrowelleninduzierte Erwärmen zu ermöglichen, besteht zumindest das der Ausnehmung 7 benachbarte obere Fügeelement 2 einem für die Mikrowelle durchlässigen Material.
  • Nach dem Abschalten des Generators 11 bzw. der Mikrowelle erfolgt durch das aus den Öffnungen weiterhin austretende Kühlmedium ein schnelles Abkühlen des Klebe- bzw. Fügebereichs, so daß sich für den Fügevorgang eine kurze Arbeits- oder Taktzeit ergibt.
  • Die 2 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform ein Werkzeug 1a, welches sich vom Werkzeug 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß die Ausnehmung 7 als Hohlleiter für die Ausbreitung der Mikrowelle bei geschlossenem Werkzeug 1a ausgebildet ist, also der Leiter 9 nicht vorhanden ist. Für die Erzeugung der Mikrowellenenergie ist der von der Ausnehmung 7 gebildete Hohlleiter wieder mit dem Generator 11 verbunden.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, in einer der Ausnehmungen 7 oder 8, beispielsweise in der Ausnehmung 7 des oberen Werkzeugteils 5 einen Hohlleiter für die Mikrowelle aus einem für derartige Hohlleiter geeigneten Material vorzusehen und diesen dann für den Austritt der Mikrowelle geschlitzten Hohlleiter zugleich auch als Kühlrohr für das Kühlmedium zu verwenden, welches aus dem geschlitzten Hohlleiter auf das jeweilige Fügeelement, beispielsweise das Fügeelement 2 ausgebracht wird.
    • 1, 1a
    Werkzeug
    2, 3
    Fügeelement
    4
    Klebstoff
    5, 6
    Werkzeugteil
    5.1, 6.1
    Fläche des Werkzeugteils
    7, 8
    Ausnehmung
    7.1
    Innenfläche der Ausnehmung 7
    9
    Hochfrequenzleiter
    10
    Linie
    11
    Hochfrequenzgenerator, beispielsweise Magnetron
    12
    Kühlrohr
    13
    Ringkanal
    14
    Quelle für gasförmiges Kühlmedium, beispielsweise
    Druckluftquelle
    15
    Kühlkanal
    16
    Austrittsöffnung für Kühlmedium
    17
    Öffnung zum Abführen des Kühlmediums

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum Verbinden zweier Bauteile oder Fügeelemente (2, 3) durch Kleben an wenigstens einem Klebe- oder Fügebereich unter Verwendung eines durch Erwärmen aushärtbaren Klebers (4), mit an einem Werkzeugbereich eines Werkzeugteils (5) vorgesehenen Mitteln zum Erhitzen des Klebers (4) sowie mit weiteren Mitteln zum Kühlen der Fügeelemente am Fügebereich mit einem beispielsweise gasförmigen Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erhitzen des Klebers (4) von wenigstens einem an dem Werkzeugbereich vorgesehenen Element (7, 9) zum Abstrahlen einer Mikrowellenleistung gebildet sind, und daß an dem Werkzeugbereich wenigstens ein Austritt (16) für das Kühlmedium vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Werkzeugteil (5) wenigstens eine Anlage (5.1) für ein Fügeelement (3) bildet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anlage (5.1) des wenigstens einen Werkzeugteils (5) eine sich entlang des Werkzeugbereichs erstreckende Ausnehmung oder Vertiefung (7) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vertiefung (7) das wenigstens eine Element (7, 9) zum Abstrahlen der Mikrowellenleistung vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Element (7, 9) zum Abstrahlen der Mikrowellenleistung von wenigstens einem sich entlang des Werkzeugsbereichs erstreckenden Mikrowellenleiter gebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Mikrowellenleiter ein solcher mit einem zentralen elektrischen Leiter (9) ist, welcher von einem äußeren, zum Werkzeugbereich hin offenen weiteren Leiter zumindest teilweise umgeben ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Leiter von der Wandung (7.1) der Ausnehmung (7) gebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Element zur Abstrahlung der Mikrowellenenergie von einem Hohlleiter mit wenigstens einer Öffnung oder einem Schlitz gebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem wenigstens einen Werkzeugteil (5) vorgesehene Ausnehmung (7) den Hohlleiter bildet oder in dieser Ausnehmung (7) der Hohlleiter angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem wenigstens einen Werkzeugteils zumindest ein Kühlrohr (12, 15) mit auf den Werkzeugbereich gerichteten Austrittsöffnungen (16) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (12, 15) aus einem elektrisch isolierenden und für die Verwendung bei Mikrowellen geeigneten Material besteht.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (12) den zentralen Leiter (9) des Wellenleiters mit Abstand umschließt, und daß der zwischen der Außenfläche des zentralen Leiters (9) und der Innenfläche des Kühlrohres (12) gebildete Ringkanal (13) einen Kanal für das Kühlmedium bildet.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Elementes zur Abstrahlung der Mikrowellenenergie als Hohlleiter dieser Hohlleiter wenigstens ein Kühlrohr (12) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (16) für das Kühlmedium aufweist und/oder bildet.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Werkzeugteile (5, 6), die zwischen sich einen Werkzeugspalt zur Aufnahme der Fügeelemente (2, 3) bilden, wobei an beiden Werkzeugteilen (5, 6) auf den Werkzeugspalt bzw. auf die Fügeelemente (2, 3) gerichtete Austrittsöffnungen (16) für das Kühlmedium vorgesehen sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem der beiden Werkzeugteile entlang des Werkzeugbereichs das wenigstens eine Element (7, 9) zur Abstrahlung der Mikrowellenleistung vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugteile (5, 6) Bestandteil einer Presse oder Werkzeugteile in einer solchen Presse sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013106881A1 (de) 2012-01-20 2013-07-25 Voestalpine Stahl Gmbh Vorrichtung und verfahren zum verbinden von blechteilen zu einem blechpaket
WO2014086574A1 (de) 2012-12-06 2014-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur optischen überprüfung einer klebestelle
EP3653365A1 (de) * 2018-11-19 2020-05-20 REHAU AG + Co Verfahren zum stoffschlüssigen verbinden eines kunststoff-bauteils mit einem weiteren bauteil

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