DE10322055A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Formteilen mit wenigstens einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Formteilen mit wenigstens einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff Download PDF

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Abstract

Mit einem Verfahren einer Vorrichtung zum Verbinden von Formteilen, von denen wenigstens eines aus nicht metallischem Material besteht, mit wenigstens einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff, wobei die Formteile jeweils wenigstens bereichsweise in eine Metallform, von denen wenigstens eine entlang der Klebstoffnaht mit einer Nut versehen ist, eingelegt werden und die Klebstoffnaht aufgebracht wird, anschließend die Metallformen und die Formteile zusammengedrückt werden und die Klebstoffnaht erwärmt wird, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der die notwendige Wärmebeaufschlagung der Klebstoffnaht zwischen zwei zwischen zwei Metallformen angeordneten Formteilen innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden kann, um den Verfahrensablauf zu beschleunigen. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, dass in die Nut der einen Metallform eine Mikrowellenleitung eingelegt wird und nach dem Zusammendrücken der Metallformen und der Formteile über die Mikrowellenleitung Mikrowellen in die Nut zur Erwärmung der Mikrowellen absorbierenden Klebstoffnaht eingeleitet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Formteilen, von denen wenigstens eines aus nicht metallischem Material besteht, mit wenigstens einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff, wobei die Formteile jeweils wenigstens bereichsweise in eine Metallform, von denen wenigstens eine entlang der Klebstoffnaht mit einer Nut versehen ist, eingelegt werden und die Klebstoffnaht aufgebracht wird, anschließend die Metallformen und die Formteile zusammengedrückt werden und die Klebstoffnaht erwärmt wird.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Verbinden von Formteilen mit einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff, wobei wenigstens ein Formteil aus nicht metallischem Material besteht, mit zwei Metallformen, in welche das jeweilige Formteil wenigstens bereichsweise einlegbar ist, wobei wenigstens eine Metallform entlang der Klebstoffnaht mit einer Nut versehen ist.
  • Es ist bekannt, beispielsweise im Automobil- oder Flugzeugbau, Bauteile zu schaffen, die aus wenigstens zwei Formteilen bestehen, welche miteinander verklebt werden. Um möglichst präzisionsgenaue Bauteile zu erhalten, werden dazu Metallpressformen verwandt, in deren Pressformteile die zu verbindenden Formteile eingelegt werden, wobei zuvor die zu verbindenden Formteile mit einer Klebstoffnaht versehen werden, die so angeordnet ist, dass sie innerhalb der Metallpressform parallel zu in der Regel beidseits der Formteile in den Pressformteilen ausgebildeten Nuten, vorzugsweise Fräsnuten, angeordnet ist. Dabei werden Klebstoffnähte eingesetzt, die aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff, beispielsweise Polyurethankleber, bestehen. Nach dem Einlegen der Formteile in die Pressform wird die Pressform geschlossen, die Teile werden zusammengepresst und die Klebstoffnaht wird erwärmt, damit der Klebstoff aushärten bzw. auspolymerisieren kann. Die notwendige Wärme kann beispielsweise durch die Nuten durch heiße Fluide, z.B. heiße Luft, eingebracht werden. In erster Linie dienen diese Nuten jedoch zur Zu- und Abfuhr von Kühlmitteln, Luft, Wasser, Hydraulikölen und Abgasen. Das Einbringen erhitzter Fluide ist aufwendig und die dadurch erzielbare Erwärmung der Klebstoffschicht erfolgt sehr langsam, da die Wärme durch die zu fügenden Formteile hindurch in die Klebenaht gebracht werden muss, d.h. die Wärmeenergie gelangt ausschließlich durch Wärmeleitung an den Bestimmungsort. Da jedoch Kunststoffteile mit niedriger Wärmeleitfähigkeit die heute noch üblichen Metallbleche mit hoher Wärmeleitfähigkeit zunehmend ersetzen, muss für die Ausführung einer solchen Klebung entsprechend viel Zeit aufgewendet werden, was zu entsprechend langen Taktzeiten im Automobilbau führt. Von weiterem Nachteil bei dieser Art der Erwärmung ist, dass für die Metallpressform sehr massive Aluminiumgussteile erforderlich sind, um trotz der zyklischen Erwärmung und Abkühlung der Klebeanlage die geforderten engen Maßtoleranzen der Formteile einzuhalten. Außerdem ist eine Umrüstung einer solchen Anlage für einen Modellwechsel teuer und zeitaufwendig oder ggf. auch gar nicht möglich.
  • Grundsätzlich ist es bekannt, zur Erwärmung von beispielsweise Polymeren, Mikrowellen einzusetzen (z.B. WO 01/30118 A1 oder WO 01/28771 A1). Auch zur Erwärmung von Klebstoffen werden Mikrowellen eingesetzt ( DE 100 40 325 A1 ), ggf. sind die Klebstoffe dabei mit ferromagnetischen ( DE 100 37 883 A1 ) oder magnetischen Nano-Partikeln ( DE 199 54 960 A1 ) versehen. Dabei kann je nach Beschaffenheit der Klebstoffe zusätzlich auch die Beaufschlagung durch ein magnetisches Gleichfeld vorgesehen sein. Diese bekannten Mikrowellenverklebungsverfahren sind jedoch bei gattungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von Formteilen zwischen Metallformen nicht geeignet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lösung zu schaffen, mit der die notwendige Wärmebeaufschlagung der Klebstoffnaht zwischen zwei zwischen zwei Metallformen angeordneten Formteilen innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden kann, um den Verfahrensablauf zu beschleunigen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in die Nut der einen Metallform eine Mikrowellenleitung eingelegt wird und nach dem Zusammendrücken der Metallformen und der Formteile über die Mikrowellenleitung Mikrowellen in die Nut zur Erwärmung der Mikrowellen absorbierenden Klebstoffnaht eingeleitet werden.
  • Mit diesem Verfahren ist es möglich, in sehr kurzer Zeit die Klebstoffnaht zwischen Formteilen, die während der Verklebung vollständig oder zum großen Teil durch zwei Metallformen, beispielsweise zwei Pressformteilen einer Metallpressform, eingeschlossen sind, zu erwärmen, um die Aushärtung des Klebstoffes in kurzer Zeit zu ermöglichen, so dass die Taktzeiten deutlich verringert werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Mikrowellenleitung in die Nut der einen Metallform integriert wird, so dass also die Mikrowellen ungehindert durch die äußere Abschirmung durch die Metallformen quasi von innen an die Klebstoffnaht abstrahlen können. Da weder die Formteile selbst noch die Metallformen erwärmt werden müssen, können die Metallformen gegenüber aus massiven Aluminiumgussteilen bestehenden Pressformteilen von Metallpressformen in wesentlich leichterer Bauweise konstruiert sein. Es treten keine oder nur noch geringe mechanische Verformungen bei der Klebstoffaushärtung auf. Dadurch bietet das Verfahren die Möglichkeit, Metallpressformen in einfacherer Bauweise zu verwenden oder auf solche ganz zu verzichten und zwei voneinander getrennte, mit Hilfe von Handhabungsgeräten oder dgl. zusammenführbare Metallformen zu verwenden.
  • Nach einer ersten bevorzugten Gestaltung ist vorgesehen, dass als Mikrowellenleitung ein Hohlleiter verwendet wird. Da die Nut in der wenigstens einen Metallform gegenüber herkömmlichen Metallpressformen größer dimensioniert werden kann, steht mehr Raum für die Mikrowellenzuleitungen zur Verfügung, so dass auch gängige Hohlleiter als Mikrowellenleitung eingesetzt werden können.
  • Diese vorgenannte Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn in ganz bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen ist, dass die Formteile von der jeweiligen an einem Handhabungsgerät angeordneten Metallform gegriffen, wenigstens ein Formteil an einer Klebstoffabgabe entlanggeführt und anschließend die beiden Metallformen mit den Formteilen zusammengedrückt werden. Das Verfahren läßt sich dann ohne eine Metallpressform durchführen, es können vielmehr zwei Metallformen verwendet werden, die nach Art einer Formvorlage ausgebildet sind, bei denen in einem Block aus beispielsweise Leichtbaumaterial (Aluminiumwabenstrukturen, Aluminiumschaum und Kunststoff-Hartschaum) die eine Oberseite so gestaltet ist, dass sie eines der beiden Formteile auf der der Klebenaht gegenüberliegenden Seite formschlüssig aufnehmen können. Dabei werden entlang der späteren Klebstoffnaht zusätzliche Kanäle ausgefräst, welche die Mikrowellenleitung (Hohlleiter oder Koaxialleiter) aufnehmen können. Beim Verkleben der Formteile können dann beispielsweise herkömmliche Industrieroboter eingesetzt werden, die an ihren Armen die beiden Metallformen tragen und mit diesen Werkzeugen die beiden zu fügenden Formteile aufnehmen. Eines der beiden Formteile, z.B. die Innenschale einer Kraftfahrzeugtür, wird entlang der späteren Klebenaht an einer stationär montierten Dosierdüse eines Klebstoffspenders entlanggeführt. Die Dosierdüse spritzt beispielsweise eine Klebstoffraupe auf die spätere Klebenaht. Anschließend setzen die Roboter mit den beiden Metallformen die beiden Formteile (z.B. Innenschale und Außenschale der Tür) zusammen und die Mikrowellenenergiequelle wird eingeschaltet. Darauf beginnt sich der Klebstoff zu erwärmen und härtet aus. Nach Ablauf der Aushärtezeit wird das Mikrowellengerät abgeschaltet. Ein Roboterarm bzw. die daran befestigte Metallform, koppelt sich von den verbundenen Formteilen ab. Der andere Roboterarm legt dann das fertige Teil ab. Ein nächster Klebezyklus kann beginnen. Sollen abwechselnd verschiedene Formteile verklebt werden, dann kann der jeweilige Roboter die Metallformen ablegen und anders gestaltete Metallformen aufnehmen. Dieser einfache Verfahrensablauf ist ersichtlich bei Metallpressformen nicht möglich.
  • Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass als Mikrowellenleitung ein Koaxialleiter verwendet wird, der von einem draht- oder rohrförmigen isolierten Innenleiter, der in die Nut eingelegt wird, und dem Nutrandbereich der Metallform gebildet wird. Diese Ausgestaltung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich geeignet zur Durchführung des Verfahrens in einer Metallpressform. Dabei dient der Nutrandbereich als Außenleitung der Mikrowellenleitung, indem in die Nut selbst ein iso lierter Draht oder rohrförmiger Innenleiter eingelegt wird, der, wie der Nutrandbereich, mit der Mikrowellenenergiequelle verbunden wird. Metallpressformen zum Fixieren von Kunststoff- oder Metallblechteilen sind in der Regel aus Aluminiumdruckguss gefertigt und besitzen entlang der gesamten Klebenaht eine gefräste Nut, die wenige cm tief und breit ist (z.B. 3 cm tief und 2 cm breit). In diese Nut wird ein isolierter Metalldraht oder ein isoliertes Metallrohr eingelegt, das nach dem Prinzip eines Koaxialleiters Mikrowellen durch die Fräsnut führen kann. Diese Verfahrensgestaltung kann immer dann angewendet werden, wenn wenigstens einer der beiden zu fügenden Formteile nicht aus Metallblech besteht. Der zweite Teil des Koaxialleiters, nämlich der Außenleiter, wird vom Nutrandbereich gebildet. Die Nut selber ist durch den Innenleiter nicht völlig ausgefüllt, so dass sie zusätzlich zur Zufuhr von Fluiden geeignet ist, beispielsweise zur Zu- und Abfuhr von Kühlmitteln oder dgl.
  • Wenn ein Formteil Metall enthält, kann es zusätzlich als Außenleiter des Koaxialleiters verwendet werden, wobei dieses Formteil dann gegenüber dem anderen aus nicht metallischem Material bestehenden Formteil (vorzugsweise aus Kunststoff) auf der den Innenleiter aufnehmenden Nut abgewandten Seite zwischen den Metallformen angeordnet wird. Das Verfahren ist also auch dann geeignet, wenn nicht beide zu fügenden Formteile aus nicht metallischem Material bestehen. Voraussetzung ist allerdings, dass wenigstens ein Formteil aus einem nicht metalli schen Material besteht.
  • Da die Nut nicht völlig mit dem Innenleiter ausgefüllt ist, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass durch den rohrförmigen Innenleiter, d.h. wenn dieser rohrförmig gestaltet ist, und/oder die Nut ein Fluid eingeleitet wird, beispielsweise zu Kühlzwecken. Ein eingeleitetes Gas kann gleichzeitig als Isolationsmedium dienen. An Endstelhen, an welchen Gas bzw. Flüssigkeiten in die Nut eingeleitet werden, müssen zusätzliche Isolationsmaßnahmen vorgesehen werden, die verhindern, dass Mikrowellenenergie nach außen austreten kann.
  • Wenn sehr lange Fräsnuten oder sehr große Mikrowellenleistungen eingesetzt werden sollen, ist bevorzugt vorgesehen, dass über der Länge der Nut mehrere Mikrowellenleiterabschnitte eingelegt werden, die getrennt mit Mikrowellenenergie versorgt werden.
  • Das Verfahren kann auch dann verwendet werden, wenn, wie beispielsweise in DE 100 37 883 A1 beschrieben, resonanzoptimierte Ferrite oder, wie in DE 199 54 960 A1 beschrieben, mikro- und nanoskalige Ferritpulver als Mikrowellenabsorber in den Klebstoff oder die Fügeteile eingearbeitet sind. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass zusätzlich an die Klebstoffnaht während des Pressvorganges ein Gleichstromfeld angelegt wird. Hierzu können bevorzugt in die nicht den Innenleiter aufnehmende Nut Permanentmagneten eingelegt werden, deren Magnetfeld durch das der Mikrowellenleitung abgewandte Formteil (z.B. ein Blech von 0,25 bis 2 mm Stärke) in den mit Nano-Ferriten gemischten Klebstoff eindringt. Während die magnetischen Feldlinien des Permanentmagneten in Bezug auf den Mikrowelleninnenleiter der Koaxialstruktur in vorwiegend radiale Richtung weisen, umschließen die magnetischen Feldlinien des Mikrowellenfeldes den Innenleiter und verlaufen somit zirkular, d.h. senkrecht zum Gleichstromfeld. Dies entspricht genau den in DE 100 37 883 A1 spezifizierten Anforderungen an die Mikrowellenpolarisation, wonach der Winkel zwischen beiden Feldern, vorzugsweise zwischen 45° und 145° liegen sollen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Mikrowellen absorbierende Klebstoffnaht mikrowellenabsorbierende Füllstoffe, insbesondere Ruß, Ferrite, Metallpartikel, Metallgitter und/oder dielektrisch absorbierende Salze, vorzugsweise Bariumtitanat, enthält. Wenn Ferrite als Füllstoffe verwendet werden, liegt deren Gewichtsanteil am Klebstoff bevorzugt zwischen 0,5 und 3,0 Gew.%. Als Ferrite kommen bevorzugt folgende in Betracht:
    Mea 1-x-yMeb x Fe2O4 mit 0,05 <= x <= 0,95; 0 <= y <= 0,95; wobei stets x+y <= 1 ist und die Zusatzmetalle jeweils eines aus den folgenden Gruppen sind:
    Mea: Mn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu,
    Meb: Zn, Cd.
  • Die weiter oben angegebene Aufgabenstellung wird auch mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass in der Nut der einen Metallform eine Mikrowellenleitung angeordnet ist, welche mit einer Mikrowellenenergiequelle verbunden ist.
  • Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Mikrowellenleitung als Hohlleiter ausgebildet ist. Diese Variante ist bevorzugt dann vorgesehen, wenn die Metallformen nicht Bestandteil einer Metallpressform sind, was grundsätzlich aber auch möglich ist, sondern wenn die Metallformen als eine Art Formvorlage ausgebildet sind, welche z.B. aus einem Block aus Leichtbaumaterial (Aluminiumwagenstrukturen, Aluminiumschaum, Kunststoff-Hartschaum) bestehen, dessen Oberseite so gestaltet ist, dass sie eine der beiden zu fügenden Formteile auf der der Klebefuge gegenüberliegenden Seite formschlüssig aufnehmen können. Dabei ist in einer Metallform eine entsprechend dimensionierte Nut ausgespart, in die die Mikrowellenleitung eingesetzt ist.
  • Ganz besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Metallformen jeweils an einem Handhabungsgerät angeordnet sind. Dazu weisen die Metallformen rückseitig beispielsweise eine Kupplung auf, mit der sie an einem Roboterarm angekuppelt werden können. In den Metallformen können zusätzlich Kanäle und Bohrungen für die Aufnahme eines Permanent- oder Elektromagneten eingefräst sein, welche ein statisches Magnetfeld in der Klebenaht erzeugen. Ferner können Bohrungen für die Aufnahme zusätzlicher Halteelemente, z.B. Saugnäpfe oder mechanische Greifzangen, angebracht sein, die das jeweilige Formteil in der Formvorlage (Metallform) fixieren. Die Oberfläche der Metallformen sowie die Innenseiten der eingefrästen Kanäle werden vorzugsweise mikrowellendicht mit Metallblech oder -folie überzogen und mit Zuleitungen für die Mikrowellenenergie ausgestattet. Für das zweite zu fügende Formteil wird grundsätzlich eine entsprechend gestaltete Metallform bzw. Formvorlage verwendet, wobei jedoch auf die Mikrowellenbestandteile verzichtet werden kann.
  • Anstelle einer als Hohlleiter ausgebildeten Mikrowellenleitung kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Mikrowellenleitung als Koaxialleitung ausgebildet ist, welche von einem draht- oder rohrförmigen isolierten Innenleiter innerhalb der Nut und dem Nutrandbereich gebildet ist, welcher als Außenleiter mit der Mikrowellenenergiequelle verbunden ist. Ein solcher Koaxialleiter eignet sich auch bei vorbeschriebenen Metallformen. Besonders geeignet ist er aber beim Einsatz in einer Metallpressform herkömmlicher Bauart, in den Hohlleiter nicht eingesetzt werden können, da Hohlleiter einen Mindestquerschnitt aufweisen, der praktisch nicht zu unterscheiden und in jede Richtung etwa gleich der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung ist. Bei Verwendung von z.B. 2,45-ghz-Strahlung, entsprechend einer Wellenlänge von 12,2 cm, muss der Hohlleiter somit einen Querschnitt von 6 × 6 cm2 besitzen. Das theoretisch günstigste Innenmaß liegt bei 7 × 3 cm2 Quer schnittsfläche. In der Praxis stehen jedoch oft nur Querschnitte von 2 × 3 cm2 zur Verfügung, so dass die Hohlleitertechnik in solchen Bereichen nicht anwendbar ist. Dies ist jedoch mit der vorbeschriebenen Koaxialleiterausbildung möglich. Diese Art der Vorrichtung kann einfach in bestehende Anlagen integriert oder auch nachgerüstet werden. Eine Neuanfertigung der Pressform ist in der Regel nicht notwendig.
  • Dabei kann zusätzlich die Mikrowellenenergiequelle mit einem Metall enthaltenden Formteil verbunden sein, welches auf der den Innenleiter aufnehmenden Nut abgewandten Seite zwischen den Metallformen angeordnet ist und gemeinsam mit dem Innenleiter den Mikrowellenkoaxialleiter bildet.
  • Die Verbindung zwischen der Mikrowellenenergiequelle und dem Koaxialleiter innerhalb der Pressform erfolgt über wenigstens einen im Bereich der den Innenleiter aufnehmenden Nut angeordneten Anschlussflansch. Über diesen Anschlussflansch kann die Mikrowellenenergie mittels eines konventionellen HF-Kabels in die Nut eingespeist werden. Die Mikrowellenerergie selbst stammt z.B. von einem Magnetron in handelsüblicher Bauart, der außenseitig an der Pressform angeordnet ist, weitere Anschlussflansche können für die Abgleichmaßnahmen an der Vorrichtung angebracht sein.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt jeweils in stark vereinfach ter schematischer Darstellung in
  • 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach 1,
  • 3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform und in
  • 4 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform.
  • Eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden von Formteilen 1, 2 mit einer Klebstoffnaht 3 ist als Metallpressform ausgebildet, die aus zwei Metallformen zur Aufnahme jeweils eines Formteiles 1 bzw. 2 besteht, nämlich ein oberes Pressteil 4 und ein unteres Pressteil 5 aufweist. Beide Teile 4, 5 sind beispielsweise im Aluminium-Druckguss gefertigt. Wenigstens das Oberteil 4, vorzugsweise aber auch das Unterteil 5, sind entlang der gesamten Klebstoffnaht 3 parallel zu dieser jeweils mit einer vorzugsweise gefrästen Nut 6, 7 versehen, die wenige cm tief und breit ist (z.B. üblicherweise 3 cm tief und 2 cm breit). Entlang der gesamten Nut 6 ist in die Nut 6 ein isolierter Metalldraht 8 oder ein isoliertes Metallrohr eingelegt, welches beispielsweise mittels Halteklammern 9 in der Nut in fixierter Lage ge halten ist, und zwar vorzugsweise so, dass der Metallleiter 8 mit Abstand zu den Nutwandungen angeordnet ist und sich in Kontakt zum benachbarten Formteil 2 befindet.
  • Der isolierte Metalldraht 8 bildet den Innenleiter eines Koaxialleiters, dessen Außenleiter vom Nutrandbereich der Aluminiumpressform gebildet ist. Der so gebildete, als Mikrowellenleitung dienende Koaxialleiter ist über wenigstens einen nicht dargestellten Anschlussflansch beispielsweise mittels eines konventionellen HF-Kabels an eine nicht dargestellte Mikrowellenenergieqelle, beispielsweise ein Magnetron handelsüblicher Bauart angeschlossen. In der anderen Nut 7 kann ein Permanentmagnet 10 angeordnet sein.
  • Wenn die mit einer Klebstoffnaht 3 verbundenen, zu fügenden Formteile 1, 2 in die Metallpressform eingelegt worden sind, und die beiden Pressformteile 4 und 5 geschlossen worden sind, wird über den elektrisch isolierten Innenleiter 8 ein Mikrowellenstrom eingespeist, der über diesen Leiter 8 an der gesamten Klebenaht 3 entlanggeführt wird. Die magnetischen Feldlinien, die zeichnerisch nicht dargestellt sind und die den Innenleiter 8 umschließen, durchdringen die beiden dargestellten Formteile 1, 2 aus Kunststoff und die dazwischen befindliche mikrowellenabsorbierende Klebstoffnaht 3, die sich durch die Strahlung erwärmt und abbindet. Als Mikrowellenquelle eignen sich konventionelle Magnetron-Sender mit einer Frequenz von 2,45 GHz und einer Leistung zwischen 800 W und mehreren KW. Die Aluminiumpressform 4, 5 bewirkt zugleich die Abschirmung der Mikrowellenstrahlung gegenüber dem Außenraum der Vorrichtung.
  • Derart hochfrequente magnetische Felder vermögen (im Gegensatz zu HF-Magnetfeldern aus Induktionsanlagen, deren Frequenz nur wenige MHz beträgt) nicht in die Aluminiumpressform einzudringen, sondern verlaufen stets im Mikrowellenkanal, d.h. an der inneren Oberfläche der Nut 6 entlang. Infolgedessen wird die Pressform durch die Mikrowellenstrahlung nicht erwärmt.
  • Der Bedarf an Mikrowellenleistungen liegt bei Annahme einer in 30 sek. zu erzielenden Erwärmung der Klebstoffnaht 3 von 20°C auf 120°C bei etwa 1 KW/m Länge der Klebstoffnaht 3.
  • Als Klebstoffe für die Klebstoffnaht 3 werden üblicherweise Polyurethan-Kleber (1- oder 2-komponentig) eingesetzt, die vorzugsweise mit 3 bis 5 Gew.% einer Dispersion von Nanoferriten, z.B. nanoskaligem Nickel-Zink-Ferrit, vermischt sind. Durch diese ferritischen Zusätze wird die Energieabsorption aus dem hochfrequenten Magnetfeld drastisch erhöht.
  • Folgende Parameter haben sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders günstig herausgestellt:
    Arbeitsfrequenz der Mikrowellenenergiequelle: 1 MHz bis 300 GHz, bevorzugt 500 MHz bis 25 GHz, insbesondere 900 MHz bis 6 GHz und ISM-Frequenzen 915 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz jeweils +/–5 %.
    Leistung pro Meter Länge des Koaxialleiters: 10 W/m bis 50 KW/m bevorzugt 100 W/m bis 5 KW/m.
    Leiterquerschnitt außen: 5 mm bis 25 cm, Innenleiter 0,5 mm bis 12 cm; bevorzugt außen 7 cm bis 9 cm, Innenleiter 2 cm bis 4 cm.
    Optionales Gleichstrommagnetfeld: 0 mT bis 10 T, bevorzugt 0 mT bis 250 mT.
    Ferritzusätze zum Klebstoff: Magnetische Partikel definierter Größe bzw. Teilchengrößenverteilung sowohl Metalloxide als auch reine Metalle und Metalllegierungen; bevorzugt Ferrite, insbesondere solche aus Eisen-, Kobalt-, Nickel-, Mangan-, Kupfer-, Magnesium-, Calcium-, Lithium-Oxiden, Ytrium-Eisen-Granulate (YIG), auch solche mit Zusätzen an Ca, Al, In, V.
    Teilchengröße des Ferrites: 2 nm bis 100μm, bevorzugt 5 nm bis 100 nm.
    Sättigungsmagnetisierung des magnetischen Nanopulvers: M = 20 mT – 2,5 T, bevorzugt: 100 – 500 mT.
  • 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsge mäßen Vorrichtung, die nicht in Form einer Metallpressform ausgebildet ist, sondern zwei Metallformen 14, 15 zur Aufnahme von mit einer nicht dargestellten Klebstoffnaht zu verbindenden Formteilen 11, 12 aufweist, die über nicht dargestellte Kupplungen oder dgl. an ein Handhabungsgerät, beispielsweise einen Handhabungsarm eines Roboters angekuppelt werden können und unabhängig voneinander bewegt werden können, insbesondere auch zusammengedrückt werden können, um die Formteile 11, 12 miteinander zu verbinden.
  • Die im Sinne der 3 untere Metallform 15 weist einen Block aus Leichtbaumaterial 16 auf, der beispielsweise aus einer Aluminiumwabenstruktur aus Aluminiumschaum oder einem Kunststoff-Hartschaum besteht. Die Oberseite ist so gestaltet, dass sie eines der beiden Formteile, nämlich das Formteil 12 formschlüssig aufnehmen kann, entlang der zu erzeugenden Klebenaht ist eine Nut 17 ausgespart, die beim Ausführungsbeispiel einen Mikrowellenhohlleiter 18 als Mikrowellenleitung aufnimmt. Anstelle des Mikrowellenhohlleiters 18 kann auch ein Koaxialleiter verwendet werden. In den Block 16 ist eine Mikrowellenenergiequelle 19, beispielsweise ein Magnetron, integriert, die Nut 17 ist zum Formteil 12 hin, beispielsweise mit einer Kunststoffabdeckung 20, abgedeckt. Ferner ist ein Mikrowellenabweiserprofil 21 und ein Kurzschlussschieber 22 vorgesehen.
  • Die obere Metallform 14 kann grundsätzlich in gleicher Weise gestaltet sein mit dem Unterschied, dass keine Mikrowellenlei tung vorgesehen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung etwas anders. Die obere Metallform 14 nimmt in einer Nut einen Permanentmagneten 23 auf, der sich oberhalb der zu bildenden Klebstoffnaht befindet. Ferner weist die Metallform 14 oberseitig einen äußeren Aluminiumwabenkern 24 auf. Zu den Formteilen 11, 12 hin ist ein Reflektor 25 angeordnet.
  • Der Arbeitsablauf bei einem Verkleben von z.B. Automobilteilen, z.B. einer Innen- und Außenschale einer Fahrzeugtür, mit dieser Vorrichtung ist wie folgt: zwei Industrieroboter, die an ihren Armen die Metallformen 14 bzw. 15 tragen, nehmen mit diesen Werkzeugen die Innen- und die Außenschale der Tür auf. Eines der beiden Teile, z.B. die Innenschale, wird entlang der späteren Klebenaht an einer stationär montierten Dosierdüse eines Klebstoffspenders entlanggeführt. Die Dosierdüse spritzt eine Klebstoffraupe (d.h. z.B. ein Band aus einem thixotropen, mit Mikrowellen absorbierenden Additiven, wie Nano-Ferriten gemischten Polymerisationsklebstoff) für die spätere Klebenaht auf das betreffende Formteil 11 bzw. 12. Anschließend setzen die Roboter die Innen- und die Außenschale der Tür durch entsprechendes Zusammenfügen der Metallform 14 und 15 zusammen und die Mikrowellenenergiequelle 19 wird aktiviert. Daraufhin beginnt sich der Klebstoff zu erwärmen und härtet aus. Nach Ablauf der Aushärtezeit wird die Mikrowellenenergiequelle 19 abgeschaltet. Einer der Roboter bzw. die daran befestigte Metallform 14 bzw. 15 kuppelt sich von der Tür ab, der andere Roboter legt dann die fertige Tür ab, die Vorrichtung ist nun wieder für den nächsten Klebezyklus bereit.
  • An beiden Metallformen 14, 15 können nicht dargestellte Bohrungen für die Aufnahme zusätzlicher Haltevorrichtungen, z.B. Saugnäpfe oder mechanische Greifzangen angebracht sein, die das jeweilige Formteil 11, 12 in der jeweiligen Metallform 14, 15 fixieren.
  • 4 zeigt eine gegenüber der 3 leicht abgewandelte Vorrichtung, wobei nicht sämtliche Teile dargestellt sind. Es sind aber dieselben Bezugszeichen wie in 3 verwandt. Der einzige Unterschied besteht darin, dass anstelle des Permanentmagneten 19 bei der Ausführungsform nach 3 Elektromagneten 23' verwandt sind, die vorzugsweise zeitgleich mit Mikrowellenenergiequelle 19 aktiviert bzw. deaktiviert werden.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Verbinden von Formteilen, von denen wenigstens eines aus nicht metallischem Material besteht, mit wenigstens einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff, wobei die Formteile jeweils wenigstens bereichsweise in eine Metallform, von denen wenigstens eine entlang der Klebstoffnaht mit einer Nut versehen ist, eingelegt werden und die Klebstoffnaht aufgebracht wird, anschließend die Metallformen und die Formteile zusammengedrückt werden und die Klebstoffnaht erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nut der einen Metallform eine Mikrowellenleitung eingelegt wird und nach dem Zusammendrücken der Metallformen und der Formteile über die Mikrowellenleitung Mikrowellen in die Nut zur Erwärmung der Mikrowellen absorbierenden Klebstoffnaht eingeleitet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikrowellenleitung ein Hohlleiter verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile von der jeweiligen an einem Handhabungsgerät angeordneten Metallform gegriffen, wenigstens ein Formteil an einer Klebstoffabgabe entlanggeführt und anschließend die beiden Metallformen mit den Formteilen zusammengedrückt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikrowellenleitung ein Koaxialleiter verwendet wird, der von einem draht- oder rohrförmigen isolierten Innenleiter, der in die Nut eingelegt wird, und dem Nutrandbereich der Metallform gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallform Pressformteile einer Metallpressform verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Außenleiter des Koaxialleiters zusätzlich ein Metall enthaltendes Formteil verwendet wird, welches gegenüber dem anderen aus nicht metallischem Material bestehenden Formteil auf der den Innenleiter aufnehmenden Nut abgewandten Seite zwischen den Metallformen angeordnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass durch den rohrförmigen Innenleiter und/oder die Nut ein Fluid eingeleitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass über der Länge der Nut mehrere Mikrowellenleiterabschnitte eingelegt werden, die getrennt mit Mikrowellenenergie versorgt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich an die Klebstoffnaht während des Zusammendrückens der Metallformen ein Gleichstrommagnetfeld angelegt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die nicht die Mikrowellenleitung aufnehmende Nut Permanentmagneten eingelegt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen absorbierende Klebstoffnaht mikrowellenabsorbierende Füllstoffe, insbesondere Ruß, Ferrite, Metallpartikel, Metallgitter und/oder dielektrisch absorbierende Salze, vorzugsweise Bariumtitanat, enthält.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrowellenabsorbierenden Füllstoffe aus Ferriten bestehen, deren Anteil am Klebstoff zwischen 0,5 und 3,0 Gew.% liegt.
  13. Vorrichtung zum Verbinden von Formteilen mit einer Klebstoffnaht aus einem durch Wärmebeaufschlagung aushärtbaren Klebstoff, wobei wenigstens ein Formteil aus nicht metallischem Material besteht, mit zwei Metallformen, in welche das jeweilige Formteil wenigstens bereichsweise einlegbar ist, wobei wenigstens eine Metallform entlang der Klebstoffnaht mit einer Nut versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (6, 17) der einen Metallform (4, 15) eine Mikrowellenleitung (8, 18) angeordnet ist, welche mit einer Mikrowellenenergiequelle verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenleitung als Hohlleiter (18) ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallformen (14, 15) jeweils an einem Handhabungsgerät angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenleitung als Koaxialleitung ausgebildet ist, welche von einem draht- oder rohrförmigen isolierten Innenleiter (8) innerhalb der Nut (6) und dem Nutrandbereich gebildet ist, welcher als Außenleiter mit der Mikrowellenenergiequelle verbunden ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallformen als Pressformteile (4, 5) einer Metallpressform ausgebildet sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenenergiequelle zusätzlich mit einem Metall enthaltenen Formteil (1) verbunden ist, welches auf der der den Innenleiter (8) aufnehmenden Nut (6) abgewandten Seite zwischen den Metallformen angeordnet ist und gemeinsam mit dem Innenleiter (8) den Mikrowellenkoaxialleiter bildet.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Mikrowellenenergiequelle und dem Koaxialleiter innerhalb der Pressform (4, 5) über wenigstens einen im Bereich der den Innenleiter (8) aufnehmenden Nut (6) angeordneten Anschlussflansch erfolgt.
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