DE10351445A1 - Verfahren zum Verkleben von Bauteilen - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Verkleben von Bauteilen (1, 2) durch Vorsehen eines Klebstoffes (3) zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilflächen und anschließendes Aneinanderdrücken der Bauteile (1, 2) zur Erzielung der Klebeverbindung soll für eine industrielle Serienfertigung rationalisiert werden, und zwar insbesondere mit Bezug auf jeweils eine Verringerung der Anpresszeit der zu fügenden Bauteile (1, 2), der Fügekraft sowie der eingesetzten Klebstoffmenge. DOLLAR A Zu diesem Zweck werden die Bauteile (1, 2) unter einer zumindest in einer Richtung (s¶f¶, s¶h¶) periodisch wechselnden Kraftbeaufschlagung (F) aneinander gedrückt, wodurch ein dynamisches Fügeverfahren gegenüber dem bisher bekannten statischen Fügeverfahren vorliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von Bauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Im Vordergrund steht eine industrielle Anwendung eines solchen Verfahrens, bei der es insbesondere auf eine rationelle und damit kostengünstige Durchführbarkeit bei selbstverständlich gleichzeitig einer sicher einzuhaltenden, vorgegebenen Klebequalität ankommt. Als ein möglicher Klebstoff kann eingesetzt werden ein feuchtigkeitsaushärtender Einkomponenten-Polyurethanklebstoff wie er beispielsweise im Handel unter der Bezeichnung Betaseal 1751 der Firma Gurit-Essex erhältlich ist.
  • Bei bekannten, gattungsgemäßen Verfahren erfolgt der Fügevorgang jeweils statisch, das heißt nach einem Auftrag des Klebstoffes werden die zu verbindenden Bauteile durch eine gleichmäßig aufgebrachte Kraft gefügt bzw. aneinander gedrückt. Dieser Vorgang variiert je nach Art der zu verbindenden Bauteile nach beispielsweise Werkstoff und Konstruktion, Art des Klebstoffes und der Rahmenbedingungen wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
  • Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei Erzielung einer gleichbleibend guten Klebeverbindung den Klebeprozess zu rationalisieren und zwar jeweils mit Bezug auf eine Verringerung der Anpresszeit der zu fügenden Bauteile, der Fügekraft und der eingesetzten Klebstoffmenge.
  • Gelöst wird dieses Problem durch die Ausführung eines gattungsgemäßen Verfahrens nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.
  • Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
    •
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den bei einem gattungsgemäßen Klebeverfahren bisher bekannten statischen Fügevorgang durch einen dynamischen Fügevorgang zu ersetzen. Dabei werden die zu fügenden Bauteile beim Fügevorgang in verschiedenen Achsen beziehungsweise Richtungen mit angepassten Frequenzen und Amplituden bewegt. Die Bewegung kann sowohl translatorisch als auch rotatorisch beziehungsweise als eine Überlagerung einer geradlinigen und kreisförmigen Bewegung realisiert werden.
  • Durch ein erfindungsgemäß dynamisiertes Fügeverfahren wird eine erhebliche Verkürzung der nötigen Anpresszeit bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Anpresskraft erreicht. Auch die erforderliche Klebstoffmenge wird erheblich reduziert. Dadurch wird insgesamt durch die Erfindung die Wirtschaftlichkeit gattungsgemäßer Klebeprozesse gesteigert.
  • Der Klebstoff kann zwischen den zu fügenden Bauteilen insbesondere in der Form von Kleberaupen vorliegen.
  • Bei einer richtungswechselnden schwingenden oder pulsierenden Kraftbeaufschlagung in Richtung senkrecht zur Fügerichtung, das heißt der Richtung des Aneinanderdrückens der miteinander zu verklebenden Bauteile, reicht ein einfaches Aufliegen des Kraftbeaufschlagungsmittels an einem der beiden Bauteile aus, soweit der untere Grenzwert der beaufschlagenden Kraft lediglich eine Verringerung des Fügespaltes zwischen den zu verbindenden Bauteilen bewirken soll. Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kraftbeaufschlagungsmittel und zumindest einem der Bauteile muss jedoch dann vorliegen, wenn bei der richtungswechselnden Kraftbeaufschlagung auch entweder eine aktiv durch die Beaufschlagungskraft erfolgende periodische Spaltvergrößerung erfolgen soll oder wenn die Kraftbeaufschlagung in einer nicht senkrecht zu den Fügeflächen verlaufenden Richtung erfolgen soll. Dies gilt beispielsweise insbesondere bei einer rotatorischen Relativbewegung der zu verbindenden Bauteile während des Fügeprozesses.
  • Die Relativbewegung zwischen den zu fügenden Bauteilen kann insbesondere durch einen Vibrationsvorgang erzeugt sein und bevorzugt senkrecht zur Fügerichtung verlaufen.
  • Die Relativbewegung der Bauteile während des Fügeprozesses erfolgt vorteilhafterweise mit einer relativ hohen Frequenz, die oberhalb von 50 Hz liegen sollte. Als besonders zweckmäßig haben sich Frequenzbereiche von oberhalb etwa 50 Hz bis zu 200 Hz erwiesen.
  • Die Andrückkraft kann zwischen vorgegebenen Grenzwerten pulsieren, wobei der untere Grenzwert zweckmäßigerweise oberhalb von 0 liegt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Andrückmittel mit einem bereits eine statische Fügekraft ausübenden Andrückelement zusammenwirken. Ein solches Andrückelement kann beispielsweise ein Gewicht sein, das auf dem oberen von zwei übereinander liegend zu fügenden Bauteilen aufliegt. Bei übereinanderliegend angeordneten, zu verklebenden Bauteilen kann als Anpresskraft bereits das Gewicht des oben liegenden Bauteiles ausreichend sein.
  • Die Relativbewegung, die von dem Andrückmittel während des Fügeprozesses translatorisch und/oder rotatorisch bewirkt wird, wird durch bei dem Andrückmittel vorgebbare Wegamplituden bestimmt. Zweckmäßige Amplitudenwerte liegen insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 und 5 mm.
  • Die Fügezeiten können unterhalb von 10 s liegen und zwar in einem Bereich von 5 bis 10 s sowie in vielen Fällen sogar unterhalb von 5 s. Die bei abgeschlossenem Klebeprozess erzielbare Klebespaltweite ist durch eine entsprechende Einstellung der Andrückeinrichtung vorgebbar durch beispielsweise einstellbare Anschläge beziehungsweise die Verwendung von Distanzstücken. Die Klebespaltweite kann beispielsweise vorgegeben werden mit etwa 2 mm. Die Ausgangshöhe der Kleberaupe kann dabei etwa 10 bis 13 mm betragen.
  • Durch ein erfindungsgemäßes „dynamisches Klebeverfahren" können gegenüber den bekannten „statischen" Verfahren insbesondere folgende Vorteile erzielt werden:
    • – Erhebliche Absenkung der Andrückkräfte um mindestens 30%.
    • – Erhebliche Verringerung der Andrückzeit um mindestens 50%.
    • – Deutliche Verringerung des erforderlichen Klebematerials.
    • – Geringe Höhe des Klebespaltes im verklebten Zustand der Bauteile bei geringen Andrückkräften.
    • – Gleiche Lösekraft bei Vorliegen der vorstehend genannten Vorteile.
  • In der Zeichnung zeigt eine einzige 1 eine schematische Wiedergabe einer Klebeverbindung.
  • Bei zwei miteinander zu verklebenden Bauteilen 1, 2 ist eines mit einem Klebstoff in der Form einer Kleberaupe 3 versehen.
  • Die Kräfte, mit denen die beiden Bauteile 1, 2 zur Erzielung einer festen gegenseitigen Verklebung aneinandergedrückt werden und durch die die Andrückrichtung festgelegt ist, sind mit F angegeben.
  • Zur Erzielung der Klebeverbindung werden die Bauteile 1, 2 unter einer Kraft F, die gegebenenfalls durch das Gewicht des oberen Bauteiles 2 erzeugt sein kann, sowie Vibration anei nandergedrückt. Die Relativbewegungen, die sich unter der Vibration ergeben, sind mit Bezug auf die Richtungen, in denen sie erfolgen können, durch Doppelpfeile sf und sh angedeutet. Dabei bezeichnet sf Schwingungen in Fügerichtung und sh Schwingungen senkrecht zur Fügerichtung.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Verkleben von Bauteilen (1, 2) durch Vorsehen eines Klebstoffes (3) zwischen den miteinander zu verbindenden Bauteilflächen und anschließendes Aneinanderdrücken der Bauteile (1, 2) zur Erzielung der Klebeverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1, 2) unter einer zumindest in einer Richtung periodisch wechselnden Kraftbeaufschlagung aneinander gedrückt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (3) in der Form von Kleberaupen aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Kraftbeaufschlagung dienenden Mittel zumindest mit einem der Bauteile zumindest in einer der Kraftwechselrichtungen kraftschlüssig verbunden sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (1, 2) unter Vibration aneinander gedrückt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibration mit hoher Frequenz erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibration mit einer Frequenz von oberhalb etwa 50 Hz erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz zwischen etwa 50 und 200 Hz liegt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibration zwischen vorgebbaren Andrück-Grenzwerten erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Grenzwert der während der Vibration auftretenden Andrückkraft oberhalb 0 liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Andrückens unter Vibration auftretenden Relativbewegungen zwischen den Bauteilen (1, 2) auf durch die Andrückmittel vorgebbar bestimmte Amplitudenwerte beschränkt sind.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Vibration erfolgende Andrückzeit unterhalb von 10 s liegt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile (1, 2) sich während des Fügeprozesses rotatorisch und/oder translatorisch relativ zueinander bewegen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsbewegung überwiegend senkrecht gegenüber der Richtung des Aneinanderdrückens der miteinander zu verklebenden Bauteile (1, 2) verläuft.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsbewegung ausschließlich senkrecht gegenüber der Richtung des Aneinanderdrückens der miteinander zu verklebenden Bauteile (1, 2) verläuft.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (3) in der Form einer Klebstoffraupe mit einer dreieckförmigen Querschnittsfläche aufgetragen wird.
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