DE112013004737T5

DE112013004737T5 - Verfahren zur Bildung geklebter Strukturen und hierdurch gebildete geklebte Strukturen

Info

Publication number: DE112013004737T5
Application number: DE112013004737.3T
Authority: DE
Inventors: c/o Aston Martin Lagonda Limited Norton Thomas
Original assignee: Aston Martin Lagonda Ltd
Current assignee: Aston Martin Lagonda Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-06-03
Also published as: WO2014049335A1; GB2506358A; GB201217160D0

Abstract

Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur, welches Bereitstellen eines ersten Substrats (1) und eines zweiten Substrats (2), Bereitstellen eines Einschließungsmittels (3a, 3b) mindestens teilweise um einen Bereich (9) zwischen dem ersten und zweiten Substrat und Zugeben eines ersten Klebstoffs (5) in den Bereich, der durch das erste und das zweite Substrat und das Einschließungsmittel begrenzt wird aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bildung geklebter Strukturen. Sie bezieht sich auch auf geklebte Strukturen, auf Fahrzeuge, die solche geklebten Strukturen enthalten, und auf Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugen, wie etwa Automobilen, Landfahrzeugen und Motorfahrzeugen. Die Erfindung kann auch in Gebieten außerhalb des Automobilbereichs eingesetzt werden.
Ein bekanntes Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur weist das Bereitstellen eines Substrats, das Aufbringen von Klebstoff auf das Substrat und das anschließende Bewegen eines zweiten Substrats in Kontakt mit dem Klebstoff auf, um die Substrate miteinander zu verkleben. Ein Problem bei diesem Verfahren ist es, dass bei komplexen Verbindungsgeometrien es oft schwierig ist, die zu verwendende Klebstoffmenge zu steuern, und es kann eine Verschwendung von Klebstoff auftreten, wenn Klebstoff zwischen den Substraten herausgequetscht wird. Das Verfahren kann auch zeitaufwendig, kostspielig sein und einen potentiellen Flaschenhals in einer Produktionslinie bilden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, mindestens zu einem gewissen Teil mindestens eines der Probleme des Standes der Technik zu überwinden oder ein nützliches oder verbessertes Klebeverfahren und eine geklebte Struktur bereit zu stellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird bereitgestellt ein Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur, welches aufweist:
Bereitstellen eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats;
Bereitstellen eines Einschließungsmittels mindestens teilweise um einen Bereich zwischen dem ersten und zweiten Substrat; und
Zugeben eines ersten Klebstoffs in den Bereich, der durch das erste und das zweite Substrat und das Einschließungsmittel begrenzt wird.
Durch das Vorsehen eines Einschließungsmittels wird der erste Klebstoff auf einen definierten Bereich zwischen dem ersten und zweiten Substrat eingeschlossen oder begrenzt. Dies vermeidet ein Auslaufen des ersten Klebstoffs. Dies verringert auch den Bedarf nach einer Reinigung der geklebten Struktur, nachdem der erste Klebstoff ausgehärtet ist. Außerdem vermeidet das Verfahren die Verschwendung von Klebstoff und die damit verbundenen Kosten und optimiert hierdurch die Materialausnutzung. Die Einschließung des ersten Klebstoffs kann auch dazu dienen oder es erleichtern, die geklebte Struktur zu handhaben, und sie kann die Sauberkeit und Effizienz der Herstellungsumgebung vergeben.
Durch Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Menge und Platzierung des ersten Klebstoffs in der geklebten Struktur gesteuert werden. Dies hilft, die Reproduzierbarkeit der geklebten Struktur und die Genauigkeit bei der Zugabe des ersten Klebstoffs zu gewährleisten. Als solches können die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit, beispielsweise im Hinblick auf die Stärke der resultierenden Verklebung oder strukturelle Integrität der geklebten Strukturen, die durch das Verfahren hergestellt wurden, verbessert werden. Die Verarbeitungs-Robustheit der unter Nutzung des Verfahrens gebildeten Strukturen kann daher verbessert sein.
Das Einschließungsmittel ist bevorzugt zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet. Der erste Klebstoff kann bevorzugt das erste und zweite Substrat miteinander verbinden, um die geklebte Struktur zu bilden.
Das Substratmaterial kann eine Metalllegierung, beispielsweise eine Aluminiumlegierung, oder ein anodisiertes Aluminiummaterial, ein Komposit-Material, wie etwa ein Fasern und ein Harz aufweisendes Material oder ein laminiertes Komposit, oder ein Kunststoffmaterial sein. Die Substratmaterialien vor der Bereitstellung des Einschließungsmittels oder der Zugabe des Klebstoffs in das Gebiet zwischen den Substraten können bevorzugt vollständig oder im Wesentlichen vollständig ausgehärtet sein. Das erste oder zweite Substratmaterial kann aus mehreren Teilen gebildet sein. Es können zusätzliche Substrate vorgesehen sein, die an das Gebiet angrenzen.
Bevorzugt stellt das Einschließungsmittel eine Abdichtung bereit, die sich – bevorzugt vollständig – zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat erstreckt. Bevorzugt ist das Einschließungsmittel ein separates Teil, das heißt nicht integral mit dem ersten und zweiten Substratmaterial gebildet. Das Einschließungsmittel kann einen vollständig eingeschlossenen Bereich zwischen dem ersten und zweiten Substratmaterial bereitstellen. Ob das Einschließungsmittel sich vollständig zwischen den beiden Substraten erstreckt, wird von der Natur des ersten Klebstoffs, beispielsweise dessen Viskosität, abhängen, und die Anordnung des Einschließungsmittels kann vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der geklebten Struktur und dem eingesetzten Klebstoff gewählt werden.
Bevorzugt wird das Einschließungsmittel auf einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats bereitgestellt. Das Einschließungsmittel kann auf einer Oberfläche jedes der Substratmaterialien bereitgestellt werden, bevorzugt der Oberfläche, die dem Gebiet zugewandt sind, in das der Klebstoff hinzugefügt oder injiziert werden soll. Alternativ kann das Einschließungsmittel als zwei Teile bereitgestellt werden, von denen ein Teil auf der Oberfläche des einen Substrats und der andere Teil auf der Oberfläche des anderen Substrats bereitgestellt wird. Das Einschließungsmittel kann aus einem flexiblen Material gebildet sein, welches Welligkeiten oder Unregelmäßigkeiten in den Substratmaterialien bilden oder sich diesen anpassen kann. Bevorzugt kann das Einschließungsmittel daher Toleranzen oder Schwankungen im Abstand zwischen den Substraten ausgleichen.
Das Einschließungsmittel kann mit jedem beliebigen Querschnitt gebildet oder angewandt werden, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig, quadratisch oder mit einer oder mehreren abgestuften Kanten. Das Einschließungsmittel kann als diskrete Materialkleckse bereitgestellt werden.
Bevorzugt erstreckt sich das Einschließungsmittel vollständig um den erwähnten Bereich. Bevorzugt erstreckt sich das Einschließungsmittel um den Umfang eines oder mehrerer des ersten und zweiten Substrats. Auf diese Weise wird ein vollständig umschlossenes Gebiet zwischen dem ersten und dem zweiten Substratmaterial bereitgestellt, in das der Klebstoff zugegeben werden kann. Dies kann in vorteilhafter Weise das Eindringen von Wasser oder anderen Umweltverschmutzungen in die Struktur verhindern und hierdurch die Wahrscheinlichkeit von Korrosion in der fertig gestellten Struktur reduzieren.
Eine Öffnung kann in einem oder beiden der zu verklebenden Substrate vorgesehen sein, durch die ein Klebstoffinjektor in Form einer Düse eingeführt werden kann. Ein Belüftungsloch kann ebenfalls vorgesehen sein. Das Belüftungsloch kann in Abstand von der Öffnung im Substrat vorgesehen sein. Das Belüftungsloch könnte auch in dem Einschließungsmittel vorgesehen sein, derart, dass Luft durch das Belüftungsloch strömen kann, nicht aber der Klebstoff, in Folge dessen höherer Viskosität.
Bevorzugt haftet das Einschließungsmittel an mindestens einem des ersten oder zweiten Substrats bzw. ist an dieses angeklebt. Das Einschließungsmittel kann aus einem separaten Teil gebildet sein, beispielsweise aus jedem geeignetem Material wie Kunststoff oder Metall. Das Einschließungsmittel kann mit einem Klebstoff versehen sein, um das Einschließungsmittel an eines des ersten oder zweiten Substrats anzukleben, um das Einschließungsmittel in Position zu halten, während der Klebstoff zugegeben wird.
Bevorzugt weist das Einschließungsmittel einen zweiten Klebstoff auf. Der zweite Klebstoff kann vor der Zugabe des ersten Klebstoffs auf eines der Substrate aufgebracht werden, derart, dass der zweite Klebstoff mindestens partiell aushärten kann, bevor der erste Klebstoff zugegeben wird. Der zweite Klebstoff kann aus dem gleichen Klebstoff wie der erste Klebstoff gebildet sein. Der zweite Klebstoff kann von größerer oder höherer Viskosität im ungehärteten Zustand als der erste Klebstoff in seinem ungehärteten oder gehärteten Zustand sein. Der zweite Klebstoff kann eine größere oder höhere Fließspannung in einem ungehärteten Zustand haben als der erste Klebstoff in seinem ungehärteten Zustand oder gehärteten Zustand.
Bevorzugt ist der zweite Klebstoff so konfiguriert, dass er schneller als der erste Klebstoff härtet. Auf diese Weise kann der erste Klebstoff direkt nach Vorsehen oder Aufbringung des Einschließungsmittels zugegeben werden.
Das Einschließungsmittel kann um den Umfang oder die Kante des ersten oder zweiten Substrats aufgebracht werden. Alternativ kann eine definierte Geometrie durch die Einschließung gebildet werden, um einen oder mehrere Bereiche vor bestimmter Gestalt oder Fläche bereitzustellen, in Abhängigkeit von den erforderlichen Klebeeigenschaften, in die der erste Klebstoff zugegeben werden kann.
Bevorzugt werden das erste und zweite Substrat in beabstandeter Beziehung gehalten, während der erste Klebstoff zugegeben wird. Bevorzugt kann dieses Halten der Substrate oder Teile unter Nutzung von Nieten oder anderen Fixierungsmitteln erfolgen, oder es kann durch Nutzung einer Spannvorrichtung oder einer Roboter- bzw. automatisierten Handhabungseinrichtung erfolgen.
Bevorzugt werden die Substrate in Position angeordnet, nachdem das Einschließungsmittel auf einem des ersten oder zweiten Substrats bereitgestellt oder aufgebracht wurde. Als Alternative kann das Einschließungsmittel aufgebracht oder bereitgestellt werden, nachdem die Substrate in Position gebracht wurden.
Bevorzugt hat/haben das erste Substrat und/oder zweite Substrat eine im Wesentlichen flache oder ebene Oberfläche, die dem Gebiet zugewandt ist, in das der erste Klebstoff zugegeben wird. Die Oberflächen können im Wesentlichen parallel sein. Der erste Klebstoff kann injiziert werden, bis er vollständig das Gebiet oder Volumen ausfüllt, welches durch das erste und zweite Substrat und das Einschließungsmittel begrenzt wird. Der Abstand zwischen den Substraten kann in Abhängigkeit beispielsweise von der gewünschten Leistungsfähigkeit oder Stärke der geklebten Struktur und dem ersten Klebstoffmaterial gewählt werden. Der Abstand bzw. Zwischenraum kann konstant sein oder variieren. Der Abstand oder die Lücke kann konstant sein oder zwischen etwa 1 mm und 10 mm o.ä., 2 und 8 mm, 4 und 6 mm oder zwischen 0,05 und 3 mm liegen.
Bevorzugt können eines oder beide Substrate eine Öffnung enthalten, durch die ein Klebstoff in das besagte Gebiet zugegeben oder injiziert werden kann. Bevorzugt kann der erste Klebstoff mit einem Druck zwischen 3 und 6 bar aufgebracht werden.
Bevorzugt können das erste und zweite Substrat in Position gehalten werden, bis der erste Klebstoff gehärtet ist. Alternativ können die Substrate in Position gehalten werden, bis der zweite Klebstoff aushärtet. Mechanische Fixierungen können benutzt werden, um die Substrate in Position zu halten.
Das Einschließungsmittel kann um einen Umfang des ersten und/oder zweiten Substrats vorgesehen oder vom Umfang des ersten und/oder zweiten Substrats beabstandet sein.
Bevorzugt steht das Einschließungsmittel im Eingriff mit dem ersten und/oder zweiten Substrat durch Relativbewegung zwischen den Substraten in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats. Dies gewährleistet vorteilhafterweise eine erzwungene Abdichtung zwischen den Substraten und dem Einschließungsmittel.
Bevorzugt steht das Einschließungsmittel durch Relativbewegung zwischen den Substraten in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats mit dem ersten und/oder zweiten Substrat im Eingriff. Weil die Substrate mit dem Einschließungsmittel auf verschiedene Weisen in Eingriff gebracht werden, kann das Verfahren auf verschiedene Anwendungen und Handhabungsverfahren angewandt werden.
Bevorzugt ist das Einschließungsmittel so konfiguriert, dass es sich bei bzw. nach Zugabe des ersten Klebstoffs verformt. Bevorzugt verformt sich das Einschließungsmittel im Ergebnis des Drucks bei Zugabe des ersten Klebstoffs. Das Einschließungsmittel kann auf Zugabe des ersten Klebstoffs flexibel, biegsam und/oder deformierbar bleiben.
Bevorzugt verformt sich das Einschließungsmittel in Folge einer Fluidbewegung oder eines Druckaufbaus im erwähnten Bereich.
Bevorzugt ist das Einschließungsmittel als Kunststoffmaterial ausgebildet. Bevorzugt ist das Einschließungsmittel mit einem Klebstoff versehen, um es mit einem oder mehreren des ersten und zweiten Substrates zu verbinden oder an dieses anzukleben.
Bevorzugt ist das Einschließungsmittel als Band oder Streifen eines Materials gebildet. Bevorzugt ist das Band oder der Streifen mit einer Klebstoffoberfläche versehen, um das Einschließungsmittel an eines oder beide des ersten und zweiten Substrates anzuheften. Bevorzugt ist der Materialstreifen als Streifen einer gefalteten Membran ausgebildet. Die Faltenöffnung ist bevorzugt so orientiert, dass sie dem Gebiet zugewandt ist, in das der erste Klebstoff eingebracht wird.
Bevorzugt ist das Einschließungsmittel elektrisch leitfähig. Auf diese Weise kann das Einschließungsmittel eine Masseverbindung zwischen dem ersten und zweiten Substrat bereitstellen.
Bevorzugt ist das Einschließungsmittel aus einem Material gebildet, welches flexibler als der erste Klebstoff ist, wenn der erste Klebstoff gehärtet ist. Bevorzugt ist das Einschließungsmittel, wenn es einen zweiten Klebstoff aufweist, flexibler als der erste Klebstoff, wenn sowohl der erste als auch der zweite Klebstoff gehärtet sind. Auf diese Weise werden Spannungskonzentrationen in der geklebten Struktur im Bereich des Einschließungsmittels reduziert.
Bevorzugt kann das Einschließungsmittel auf mindestens eines der Substrate vor dem, gleichzeitig mit dem oder nach dem ersten Klebstoffabschnitt aufgebracht oder dort bereitgestellt werden.
Bevorzugt hat das Einschließungsmittel ein Ausmaß senkrecht zur Oberfläche des ersten Substrats, auf dem es bereitgestellt, auf das es aufgebracht oder mit dem es verklebt wird.
Bevorzugt wird der erste Klebstoff in das Gebiet zwischen dem ersten und zweiten Substrat injiziert. Bevorzugt haben der erste Klebstoff und zweite Klebstoff oder das Einschließungsmittel voneinander verschiedene chemische Zusammensetzungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine geklebte Struktur bereitgestellt, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet wurde.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Automobilstruktur bereitgestellt, welche aus einer geklebten Struktur, die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet wurde, besteht oder eine solche als einen Teil enthält.
Bevorzugt weist die Automobilstruktur eine Automobil-Karosserieanordnung, eine Fahrwerksanordnung, eine Strukturanordnung, einen Ständer, einen Pfosten oder eine Crashbelastungs-Aufnahmestruktur oder eine Tafelstruktur, wie etwa eine Tür, ein Dach, ein Fahrgastzellen-Bügelelement, einen Kotflügel, eine Stoßstange, eine Kofferraumklappe, eine Motorhaubenstruktur, einen Kanal, beispielsweise einen Kühlkanal, einen Behälter, beispielsweise einen Treibstofftank, oder einen aerodynamischen Flügel, Diffusor, Spoiler oder Frontspoiler auf. Das Verfahren ist auch auf geklebte Strukturen in anderen technischen Gebieten, wie etwa dem Flugzeugbau, anwendbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Automobil oder ein Landfahrzeug, wie etwa ein Motorfahrzeug, bereitgestellt, welches eine Struktur gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung einschließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Automobils oder eines Landfahrzeugs, wie etwa eines Motorfahrzeugs, bereitgestellt, welches den Schritt der Bildung einer geklebten Struktur gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung einschließt.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen ausgeführt werden, und einer Anzahl bevorzugter Ausführungsformen der Bildung geklebter Strukturen gemäß der Erfindung wird nun lediglich im Sinne von Beispielen und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen geschrieben, in denen
die 1a und 1b Substrate zeigen, bevor und nachdem diese in Versiegelungs-Kontakt mit dem Einschließungsmittel, hier in Form eines Klebstoffs, gebracht worden;
2a Substrate in räumlicher Beziehung zeigt, bevor sie in Eingriff mit dem Einschließungsmittel gebracht wurden, hier in Form eines Klebstoffs;
2b zwei Substrate in Versiegelungs-Eingriff mit dem Einschließungsmittel zeigt, mit einem zwischen die beiden Substrate injizierten Klebstoff;
3a und 3b Substrate zeigen, die zueinander verschoben werden, um mit dem Einschließungsmittel, hier in Form eines Klebstoffs, in Eingriff zu kommen;
4 einen zwischen zwei Substraten vorhandenen Klebstoff und ein entsprechendes Diagramm zeigt, welches die Spannungskonzentration in Relation zum Abstand längs der Verbindung zeigt;
5a und 5b ein alternatives Einschließungsmittel in Form eines gefalteten Materialstreifens zeigen;
6a und 6b das geformte Einschließungsmittel, hier in Form eines Materialstreifens, vor und nach Injektion von Klebstoff zwischen die beiden Substrate zeigen.
In 1a ist ein unteres Substrat 1 gezeigt. Das untere Substrat 1 kann aus einem Material wie einer Aluminiumlegierung, einem anodisiertem Aluminiummaterial oder einem Komposit-Material, wie etwa einem Fasern oder ein Harz enthaltenen Material oder einem laminierten Komposit- oder Kunststoffmaterial gebildet sein.
Auf einer Oberfläche 1a des unteren Substrats 1 ist ein Einschließungsmittel aufgebracht. Im gezeigten Beispiel ist das Einschließungsmittel als aufgebrachter Klebstoffstreifen bereitgestellt und mit einer Oberfläche 1a des unteren Substrats 1 verklebt.
Der Klebstoff ist schematisch in Form eines Streifens eines Materials 3a, 3b mit rechteckigem Querschnitt gezeigt. Der Klebstoff kann jedoch in Form von Klecksen oder als zusammenhängender Strang längs der Oberfläche des unteren Substrats 1 mit jedem gewünschten Querschnitt, wie etwa kreisförmig oder quadratisch oder mit abgestufter Kante, aufgebracht werden.
Wie in 1a gezeigt, wird das Einschließungsmittel in Form des Klebstoffs in Streifen 3a, 3b bereitgestellt, die auf der Oberfläche 1a des unteren Substrats 1 beabstandet sind, um ein eingeschlossenes Gebiet 9 dazwischen zu bilden.
Ein oberes Substrat 2, welches in 1a als ebenes Flächenmaterial gezeigt ist, wird in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen 1a, 2a des unteren Substrats 1 und des oberen Substrats 2 zum unteren Substrat 1 gebracht. Das obere Substrat 2 kann aus Materialien gebildet sein, die ähnlich oder anders als das untere Substrat 1 sind.
Wie in 1b gezeigt, kommt, wenn das obere Substrat 2 in Eingriff mit dem Einschließungsmittel 3a, 3b gebracht wird, das obere Substrat 2 im Eingriff mit dem Klebstoff 3a, 3b und wird an diesen gedrückt.
Wenn das obere Substrat und das untere Substrat 1 in eine zueinander nahe Anordnung gebracht werden, in der das obere Substrat 2 im Eingriff mit dem Einschließungsmittel 3a, 3b steht, wird ein eingeschlossenes Gebiet 9 zwischen den beiden Substraten gebildet oder begrenzt. Der Abstand zwischen dem oberen Substrat 2 und dem unteren Substrat 1 kann in Abhängigkeit von dem erforderlichen Verbindungs-Spalt gewählt werden, er kann aber typischerweise zwischen 0,05 mm und 3 mm liegen.
Das Einschließungsmittel, hier in Form von Klebstoffstreifen 3a, 3b, wird auf das untere Substrat aufgebracht. Der Klebstoff haftet an der Oberfläche 1a des unteren Substrats 1. Der Klebstoff erstreckt sich senkrecht zur Substratoberfläche und ist nachgiebig und deformierbar und wird Schwankungen in der Oberflächenqualität und Toleranzen der Oberfläche 1a des unteren Substrats 1 aufnehmen.
In 2a wird eine Abwandlung des Einschließungsmittels der 1a und 1b gezeigt, wobei der Klebstoffstreifen mit einer abgestuften Kante auf seiner dem oberen Substrat 2 zugewandten Kante gebildet ist. Diese abgestufte Kante erleichtert das Anpassen oder Verbinden des oberen Substrats 2, welches dann in nahe Anordnung zum unteren Substrat 1 gebracht wird, beispielsweise unter Verwendung automatisierter Handhabungseinrichtungen. In 2a ist zu sehen, dass das obere Substrat 2 mit einer Substratöffnung 7 versehen ist, durch die ein Klebstoffinjektor 4 derart eingeführt werden kann, dass die Öffnung einer Injektionsdüse 6 in dem Gebiet 9, welches durch das untere Substrat 1 und das obere Substrat 2 begrenzt ist, positioniert werden kann.
Wie in 2b gezeigt, wurde das obere Substrat in Eingriff mit dem Einschließungsmittel 3b gezwungen, so dass ein abgeschlossenes Gebiet 9 zwischen dem oberen Substrat 2 und dem unteren Substrat 1 gebildet oder abgegrenzt ist.
Um das obere Substrat und das untere Substrat 1 in räumliche Beziehung zueinander zu halten, wird eine Aufspannvorrichtung oder eine andere Halteeinrichtung benutzt. Alternativ können das obere Substrat und das untere Substrat unter Nutzung eines Roboters oder einer anderen automatisierten Handhabungseinrichtung in räumlicher Beziehung zueinander gehalten werden.
In 2b wurde ein Klebstoff 5 durch den Klebstoffinjektor 4 und aus der Injektionsdüse heraus in das Gebiet 9 zwischen dem oberen Substrat 1 und dem unteren Substrat 2 injiziert. Bevor er aushärtet oder erhärtet, ist der Klebstoff flüssig und fließt in das Gebiet 9 zum Einschließungsmittel 3b. Das Einschließungsmittel 3b dient daher als Barriere und hält den Klebstoff innerhalb des Gebietes 9.
Um den Fluss den Klebstoffs innerhalb des Gebietes 9 zu erleichtern, kann ein (in den Figuren nicht gezeigtes) Entlüftungsloch vorgesehen sein, um es zu ermöglichen, dass innerhalb des Gebietes 9 eingefangener Luft austritt, wenn der Klebstoff 5 injiziert wird.
Das für das Einschließungsmittel 3a, 3b genutzte Material kann das gleiche Klebstoffmaterial wie der Klebstoff sein, der zwischen das obere Substrat 2 und das untere Substrat 1 injiziert wird. Wenn der gleiche Klebstoff benutzt wird, würde typischerweise der Klebstoff für das Einschließungsmittel 3a, 3b mindestens partiell aushärten können, bevor der Klebstoff durch den Klebstoffinjektor 4 injiziert wird.
Alternativ kann der für das Einschließungsmittel 3a, 3b benutzte Klebstoff ein Material oder ein Klebstoff sein, das/der eine höhere Härtungsgeschwindigkeit als der Klebstoff hat, der durch den Klebstoffinjektor injiziert wird. Wenn das Einschließungsmittel ein festes Material, wie etwa ein Kunststoffmaterial ist, muss dieses nur an eine der Substratoberflächen angeklebt werden. Auf diese Weise können die Schritte des Verfahrens zur Herstellung der geklebten Struktur in schneller Abfolge ausgeführt werden.
Das Klebstoffmaterial, welches durch den Klebstoffinjektor injiziert wird, und auch der Klebstoff, der für das Einschließungsmittel benutzt wird, können jeder Typ eines geeigneten Klebstoffs oder anderen haftfähigen Materials sein, wie etwa Epoxidharze, Acryle, Methyl-Verbindungen oder andere Typen von Kontaktklebern.
Das Einschließungsmittel kann auf die Substrate unter Nutzung automatisierter Einrichtungen, beispielsweise eines Roboters, oder alternativ auch manuell appliziert werden.
In den 3a und 3b sind ein alternatives Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung der Versiegelung zwischen dem oberen Substrat 2 und dem unteren Substrat 1 gezeigt. In 3a ist das untere Substrat 1 mit einem Einschließungsmittel in Form eines auf die obere Oberfläche 1a aufgebrachten Klebstoffstreifens 3b versehen.
Das obere Substrat 2 hat einen Klebstoffstreifen 3a, um das Einschließungsmittel bereitzustellen. Das untere Substrat 1 und das obere Substrat 2 werden über das Einschließungsmittel 3a, 3b in Eingriff miteinander gebracht, indem das obere Substrat 2 und das untere Substrat 1 relativ zueinander in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen 1a, 2a des unteren Substrats 1 und des oberen Substrats 2 verschoben werden.
Das für das Einschließungsmittel 3a, 3b verwendete Material kann ein Material sein, welches aushärtet, um eine im Wesentlichen starre Klebstoffverbindung zwischen dem unteren Substrat 2 und dem oberen Substrat 1 zu bilden. Alternativ kann das Material des Einschließungsmittels 3b ein Material oder ein Klebstoff sein, welches/welcher im ausgehärteten Zustand, bezogen auf das Substratmaterial, relativ flexibel ist. Auf diese Weise zeigt das Material eine verbesserte Zähigkeit und Energieabsorptionsfähigkeit, gegenüber dem Klebstoff, welcher in das Gebiet 9 zwischen dem Substrat injiziert wird. Mit einer solchen Anordnung bietet das Einschließungsmittel nicht nur einen Weg zur Verhinderung von Ausfließen des Klebstoffs, der zwischen die Substrate 1, 2 injiziert wird, sondern es dient auch als Mittel zur Spannungsverminderung längs der Verbindungskanten der Substrate, wodurch die Gesamtleistung der Verbindung verbessert wird.
In 4 ist eine Grafik gezeigt, in der die Beziehung zwischen der Spannungskonzentration und dem Abstand längs der Verbindung für eine herkömmliche geklebte Verbindung relativ zur erfindungsgemäßen Verbindung dargestellt ist. Die Linie 10 zeigt die Spannungsunabhängigkeit in einer herkömmlichen geklebten Verbindung, und Linie 11 zeigt die Spannungsabhängigkeit in der vorgeschlagenen geklebten Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Einschließungsmittel kann in jeder gewünschten Gestalt bereitgestellt und als Strang bzw. Raupe oder Band längs der Kante zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 2 appliziert werden. Das Einschließungsmittel kann jedes geeignete Material, wie etwa ein Kunststoff oder Metall, sein und wird gemäß der Anwendung ausgewählt.
Da das Einschließungsmittel, beispielsweise ein Klebstoffmaterial, welches auf die Substrate appliziert wird, nach seiner Natur verformbar oder flexibel ist, kann es sich verformen und an raue Verbindungsoberflächen auf dem Substrat oder Variationen oder Unvollkommenheiten im Abstand zwischen den Substraten anpassen.
Weiterhin kann das Einschließungsmittel, weil es flexibel und deformierbar ist, sich während des Härtens verformen oder an Deformationen in den Substratoberflächen anpassen. Das Einschließungsmittel kann auch als lokales Befestigungsmittel zwischen den Substraten vor dem und während des Härtens des Klebstoffs dienen, der in das Gebiet 9 zwischen den Substraten 1, 2 injiziert wird.
Das Material des Einschließungsmittels kann derart gewählt werden, dass es keine Hautirritationen hervorruft, beispielsweise durch Bildung aus einem Material mit hohem Molekülgewicht. Das Einschließungsmittel kann daher eine nützliche Umgebungs-Schutzbarriere für den Klebstoff bilden, der zwischen die Substrate 1, 2 in das Gebiet 9 eingespritzt wird. Auf diese Weise ist das geklebte Substrat leichter zu handhaben.
Die Nutzung des Einschließungsmittels dient auch dazu, ein Auslaufen bzw. Lecken des Klebstoffs zu reduzieren, welcher in das Gebiet 9 zwischen den Substraten injiziert wird, und es verringert daher die Notwendigkeit, die Teile zu reinigen, nachdem die Verbindung hergestellt wurde. Einmal ausgehärtet, kann das Einschließungsmittel auch als Umgebungs-Schutzbarriere für das Eindringen von Umweltverunreinigungen bzw. -schadstoffen, wie etwa Wasser, dienen, welche ansonsten korrodierend wirken oder in anderen Weise die Integrität der geklebten Struktur beeinträchtigen könnten.
Die Nutzung des Einschließungsmittels dient dazu, ein Verschmieren von Klebstoff zu verhindern, welches bei herkömmlichen Verfahren zur Bildung geklebte Strukturen auftreten kann. Die Menge des ersten Klebstoffs kann unter Nutzung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung effizienter gesteuert werden. Außerdem kann bei der Herstellung der Komponenten die geklebte Struktur in jeder Komponente zuverlässiger und reproduzierbar gebildet werden.
Die 5a und 5b zeigen ein alternatives Einschließungsmittel. In 5a ist das Einschließungsmittel als gefalteter Streifen vorgesehen, der sich längs der Kante der Oberfläche 1a des unteren Substrates 1 erstreckt. Ein entsprechendes Einschließungsmittel 8b ist beabstandet vom Einschließungsmittel 8a vorgesehen, um ein Gebiet 9 zwischen diesen auszubilden.
Im Ergebnis des Einspritzens von Klebstoff in das Gebiet 9 zwischen den Substraten 1, 2 werden die gefalteten Streifen 8a, 8b in Eingriff mit der benachbarten Substratoberfläche gezwungen, hier der Oberfläche 2a des oberen Substrats 2.
In 6a ist das obere Substrat mit einer Öffnung versehen dargestellt, durch die ein Klebstoffinjektor 4 mit einer Injektionsdüse 7 eingesetzt werden kann, der sich in das Gebiet 9 zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 2 erstreckt.
Das Einschließungsmittel 8b, hier in Form eines gefalteten Streifens 8b, kann als metallischer Materialstreifen vorgesehen sein. Der Metallstreifen kann, unter Nutzung eines Klebstoffs, an die obere Oberfläche 1a des unteren Substrats 1 angeklebt sein. Die Faltenöffnung 12 des Einschließungsmittels 8b ist dem inneren Abschnitt des Gebietes 9 zwischen den Substraten 1, 2 zugewandt.
In 6b bewirkt, da der flüssige Klebstoff 5 in das Gebiet 9 zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 2 injiziert wird, der Fluss eines Fluids, hier der Luft und/oder des Klebstoffs 5, eine Deformation der gefalteten Dichtung dahingehend, dass diese mit dem oberen Substrat 2 in Eingriff kommt.
Das Streifenmaterial kann als gefaltete Membran ausgebildet sein und könnte elektrisch leitfähig sein, um eine Masseverbindung über die Verbindungen zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 2 bereitzustellen. Insbesondere kann das Einschließungsmittel 8a, 8b als einseitig metallisches Band vorgesehen sein.
In dem Fall, dass das Einschließungsmittel in Form eines Klebstoffmaterials bereitgestellt wird, kann der Klebstoff eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, Young-Modul, Formänderungsfestigkeit, Druckfestigkeit, Stoßfestigkeit, Bruchfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Schwingungsbeständigkeit und/oder Schwingungsdämpfung, chemische Beständigkeit, Temperaturbeständigkeit und/oder Thermoschock-Beständigkeit, verglichen mit dem in das Gebiet 9 zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 2 injizierten Klebstoff, haben.
Wenn der Klebstoff, der zwischen das erste und zweite Substrat injiziert wurde, ausgehärtet ist, ist es möglich, dass das Einschließungsmittel so konfiguriert ist, dass es entfernt wird. Alternativ kann das Einschließungsmittel einen Teil der endgültigen geklebten Struktur bilden.
Das Verfahren kann beim Bau von Motorfahrzeugen angewandt werden, und die geklebte Struktur kann Teil eines solchen Fahrzeugs sein, beispielsweise einer Kastenstruktur. Das Verfahren kann auch in anderen technischen Gebieten angewandt werden.
Obgleich bei der gezeigten Ausführungsform die Substrate als planare Materialien gezeigt sind, ist die Erfindung auf Substrate mit unterschiedlichen Geometrien, Formen und Materialien anwendbar. Es ist zu erwarten, dass der Fachmann verschiedene Änderungen der speziell beschriebenen Ausführungsformen machen kann, ohne sich aus dem Schutzbereich der Erfindung zu entfernen.

Claims

Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur, welches aufweist: Bereitstellen eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats; Bereitstellen eines Einschließungsmittels mindestens teilweise um einen Bereich zwischen dem ersten und zweiten Substrat; und Zugeben eines ersten Klebstoffs in den Bereich, der durch das erste und das zweite Substrat und das Einschließungsmittel begrenzt wird.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach Anspruch 1, wobei das Einschließungsmittel einen zweiten Klebstoff aufweist.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach Anspruch 2, wobei der zweite Klebstoff so konfiguriert ist, dass er schneller als der erste Klebstoff härtet.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel mindestens eine Abdichtung aufweist, die sich vollständig zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat erstreckt.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel auf einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats vorgesehen ist.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel sich vollständig um den Bereich erstreckt.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel an mindestens einem des ersten oder des zweiten Substrates anhaftet.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Substrat in beabstandeter Beziehung gehalten werden, während der erste Klebstoff zugegeben wird.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Substrate in einer Position angeordnet werden, nachdem das Einschließungsmittel zu einem des ersten oder zweiten Substrats bereitgestellt oder aufgebracht wurde.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel mit dem ersten und/oder zweiten Substrat durch Relativbewegung zwischen den Substraten in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats in Eingriff gebracht wird.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel mit dem ersten und/oder zweiten Substrat durch Relativbewegung zwischen den Substraten in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats in Eingriff gebracht wird.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel so konfiguriert ist, dass es sich bei Zugabe des ersten Klebstoffs verformt.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach Anspruch 12, wobei das Einschließungsmittel sich in Folge einer Fluidbewegung oder eines im erwähnten Bereich aufgebauten Druckes verformt.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel als ein Materialband oder -streifen gebildet ist.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel elektrisch leitfähig ist.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einschließungsmittel aus einem Material gebildet ist, welches flexibler als der erste Klebstoff ist, nachdem der erste Klebstoff ausgehärtet ist.
Geklebte Struktur, die nach einem vorangehenden Anspruch gebildet ist.
Automobilstruktur, die aus einer geklebten Struktur nach Anspruch 17 besteht oder eine solche als einen Teil enthält.
Automobilstruktur nach Anspruch 18, welche eine Automobil-Karosserieanordnung, eine Fahrwerksanordnung, eine Strukturanordnung, einen Ständer, einen Pfosten oder eine Crashbelastungs-Aufnahmestruktur oder eine Tafelstruktur, wie etwa eine Tür, ein Dach, ein Fahrgastzellen-Bügelelement, einen Kotflügel, eine Stoßstange, eine Kofferraumklappe, eine Motorhaubenstruktur, einen Kanal, beispielsweise einen Kühlkanal, einen Behälter, beispielsweise einen Treibstofftank, oder einen aerodynamischen Flügel, Diffusor, Spoiler oder Frontspoiler aufweist.
Automobil oder Landfahrzeug, wie etwa ein Motorfahrzeug, welches eine in einem der Ansprüche 18 oder 19 beanspruchte Struktur einschließt.
Verfahren zur Herstellung eines Automobils oder Landfahrzeugs, wie etwa eines Motorfahrzeugs, welche den Schritt des Bildens einer geklebten Struktur gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 einschließt.
Verfahren zur Bildung einer geklebten Struktur, im Wesentlichen wie hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Geklebte Struktur, im Wesentlichen wie hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Automobil oder Landfahrzeug, im Wesentlichen wie hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Verfahren zur Herstellung eines Automobils oder Landfahrzeugs, im Wesentlichen wie hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.