DE19512102A1

DE19512102A1 - Verfahren zur Verbindung von umformbaren Blechbauteilen, vorzugsweise Feinblechen, durch Kleben

Info

Publication number: DE19512102A1
Application number: DE1995112102
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof Dr Ing Koppe; Soeren Dipl-Ing Heitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1996-10-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von umformbaren Blechbauteilen, vorzugsweise Feinblechen, durch Kleben.

Die Qualität einer Klebverbindung beim Kleben von Blechbauteilen ist von einer Viel zahl von Faktoren abhängig, wie z. B. der Vorbehandlung der zu verklebenden Flächen, der Art des Klebstoffes, seine chemischen und physikalischen Eigenschaften, den Ab bindebedingungen und der Ausbildung der Klebfuge.

Unter Abbindebedingungen sind der Abbindedruck, die Abbindetemperatur und die Abbindezeit zu verstehen. Die Abbindebedingungen üben einen wesentlichen Einfluß auf die Wirtschaftlichkeit des Klebverfahrens aus.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbindung von umformba ren Blechbauteilen, vorzugsweise Feinblechen, durch Kleben zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Festigkeit der Klebverbindungen zu erhöhen und durch gezielte Ein flußnahmen auf die Verarbeitungstemperatur und den auszuübenden Druck den tech nologischen Ablauf des Klebens effektiver zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

a) örtliche Umformung mindestens eines der Blechbauteile im Bereich der herzu stellenden Klebverbindung zur Bildung mindestens eines offenen oder ge schlossenen Hohlraumes zwischen den zu verbindenden Teilen zur Aufnahme mindestens eines Klebmoduls,
b) Oberflächenbehandlung der Fügeflächen,
c) Einlegen eines Klebmoduls in den gebildeten Hohlraum und Fixierung des Klebmoduls,
d) Fixieren der zu verbindenden Blechbauteile,
e) Verschließen des gebildeten Hohlraumes und Verringerung des Hohlraumvolu mens durch teilweise Umformung der den Hohlraum begrenzenden Umhüllung mittels jeweils einer von oben und unten einwirkenden Elektrode oder eines ge eigneten Umformwerkzeuges bei gleichzeitiger Einwirkung eines in seiner Größe einstellbaren Druckes auf das Klebmodul,
f) elektrische Widerstandserwärmung der Blechbauteile mittels der Elektroden im Bereich des Klebspaltes, um das Klebmodul in einen benetzungsfähigen Zu stand zu überführen oder das Abbinden des Klebstoffes zu unterstützen,
g) Unterbrechen des Stromflusses zwischen den beiden Elektroden,
h) Abbinden des Klebstoffes und
i) Druckentlastung der Elektroden.

Durch die Ausbildung eines entsprechenden Hohlraumes infolge der Umformung min destens eines der Blechbauteile im Bereich der Klebverbindung wird eine größere Oberfläche der Klebfuge und damit eine Verbesserung der formspezifischen Haftkräfte erzielt. Demzufolge können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren höhere Festigkei ten der Klebverbindungen erreicht werden. Die Einwirkung einer zusätzlichen steuer baren Druckkraft gemäß dem Verfahrensschritt e) führt zu einer optimalen Benetzung der Fügeflächen mit dem Klebstoff. Der sich in dem Hohlraum bzw. der Ausnehmung befindende Klebstoff kann somit nicht unkontrolliert breitlaufen. Durch eine entspre chende Ausbildung der Elektrodenflächen kann ein gleichmäßiger Druck auf die Kleb flächen ausgeübt werden.

Das Verfahren ist besonders für den Einsatz von festen Klebmodulen auf der Basis von Schmelzklebstoffen geeignet. Die Klebmodule, die je nach Ausbildung der Klebfuge in ring-, schlaufen- oder stabförmiger Form eingesetzt werden, können in die gebildete Ausnehmung eingepreßt oder eingeklemmt werden. Die durch Umformung gebildeten Ausnehmungen weisen z. B. eine Tiefe von 1 bis 2 mm auf. Vor dem Einsetzen der Klebmodule werden die zu verklebenden Stellen in an sich bekannter Weise vorbehan delt. Der Klebvorgang kann kontinuierlich mittels bekannter elektrischer Widerstands schweißautomaten durchgeführt werden. Die zu verklebenden Blechbauteile werden zwischen den beiden Elektroden in Arbeitsposition gebracht und die Elektroden wer den an die Oberflächen der Bleche herangefahren. Durch Zuschalten des Elektroden stromes werden die Bleche im Bereich der Klebstelle auf die erforderliche Arbeitstemperatur erwärmt und dabei wird das Klebmodul durch Wärmeübergang in ei ne fließfähige Phase überführt. Durch die gleichzeitige Umformung der den Hohlraum begrenzenden Umhüllung wird ein Druck auf den Klebstoff ausgeübt, der zu einer opti malen Benetzung der Klebeflächen führt. Nach dem Abschalten des Elektrodenstromes wird der Druck der Elektroden auf die Blechteile weiter aufrechterhalten und der Kleb stoff kann aushärten.

Es können auch Klebmodule eingesetzt werden, die aus einem wärmehärtbaren Kleb stoff bestehen, der mit einer wärmeempfindlichen Umhüllung versehen ist, die durch kurzzeitige Temperatureinwirkung schmilzt. Bei Verwendung eines solchen Klebmo duls wird nach dem Zusammenfahren der Elektroden das Klebmodul kurzzeitig er wärmt, um die Umhüllung zum Schmelzen zu bringen. Danach erfolgt die Umformung der den Hohlraum bildenden Wand bzw. Umhüllung durch Einwirkung der Elektroden kräfte. Dabei wird auf den flüssigen wärmehärtbaren Klebstoff ein Druck ausgeübt, wo durch der Klebstoff die Fügeflächen in optimaler Weise benetzt. Danach wird unter Aufrechterhaltung der Elektroden kraft ein Elektrodenstromfluß ausgelöst, der die Blechbauteile auf die erforderliche Arbeitstemperatur erwärmt und die zum Abbinden des Klebstoffes notwendige Wärme entsteht. Je nach Art des Klebstoffes und der spe zifischen Verarbeitungsbedingungen kann der Verfahrensschritt f) zeitlich vor dem Ver fahrensschritt e) durchgeführt werden. Dabei wird die den Hohlraum bildende Umhül lung vor dem Umformen auf die erforderliche Arbeitstemperatur zur Überführung des Klebmoduls in einen benetzungsfähigen Zustand oder zum Abbinden erwärmt. Die Verfahrensschritte e) und f) können auch zum gleichen Zeitpunkt ausgelöst wer den. Es ist auch möglich, die Umformung gemäß dem Verfahrensschritt e) zeitlich ge trennt in zwei Stufen, und zwischen den beiden Stufen den Verfahrensschritt f) durch zuführen. Sollte es zweckmäßig sein, den Umformvorgang gemäß dem Verfahrens schritt e) mittels eines gesonderten Umformwerkzeuges auszuführen, so ist es erfor derlich, daß zwischen der Elektrode und dem Umformwerkzeug eine Isolierung ange bracht wird.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mittels elektrischen Wider standsschweißvorrichtungen bekannter Ausführung erfolgen. Dadurch ist es möglich, den technologischen Ablauf dieses Klebverfahrens zu automatisieren. Das Verfahren ist z. B. auch hervorragend zur Herstellung Klebdichtverbindungen ge eignet, wobei die abzudichtenden Fugen zuvor durch Punktschweißen verbunden wurden.

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt zwei zum Kleben vorbereiteter Bleche und

Fig. 2 die Klebstelle gemäß der Fig. 1 nach dem Klebvorgang.

In der Fig. 1 sind zwei zu verbindende Bleche 1, 2 dargestellt, wobei in das obere Blechteil 1 mittels eines Tiefziehwerkzeuges eine zylindrische Ausnehmung 4 mit ei nem Innendurchmesser von 7 mm und einer Tiefe von 1,5 mm eingeformt ist. Die bei den Bleche 1, 2 bestehen aus dem Werkstoff St 1203 und haben jeweils eine Dicke von 0,5 mm. Das Tiefziehen erfolgte mit einer Umformkraft von 4,5 kN. Die Klebflächen der beiden Bleche 1, 2 wurden in an sich bekannter Weise vorbehandelt, durch Entfetten mittels eines geeigneten Lösungsmittels.

Anschließend wird in die Ausnehmung 4 des Bleches 1 ein Klebmodul 3, bestehend aus einem Schmelzklebstoff auf Polyamidbasis, mit einem Außendurchmesser von 7 mm und einer Dicke von 1 mm eingepreßt. Das Klebmodul liegt in Tablettenform vor. Danach werden die beiden zu verklebenden Bleche 1, 2 in Klebposition gebracht und in einer handelsüblichen Widerstandspunktschweißmaschine zwischen den beiden Elektroden positioniert. Die beiden Elektroden 4, 5 werden zusammengefahren und kommen mit den Oberflächen der zu verklebenden Bleche in Berührungskontakt. Die beiden Elektroden wirken nun mit einer Elektrodenkraft F_E von 4 kN auf die den Hohl raum begrenzende Umhüllung, die dadurch teilweise verformt wird.

Dabei wird das feste Klebmodul unter Druck gesetzt und nach einer Vorhaltezeit von 1 s werden die Elektroden unter Strom mit einem Effektivwert von 5 kA gesetzt, für ei ne Zeitdauer von 1 s. Der Strom fließt von der Elektrode 5 über die Bleche 1, 2 und zur Elektrode 6. Die Bleche werden durch Widerstandserwärmung im Bereich der Klebstel le erwärmt und durch Wärmeübergang wird der in der Ausnehmung 4 fixierte feste Klebmodul auf seine Schmelztemperatur von 210°C gebracht und geht dabei in einen flüssigen Zustand über und benetzt die Klebflächen. Diese Vorgang wird durch die noch an liegende Elektroden kraft unterstützt, wodurch eine optimale Benetzung der Klebflächen erreicht wird. Infolge der anliegenden Elektroden kraft wird die den Hohl raum begrenzende Umhüllung durch Absenken der Werkstoffestigkeit durch den Er wärmungsvorgang weiter verformt. Nach dem Abschalten des Stromes für die Elektro den 5, 6 werden diese mittels Wasser gekühlt und dabei die noch im Bereich der Kleb stelle vorhandene Wärme abgeleitet, wodurch der flüssige Klebstoff zum Erstarren ge bracht wird. Auch während des Erstarrungsvorganges des Klebstoffes wird die anliegende Elektrodenkraft weiter aufrechterhalten. Erst nach einer Nachhaltezeit von 4 s ab dem Zeitpunkt des Abschaltens des Stromes für die Elektroden wird die Elektro denkraft zurückgenommen und die Elektroden werden in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt.

In der Fig. 2 sind die nach Beendigung des Klebvorganges durch den Klebfilm 3′ mit einander verbundenen Bleche 1, 2 gezeigt. Diese Klebverbindung weist gegenüber ei ner auf konventionelle Art und Weise hergestellten Klebverbindung unter gleichen Be dingungen, wie Vorbehandlung und Klebstoffzusammensetzung, eine wesentlich hö here Klebfestigkeit auf.

Claims

1. Verfahren zur Verbindung von umformbaren Blechbauteilen, vorzugsweise Fein blechen, durch Kleben, mittels folgender Verfahrensschritte:

a) örtliche Umformung mindestens eines der Blechbauteile im Bereich der herzu stellenden Klebverbindung zur Bildung mindestens eines offenen oder ge schlossenen Hohlraumes zwischen den zu verbindenden Teilen zur Aufnahme mindestens eines Klebmoduls,
b) Oberflächenbehandlung der Fügeflächen,
c) Einlegen eines Klebmoduls in den gebildeten Hohlraum und Fixierung des Klebmoduls,
d) Fixieren der zu verbindenden Blechbauteile,
e) Verschließen des gebildeten Hohlraumes und Verringerung des Hohlraum volumens durch teilweise Umformung der den Hohlraum begrenzenden Um hüllung mittels jeweils einer von oben und unten einwirkenden Elektrode oder eines geeigneten Umformwerkzeuges bei gleichzeitiger Einwirkung eines in seiner Größe einstellbaren Druckes auf das Klebmodul,
f) elektrische Widerstandserwärmung der Blechbauteile mittels der Elektroden im Bereich des Klebspaltes, um das Klebmodul in einen benetzungsfähigen Zustand zu überführen oder das Abbinden des Klebstoffes zu unterstützen,
g) Unterbrechen des Stromflusses zwischen den beiden Elektroden,
h) Abbinden des Klebstoffes und
i) Druckentlastung der Elektroden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt f) zeitlich vor dem Verfahrensschritt e) durchgeführt wird und dabei die den Hohl raum bildende Umhüllung vor dem Umformen auf die erforderliche Arbeitstem peratur zur Überführung des Klebmoduls in einen benetzungsfähigen Zustand oder zum Abbinden erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte e) und f) gleichzeitig durchgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung gemäß dem Verfahrensschritt e) zeitlich getrennt in zwei Stufen erfolgt und zwischen den beiden Stufen der Verfahrensschritt f) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Umformwerkzeuges zwischen der Elektrode und dem Umform werkzeug eine Isolierung angeordnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmodul ein Schmelzklebstoff fester Konsistenz ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmodul aus einem wärmehärtbaren Klebstoff flüssiger oder pastöser Konsi stenz besteht und aus einer den Klebstoff umschließenden Umhüllung, die sich bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur auflöst.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmodul ring-, schlaufen- oder stabförmig ausgebildet ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebmodule durch Pressen oder Klemmen fixiert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zum Abdichten punktgeschweißter Nahtverbindungen eingesetzt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bestehend aus einer elektrischen Widerstandsschweißvorrichtung.