DE19618255C2 - Vorrichtung zum Verbinden von Aluminium- oder Aluminium/Stahl-Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.

Es ist allgemein bekannt im Automobilrohbau, Klebstoffe zum Verbinden von Bau­ teilen einzusetzen. Die Klebstoffe bewirken eine hohe Festigkeit und Steifigkeit der Karosserie bei gleichzeitig sehr gutem Korrosions- und Dämpfungsverhalten. In vielen Bereichen des Eigenschaftsprofiles ist das Kleben den anderen gängigen Fügeverfahren überlegen. Dies gilt insbesondere für das Fügen von Bauteilen aus Aluminium, da hier die bei Stahl eingesetzten Schweißverfahren nur zu relativ ge­ ringen Festigkeiten bei erhöhtem Aufwand führen.

Nachteilig ist es beim Kleben jedoch, daß bestimmte Prozeßparameter relativ genau eingehalten werden müssen, daß der Einsatz niederviskoser Klebstoffe oftmals zur Verschmutzung von Arbeitsplatz und des Zusammenbaus führt und vor allem, daß eine ausreichende Festigkeit der Verbindung erst nach derzeit ca. 20 Minuten bei 185°C erzielt wird und somit ein Weitertakten erst nach Ablauf dieser Zeitspanne erfolgen kann.

Man ist deshalb dazu übergegangen, zusätzliche Fixierungen zu verwenden. Als Fixierung kann eine mechanische Fixierung oder eine Kombination von Kleben mit anderen Fügeverfahren wie z. B. Punktschweißen, Clinchen oder Nieten vorge­ sehen werden. Diese zusätzliche Fixierung erzeugt allerdings zum einen erhebli­ che Kosten, zum anderen wird die Verschmutzung von Zusammenbau und Ar­ beitsplatz in besonderem Maße durch den über längere Zeit nicht ausgehärteten Klebstoff und durch das Auspressen des Klebstoffs aus der Fuge infolge der zu­ sätzlichen Fixierung bewirkt.

Ein Aushärten der geklebten Rohkarosse bzw. Teile von ihr wird bisher im KTL- Trockner oder in einem separaten Rohbauofen durchgeführt. Letzterer hat den Nachteil, daß er hohe Investitionskosten und zusätzliche Arbeitstakte gegenüber einer geschweißten Karosserie verlangt, so daß sich dies in der Praxis nicht durch­ setzen konnte.

Die Klebstoffaushärtung im KTL-Trockner ist ein kostenfreies Abfallprodukt, da dieser Arbeitsschritt derzeit in jedem Fall auch bei üblichen Karosserien aus Stahl durchgeführt werden muß, um einen optimalen Lackaufbau zu gewährleisten. Dies bedeutet einen Kostenvorteil gegenüber der Verwendung eines speziellen Roh­ bauofens.

Nachteilig ist es jedoch hierbei, daß zum einen die produktionstechnische Schnitt­ stelle zwischen Rohbau und Lackiererei nicht klar definiert ist, da das Kleb­ stoffaushärten, das eigentlich einen Rohbauprozeß darstellt, erst in der Lackiererei stattfindet. Zum anderen bleibt während des gesamten Rohbaus der Klebstoff vis­ kos, was zu einer Verschmutzung von Arbeitsplatz und Karosserie führt.

Als gravierenden Nachteil hat sich jedoch herausgestellt, daß - da die Karosserien vor dem KTL gewaschen werden müssen -, somit also die verwendeten Klebstoffe auswaschbeständig sein müssen. Diese Auswaschbeständigkeit verlangt eine sehr hohe Viskosität des Klebstoffes, was wiederum zu einem erhöhten Verarbei­ tungsaufwand und insbesondere zu Problemen bei der Kombination des Klebens mit anderen Fügeverfahren führt. Hiervon ist speziell das Clinchen betroffen, da hierbei eine teilweise Durchdringung der zu verbindenden Bauteile unter Druck erfolgt, mit der Folge, daß die dort vorhandene Klebstoffschicht herausgepreßt wird. Darüber hinaus ist es derzeit nicht möglich, bei der Verwendung auswaschbestän­ diger Klebstoffe das Clinchen durch die Klebschicht hindurch einzusetzen.

Die gattungsbildende DE 35 18 946 A1 beschreibt eine Handvorrichtung zum Er­ wärmen von warmaushärtenden Klebstoffen, die zum Verbinden zweier Bauteile dient. Hierbei kann das Arbeitsgerät von Hand gehalten werden oder aber auch an einem Roboter angebaut sein. Der während der Aushärtphase notwendige Anpreß­ druck wird über das Arbeitsgerät entweder vom Werker oder vom Roboter ausgeübt (Seite 9, 2. und 3. Absatz).

Bei der Herstellung von Automobilkarosserien hat ein derartiges handhabbares Ar­ beitsgerät den Nachteil, daß es bei längeren Klebstoff-Flächen für den Werker sehr zeit- und kraftraubend ist, mit einem punktuell arbeitenden Arbeitsgerät die Kleb­ stoffschichten zu erwärmen. Darüber hinaus müssen Spannvorrichtungen vorgese­ hen werden, um die zu verklebenden Teile zu fixieren und während der Aushärt­ phase lagegenau zu halten.

Der Einsatz eines Roboters ist nicht überall aufgrund der räumlichen Gegebenheiten möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Arbeitsgerät so weiterzubilden, daß der Klebstoff auch an größeren Klebstoff-Flächen schnell und kraftsparend induktiv erwärmt werden kann.

Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Diese Lösung hat den Vorteil, daß zum einen die zu verklebenden Bauteile ausgerichtet und dann mit Hilfe der Spanneinrichtung lagegenau gespannt werden können. Erst dann werden die In­ duktionsspulen aktiviert. Nach Erreichen der Aushärt-Temperatur können dann die Induktionsspulen deaktiviert werden, ohne daß die Spanneinrichtung gelöst werden muß. Damit kann gerade beim Verkleben von Rohkarosserie-Bauteilen die Roh­ karosserie weitergefördert werden zur nächsten Arbeitsstation, ohne daß gewartet werden muß, bis der Klebstoff soweit abgebunden ist, daß ein Verschieben der zu verklebenden Bauteile mit Sicherheit vermeiden wird.

Eine Weiterbildung ist im Anspruch 2 enthalten.

Ganz allgemein läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Verkleben auch von unterschiedlichen Materialien durchführen. Auf jeden Fall können unter­ schiedliche Materialstärken miteinander verklebt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen schematisierten Querschnitt durch eine Klebstelle mit Induktions­ zange;

Fig. 2 ein Temperaturzeitschaubild.

In Fig. 1 ist schematisiert ein Querschnitt durch zwei zu verklebende Aluminium­ bleche dargestellt. Die beiden Bleche sind mit der Bezugsziffer 1 und 2 versehen, die zwischen ihnen befindliche Klebstoffschicht hat die Bezugsziffer 3.

Durch nicht gezeigte Abstandshalter werden die beiden Aluminiumbleche 1 und 2 auf Abstand gehalten, so daß die Schichtdicke der Klebstoffschicht während des Aushärtens unter Vorspannung nicht verringert wird.

Zum Erzeugen der Vorspannung und zum Aushärten wird die nur schematisiert dar­ gestellte zangenartige Spanneinrichtung 4, im folgenden der Einfachheit halber Zange genannt, verwendet. An den beiden Zangenarmen 5 und 6 sind jeweils die Backen 7 und 8 befestigt, deren Ausgestaltung der Form der zu verbindenden Bau­ teile im Verbindungsbereich entspricht. Bei ebenen Blechen sind sie folglich als flä­ chige Backen ausgebildet.

Jede der beiden Backen beinhaltet einen oder mehrere Induktoren. Gezeigt ist dies schematisch in der Backe 7. Dort ist der Induktor mit 9 bezeichnet.

Umhüllt sind die Induktoren von einer Vergußmasse, die gleichzeitig die Kontakt­ stelle mit dem Aluminiumblech bilden. Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß bei einer Frequenz von 103 kHz, einer Stromstärke von 2 A und einer Spannung von 5 kV eine Klebschicht innerhalb von 5 Sekunden auf eine Objekttemperatur von 180°C erwärmt werden konnte. Die Klebstoffschicht hat eine Länge von 50 mm. Um die Temperatur von 180°C zu halten, werden lediglich 2 kW benötigt. Nach einer Gesamtprozeßzeit von 42 Sekunden war die Klebstoffschicht komplett ausgehärtet. Das entsprechende Temperaturzeitdiagramm ist in Fig. 2 dargestellt.

Gute Resultate wurden auch dadurch erzielt, daß die Aufheizzeiten zwischen 2 und 20 Sekunden und die Objekttemperatur zwischen 180°C und 240°C variiert wurden. Die Dauer der Aufheizzeit und die Höhe der Objekttemperatur ist abhängig von den Bauteilformen sowie der Klebstoffschichtdicke.

Als Klebstoffe können alle gängigen warmaushärtenden Systeme auf Basis von Epoxidharz und anderen chemischen Basen verwandt werden, die zum Teil bereits jetzt in der Fertigung von Automobilen bei Verklebungen eingesetzt werden.

Sollte sich während des sehr schnellen Aushärtvorganges herausstellen, daß die Diffusionsgeschwindigkeit bestimmter Klebstoffbestandteile zu gering ist, können einkomponentige Epoxidharzsysteme derart modifiziert werden, daß ihre Reak­ tionsgeschwindigkeit herabgesetzt wird.

Untersuchungen auf die technologischen Eigenschaften der gemäß oben be­ schriebenen Aushärtprozeß hergestellten Verbindungen entsprechen denjenigen, die auf herkömmliche Art und Weise im Umluftofen bei 180°C während 17 Minuten ausgehärtet wurden. So konnte eine Zugscherfestigkeit von < 25 N/mm² erzielt werden. Die Maßhaltigkeit der Bauteile nach der Aushärtung entsprach den gefor­ derten Toleranzen. Die Qualität der Oberfläche der Fügestelle war nicht beein­ trächtigt.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Verbinden von Aluminium- oder Aluminium/Stahl-Bauteilen für Kraftfahrzeug-Karosserien in der Serienfertigung im Kraftfahrzeug­ rohbau, bei dem die zu verbindenden Bauteile mit einer Klebschicht aus einem warmaushärtbaren Klebstoff versehen sind, mit einer Einrichtung zum induktiven Erwärmen der Klebstoffschicht und zum Zusammenpressen der verklebenden Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß zur induktiven Erwärmung eine zangenartige Spanneinrichtung (4) vorgesehen ist, in deren Zangenbacken (7, 8) Induk­ tionsspulen (9) eingebaut sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Backen (7, 8) dem Verlauf der Klebstoffauftragsfläche angepaßt ist.