DE2922969C2

DE2922969C2 - Verfahren zum Zusammensetzen tafelförmiger Gebilde und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE2922969C2
Application number: DE2922969A
Authority: DE
Inventors: Haruyoshi Yamato Kanagawa Takagishi; Makoto Koshigaya Saitama Wakabayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1985-08-01
Also published as: GB2026386B; US4293363A; FR2428167A1; FR2428167B1; DE2922969A1; GB2026386A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe c) die Erwärmung mittels eines elektrischen Stromes erfolgt, der im wesentlichen nur durch einen Bereich eines der beiden Tafelelemente geht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom hochfrequent ist.
3. Aushärtvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

— eine elektrische Stromquelle (64,93),

— ein Paar von Elektroden (60, 61), die an die jeweiligen Klemmen der Stromquelle angeschlossen sind, und

— Konfakteinrichtungen (42, 49, 50, 51), die einen Zylinder (42). der eine in dem Zylinder hin- und hergeilend bewegliche Kolbenstange enthält, eine Feder (46), die die Kolbenstange (45) in Richtung auf die Tafelelemente (70) drückt, und einen Elektrodenhalter (49,50,51), der schwenkbar (bei 48) mit der Kolbenstange (45) verbunden ist und die Elektroden (60,61) hält, aufweisen.

4. Aushärtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Hochfrequenz-

stromqueile ist.
5. Aushärtvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtungen zwei

Zylinder (82,82') aufweisen, von denen jeder eine Kolbenstange (85,85') enthält, die in dem Zylinder hin- und hergehend beweglich ist und jeweils eine Feder (86, 86') enthält, die die Kolbenstange in Richtung auf die Tafelelemente (70) drückt, und daß zwei Elektrodenhalter (90,90') vorgesehen sind, von denen jeder mit einer der Kolbenstangen (85,85') verbunden ist und eine der Elektroden (60,61) liält.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammensetzen tafelförmiger Gebilde nach dem Oberbegriff des Anspruchs I sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der GB-PS 7 37 374 ist ein Verfahren zur Verbindung aufeinandergestapelter Flächenelemente bekannt.

die mit wärmehärtbarem Harz imprägniert sind. Dabei wird ein niederfrequenter Wechselstrom durch den Stapel geleitet, wozu auf gegenüberliegenden Flächen des Stapels Elektroden angeordnet werden, die an eine niederfrequente Wechselstromspannung angeschlossen sind. Um den elektrischen Widerstand des wärrsiehärtbaren Harzes zu verringern und um die Aushärtung zu beschleunigen, wird zusätzlich der Stapel erwärmt.

Aus der DE-OS 23 62 247 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen durch Kleben

bekanntgeworden, bei dem zwischen die zusammenzufügenden Materialien ein im wesentlichen aus einer Schicht wärmeempfindlichen Klebers bestehendes Verbindungselement eingefügt und durch ein elektrisches Feld von hoher Frequenz direkt erhitzt wird, bis der solcherart erhitzte Kleber die zusammenzufügenden Materialien miteinander verbindet.

Aus der US-PS 29 70 077 ist weiterhin ein Verfahren zum Verbinden metallischer Elemente bekannt, bei dem auf wenigstens eine der zu verbindenden Flächen eine Mischung mit einem Polyamid aufgebracht wird und anschließend die Verbindung erhitzt wird.

Eine Übertragung der bekannten Verfahren auf bestimmte Fließbandverfahren oder Massenproduktionen, z. B. auf den Autornobilbau, ist nicht ohne weiteres möglich, da beispielsweise die für die Erwärmung benötigten Zeiten zu groß sind, d. h. das Band müßte zu lange angehalten werden. Außerdem ergeben sich bei großen Teilen, wie Fahrzeugtüren oder Kofferraumdeckel, im Automobilbau entsprechende Energieprobleme. Darüber hinaus besteht bei der Erwärmung der miteinander zu verbindenden Tafelelemente auch die Gefahr, daß sich auf den Außenflächen Oxidablagerungen bilden, die dann mühsam wieder entfernt werden müssen, insbesondere, wenn man zur Beschleunigung der Aushärtung sehr stark aufheizt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der die tafelförmigen Elemente vorübergehend mit einer M) Festigkeit zusammengefügt werden können, die die beim Einbau des Teils auftretenden Kräfte aushält, ohne daß dabei Verbinderungen, wie ein Oxidfilm, auf der äußeren Sichtseite der äußeren Tafel des Bauteils auftreten.

Die Lösung vorstehender Aufgabe geht aus den Patentansprüchen hervor. Anhand der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbcispielen in Verbindung mit der Zeichnung werden die Einzelheiten, der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung deutlich. Es zeigt
F i g. 1 ein Schemadiagramm des Herstellungsablaufes für ein zusammengesetztes Fahrzeugbauteil:

F i g. 2 die perspektivische Ansicht einer automatisch arbeitenden Klebcraufsprühanlage;

F i g. 3A und 3B Schemadarstellungen, die das Prinzip der Erfindung andeuten;

F i g. 4 eine Vertikalschnittdarstelliing einer ersten Ausführiingsform der Kleberabbindevorrichtung;

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 4;

F i g. 6 eine Vertikalschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Kleberabbindevorrichtung;

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie VU-VH in F i g. 6.

In Fig. 1 ist in Diagrammform ein Teil einer Produktionsstraße dargestellt, die sich aus einer Anzahl von Behandlungsstationen zusammensetzt, durch die das innere und das äußere tafelförmige Element hindurchgehen, bis ein Fahrzeugbauteil, beispielsweise eine Fahrzeugtür, daraus zusammengefügt ist. Ein äußeres tafelförmiges Element wird entweder automatisch oder von einem Arbeiter von einer Eingangsstaiion 1 auf die Produktionsstraße aufgelegt und zu einer Grundierstation 2 bewegt, wo auf einen gewünschten Bereich der äußeren Tafel eine Grundierung aufgebracht wird. Anschließend durchläuft die äußere Tafel eine Station 3, in der ein Kleber aufgetragen wird. Diese Station enthält eine automatische Kleberaufsprüh-Einrichtung to, die in ihren Einzelheiten später noch beschrieben wird und die einen thermisch aushärtbaren Kleber auf die Bereiche der äußeren Tafel aufträgt, die mit einer inneren Tafel eine Verbindung bekommen sollen. Ein inneres tafelförmiges Element mit einem kurzzeitig mit ihm verbundenen Fensterrahmen wird entweder automatisch oder von einem Arbeiter auf die Eingangsstation 4 der Arbeitsstraße aufgelegt und zu den Schweißstationen 5 und 6 gefördert, wo Stützen für das Türschloß, die Türscharniere od. dgl. angeschweißt werden. Das innere und das äußere tafelförmige Element werden dann in einer gemeinsamen Station 7 zueinander ausgerichtet, und anschließend werden die Ränder der aufeinandergepaßten Tafelelemente zusammengefalzt, was in einer Falzstation 8 geschieht. Daran anschließend werden die zusammengefalzten Tafelelemente in eine Kleberaushärt-Station 9 eingeführt, die eine Kleberaushärt-Vorrichtung 40 enthält, welche an späterer Stelle genauer beschrieben wird und mit der z. B. zwei Punkte jeweils entlang der drei Seitenränd;r des Fahrzeugbauteils erhitzt werden, so 2υ daß der aushärtende Kleber zum Teil abgebunden ist Es sei hier bemerkt, daß der aushär, -<ide Kleber bei diesem Vorgang nicht vollständig abgebunden sein muß, sondern daß die Abbindung auch noch in e; iem solchen Maße unvollständig sein kann, daß die beiden tafelförmigen Elemente mit einer Festigkeil der Verbindung zusammengefügt sind, die die beim anschließenden Einbau des Fahrzeugbauteils in den Fahrzeugrumpf auftretenden Kräfte auszuhalten vermag.

In der Fig.2 ist eine automatische Kleberaufsprüh-Einrichtur^ 10 dargestellt, die drei Sprüheinrichtungen hat, die in ihrer Gesamtheit jeweils mit 20 bezeichnet sind. Die Sprüheinrichtungen 20 sind an Rahmen 21 befestigt, weiche drei Seiten eines rechteckigen Rahmens bilden. Jede Sprüheinrichtung 20 enthält einen Antriebszylinder 22, der am Tragrahmen 21 befestigt ist Der Antriebszylinder 22 besitzt einen Kolben, und eine mit den beiden gegenüberliegenden Kolbenenden verbundene Kette 23 ist über Umlenkräder 24,25 geführt. Mit der Kette 23 ist ein Gleiter 26 verbunden, der auf einer Führungsstange 27 entlanggleitet, die im Rahmen 21 gehaltert ist Der Gleiter 26 trägt einen Sprühkopf 28, der über einen Schlauch 29 an eine Pumpe 30 angeschlossen ist, die aus einem Tank 31 den thermisch aushärtenden Kleber zuführt.

Wenn das äußere tafelförmige Element auf Förderschienen 32 zur automatischen Kleberaufsprühvorrichtung 10 gefördert ist wird ein Zylinder 33 betätigt, der einen Unterstützungsrahmen 34 mit ausrichtenden Tragelementen 35 darauf anhebt, wodurch das äußere tafelförmige Element in eine bestimmte vorgegebene Position ausgerichtet wird. In diesem Zustand wird von den Sprühköpfen 28 der thermisch aushärtende !(leber auf Bereiche des äußeren tafelförmigen Elementes aufgesprüht, die einen Verbindungsbereich darstellen, während die Zylinder 22 betätigt werden, so daß die Sprühköpfe 28 sich verschieben. Die Verschiebung der Sprühkopf;: 28 in einer Fbene genügt, auch wenn das äußere tafelförmige Element gekrümmt ist, da Fahrzeugbauteile, wie Fahrzeugtüren, Motorhauben u. dgl. keine besonders starke Krümmung aufweisen.

Brauchbare thermisch aushärtende Kleber, die in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt werden können, sind in der Tabelle 1 aufgeführt und enthalten 100 Teile einer Mischung aus flüssigem Epoxydharz, verdünntem Epoxydharz, Härter, Füller und Modifiziermittel, 1 bis 7 Teile Siliciumdioxid (S1O2 und S1O2 · ΛΗ2Ο, worin η — 1 bis 3), deren kinematische Viskosität bei Raumtemperatur kleiner als 50 000 cps und deren statische Viskosität bei erhöhter Temperatur größer ah 50 000 cps ist, wie dies in Tabelle 2 wiedergegeben ist.

Versuche zeigen, daß für eine sichere Abbindung des thermisch aushärtenden Klebers zwischen den Tafelelementen die Erwärmung der Tafelelemente selbst wünschenswert ist, z. B. mit Hilfe eines elektrischen Stroms, der unmittelbar durch die Tafelelemente strömt. Die Fig.3A zeigt schematisch eine beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht angewandte Kleberabbinde-Anordnung, die für diesen Zweck erdacht worden ist. In der Anordnung Fig.3A wird ein Paar Hauptelektroden Pl und P2 mit der Oberseite der Anordnung aus den tafelförmigen Elementen K\ bis K 3 in Berührung gebracht, und eine Gegenelektrode B wird unter die Unterseite dieser Tafelanordnung und mit dieser in Berührung plaziert, woraufhin Spannung an die Elektroden P I und P2 gelegt wird. Hierbei fließt dann der Hauptteil dis elektrischen Stroms von der Elektrode Pl durch die Tafelanordnung zur Gegenelektrode B und von dieser wieder durch die Tafelanordnung zur Elektrode P2. Das hat zur Folge, daß die Schichtung oder Anordnung der Tafelelemeiite örtlich nur in den Bereiche; erhitzt wird, die mit den Elektroden in Berührung sind, und der Grad des Abbindens des aushärtenden Klebers ist dabei zu gering, als daß eine feste Verbindung zwischen den Tafelelementen hervorgerufen wird. Zusätzlich üben die Elektroden einen starken Druckauf die. Schichtung der Tafelelemente aus, wodurch der Kleber ausgepreßt wird.

In der Anordnung der Fig.3B dagegen wird ein Paar von Elektroden Qi und Q2 mit der Oberseite der bo Anordnung aus den Tafelelementen /Cl bis K3 in Berührung gebracht, so daß elektrischer Strom, der den Elektroden zugeführt wird, von der Elektrode Q 1 durch das tafelförmige Element K 1 zur Elektrode Q2 iließt, wodurch der Bereich der Tafel K 1, der zwischen den Elektroden Q1 und Q 2 gelegen ist, erwärmt wird. Da der /.wischen den Tafelelementen befindliche Kleber als Isolator wirkt, fließt durch die darunter befindlichen Tafclelemente K 2 und K 3 praktisch kein elektrischer Strom. Bei Anwendung von hochfrequenter Elektrizität, die einen Skin-Efi'ekt hat, wird diese Isolationswirkung auf den Strom zur Schicht K 1 verstärkt. Bei dieser Anordnung üben die Elektroden einen geringen Druck auf die Schichtung der Tafelelemente aus. so daß der aushärtende Kleber nicht herausgequetscht wird.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Kleberabbinde-Vorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Kleberabbinde-Vorrichtung 40 weist eine Bcfestigungs- oder Tragplatte 41 auf, mit der das obere Ende eines Pufferzylinders 42 mit einer Schraubbolzen- und Mutter-Verbindung43,44fest verbunden ist. Der Puffeirzylinder 42 enthält eine Kolbenstange 45 mit einem Kolben 45a am oberen Ende und eine Pufferfeder 46, die den Kolben 45.·/ abwärts drückt. Der Pufferzyiinder 42 besitzt im oberen Bereich ein Entlüftungsventil 47. Das untere Ende der Kolbenstange 45 ist mittels eines Stiftes 48 mit einer beweglichen Platte 49 verbunden, die aus einem Isoliermaterial besteht. Ein Paar leitfähiger Halter 50 und 51 ist auf gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte 49 unter Zwischenfügung von isolierenden Unterlegscheiben 52 und 53 und isolierenden Buchsen 54 und 55 mit Bolzen 56 bis 59 verbunden, wie dies im einzelnen in F i g. 5 zu sehen ist. Ein Elektrodenpaar IsO und 61 ist an der

ίο unteren Fläche des jeweiligen Halters 50 und 51 befestigt und mittels Zuführleitungen 62 und iB3 an die Klemmen 64a, 64t einer Stromquelle 64 angeschlossen. Es sei bemerkt, daß die Stromquelle 64 eine Hochfrequenz-Stromquelle sein kann. Kühlwasserschläuche 65 und 66 dienen der Kühlung der Halter 50 und 51 und auch der Elektroden 60 und 61. Die Kleberabbinde-Vorrichturig weist darüber hinaus einen Tisch 67 auf. der aus Isoliermaterial besteht und der den Flanschbereich 70 eines Fahrzeugbauteils unterstützt, dessen innere und äußere tafelförmige Elemente 70a und 70£ miteinander zu verbinden sind. Ein Hebezylinder 68 mit darin befindlichem Kolben 68a hebt und senkt den Tisch 67.

Die Arbeitsweise ist folgendermaßen: Wenn kein Fahrzeugbauteil zur Klebcrabbinde-Station 10 gefördert wird, befindet sich der Kolben 68,·? in seiner untersten Stellung, die strichpunktiert angedeutet ist. während der

Küiücm 45*/ gegen uic üniCi'c AuSCnlüupiaitc ucS rüiTcf£yiifitJcrä 42 geufüCKi w'ifu. KöfniTii ύϋηΓι Cin riinf/'Cüj;-

bauteil, wie etwa eine Fahrzeugtür, in die Kleberabbinde-Stalion 10, wofür ein Förderer (nicht gezeigt) sorgt, dann wird der Hebezylinder 68 betätigt, so daß der Tisch 67 nach oben geht und der Flanschteil 70 des Fahrzeugbauteils mit den Elektroden 60 und 61 in Berührung kommt. Dadurch fließt Strom von einer Elektrode durch den Flanschbereich 70 des Fahrzeugbauteiis zur anderen Elektrode. Da die Elektroden 60 und 61 an ihren jeweiligen Haltern 50 und 51 sich vertikal bewegen können und sich aufgrund der Platte 49 auch verschwenken lassen, können die Elektroden 60 und 61 stets mit dem Flanschbcrcich 70 des Fahrzcügbauicils in Kontakt sein, auch wenn dieser gegen die Waagerechte geneigt ist.

Da der aushärtende Kleber, der auf den Bereich des äußeren Tafelelementes aufgetragen ist, der mit dem inneren Tafelelement verbunden werden soll, als Isolator wirkt, f.vßt der überwiegende Teil des elektrischen Stromes durch die oberste Schicht des umgefalzten Plattenrandes und heizt diese auf, während nahezu kein Strom durch die anderen Tafelschichten fließt. Da außerdem der Kleber auch wärmeisolierende Wirkung hat und die Einschaltzeit des elektrischen Stroms relativ kurz ist, kann die Wärme von der obersten Tafelschicht nicht auf die anderen Tafelschichten übergehen. Es ist dadurch möglich, den thermisch aushärtbaren Kleber zum Teil abbinden zu lassen, ohne daß s·"!: auf dem äußeren, der Sicht dargebotenen Tafelteil ein Oxidfilm bildet. Es sei bemerkt, daß der Grad des Abbindens oder Aushäi tens des Klebers leicht durch die Wahl der Einwirkzeit des elektrischen Stroms und durch die Stromstärke gesteuert werden kann. Der den übrigen Teil des Verbindungsbereiches bedeckende, thermisch aushärtende Kleber wird, damit das Fahrzeugbauteil ausreichende Festigkeit erhält, nach dem Einbau des Bauteils in Has Fahrzeug und nach der Grundierung thermisch ausgehärtet.
Die Kleberbeschichtung schützt zusätzlich die tafelförmigen Elemente gegen Korrosion.
F i g. 6 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Kleberaushärt-Vorrichtung nach der Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen dieser Vorrichtung 80 und der Kleberaushärt-Vorrichtung 40 der Fig.4 besteht darin, daß die Elektroden 60 und 61 durch voneinander unabhängige Elektrodcn-Traganordnungen gehalten werden. Der Aufbau der Tragelemente ist untereinander gleich, so daß nur eines hier beschrieben wird. Die Kleberaushärt-Vorrichtung 80 weist eine Tragplatte 81 und einen Pufferzylinder 82 auf. der mit seinem oberen Ende an der Tragplatte 81 durch Bolzen und Muttern 83, 84 befestigt ist. Der Pufferzylinder 82 enthält eine Kolbenstange 85 mit Kolben 85a am oberen Ende, der von einer Pufferfeder 86 abwärts gedrückt wird. Der Pufferzylinder 82 besitzt im oberen Bereich eine Entlüftungsöffnung 87. Am unteren Ende der Kolbenstange 85 ist ein Verbindungselement 88 aus isolierendem Material befestigt, das mit seinem unteren Ende gelenkig über einen Stift 89 mit einem Halter 90 so verbunden ist, wie es in Einzelheiten die F i g. 7 zeigt. Die Elektrode 60 ist an der Unterseite des Halters 90 befestigt. Der Halter 90 ist über einen leitenden Arm 91 und ein Zuleitungskabel 92 mit einer Klemme einer elektrischen Stromquelle 93 verbunden. Ein Kühlwasserschlauch 94 dient zur Kühlung des Halters 90 and der Elektrode 60, und ein weiterer Kühlwasserschlauch 95 sorgt für die Kühlung oer Stromzuleitungen 92. Die Arbeitsweise dieser Kleberaushärt-Vorrichtung oder Abbinde-Vorrichtung entspricht derjenigen der F i g. 4, so daß sich weitere Erklärungen an dieser Stelle erübrigen.
Ein gewünschtes Ergebnis konnte unter folgenden Bedingungen erreicht werden:

Tafelförmiges Plaitenbauteil Fahrzeugtür mit der Dicke von etwa 250 mm

Elektrodenabstand 60 cm

Stromdauer 4 bis 10 s

Frequenz 40OkHz

Plattenspannung 2.0 bis 4,0 kV

Plaltcnstrom 03 bis 0,6 kA.

Es sei bemerkt, daß die Bedingungen von Gestalt und Dicke der zu verarbeitenden tafelförmigen Elemente abhängt

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung des Verfahrens entwickelten Vorrichtung stellen sich folgende Vorteile ein: Es ist möglich, den Kleber, der auf ein tafelförmiges Element aufgetragen worden ist. in kurzer Zeit teilweise abbinden zu lassen, ohne daß sich dabei auf dem tafelförmigen Element eine Oxidfilmschicht ausbildet Man kann den Grad des Abbindens oder Aushärtens des thermisch

aushärtenden Klebers wählen, und die Anwendung des Verfahrens in Produktionsbändern für die Massenherstellung ist einfach. Die Elektroden sind beweglich gehaltert, so daß sie sich immer mit den tafelförmigen Platten im Kontakt befinden. Die Kleberschicht schützt die tafelförmigen Elemente gegen Korrosion.

Der Ausdruck »Abbinden des Klebers« bedeutet in Verbindung mit der Erfindung, das Abbinden oder Aushärten in einem gewünschten AusmaB, etwa das Polymerisieren zu 50%. aber auch das vollständige Aushärten und Abbinden des Klebers.

T^-clle 1

Bsp. I

Bsp. 2 Bsp. J Bsp. 4

Flüssiges Epoxydharz

Bisphenol-A-diglycidyläther 100 100 100 100

Verdünntes Epoxydharz

1,1.1 -Trimethyrol-propan-triglycidyläther 20 20 20 20

Verdünntes Epoxydharz

iyi D..,.._nrt:_n\A;„t.._r-.A.,i*tUor in ς ιης in ς inc:

Siliciumdioxid 5 5 5 5

Füller
feinstes Aluminiumpulver 60 — 60 —

Füller
natürliches Calciumcarbonat — 60 — 60

Modifizicrmittel
mit Carboxyd abgeschlossenes Butadiennitrilgummi — — 10 10

Härter
Dicyandiamid 11 11 11 11

Katalysator
2,4,6-Tris(dimethyl)aminomethyl 2 2 2 2

Tabelle 2 Beispiel

Kinematische Viskosität bei Raumtemperatur

Statische Viskosität bei erhöhter Tcmpcraiur

48 000 36 000

48 000

49 500

80 000 56 000

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zusammensetzen tafelförmiger Gebilde, bei dem

a) ein thermisch härtbarer Kleber auf einen Verbindungsbereich eines ersten Tafelelements aufgetragen wird,

b) der Verbindungsbereich des ersten Tafelelements in Eingriff mit dem Verbindungsbereich eines zweiten Tafelelements gebracht wird und

c) der Kleber zwischen den Verbindungsbereichen der beiden Tafelelemente zu seiner Aushärtung erlö wärmt wird,