DE68907107T2

DE68907107T2 - Geschlossenzellige Schaumversiegelung für Karosseriesäume, Verfahren und Apparatur zur Herstellung.

Info

Publication number: DE68907107T2
Application number: DE89104325T
Authority: DE
Inventors: Herman E Turner
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1989-03-11
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2009-03-12
Also published as: JPH0221073A; CA1299032C; EP0336138B1; DE68907107D1; KR0145719B1; US5382397A; EP0336138A1; KR890014929A; NO891310L; JP2755416B2; AU3179889A; AU615726B2; DE336138T1; NO891310D0

Description

Karosserieverbindungsstellen oder -fugen von Automobilen werden derzeit durch polymere Dichtungsmischungen, gewöhnlich Vinylplastisol oder Epoxyd, versiegelt. Bei nahezu jeder geschweißten Fuge ist es erforderlich, daß die Fuge mit einem Dichtungsmittel bedeckt wird, und zwar entweder bevor und nachdem die Karosserie geprimert und gestrichen wird. Diese Dichtungsmassen sind wichtig, da sie die Fahrgastzelle vor Feuchtigkeit, Staub und Wind oder Fahrgeräusch schützen. Dichtungsmassen verhindern ebenfalls Leckagen und Korrosionsprobleme. Unzulänglichkeiten bei Dichtungsmitteln führen zu Qualitätsproblemen und kostenintensiven Garantiereparaturen für den Hersteller.
Derzeit erhältliche Fugenversiegelungssysteme erzeugen Raupen aus Dichtungsmaterial, die aufgetragen werden, um vollständig eine geschweißte Fuge oder Verbindung in ausreichender Menge zu bedecken, ohne das Erscheinungsbild des fertigen Produktes zu beeinträchtigen und nachfolgende Fertigbearbeitungen zu verunreinigen. Neuerliche Innovationen haben zu verbesserten Verfahren und Vorrichtungen zum Auftragen eines Dichtungsmittels auf eine geschweißte Fuge eines Automobils geführt, um wirksam diese Fuge ohne die Verwendung von übermäßigem Dichtungsmaterial zu bedecken.
Die US-A 4,682,711, die der EP-A 0 197 218 entspricht, betrifft ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Versiegelung von Karosseriefugen von Automobilen durch Auftragen von nicht geschäumtem Heißschmelzdichtungsmittel oder kaltem, nicht erwärmtem Dichtungsmittel. Das Dichtungsmittel ist derart, daß es feste und ziemlich starre Raupen bildet. Es hat sich herausgestellt, daß eine solche an oder in einer Karosseriefuge plazierte feste Dichtungsraupe häufig zum Reißen neigt, da im Einsatz die Karosserie Vibrationen ausgesetzt ist. Ein weiteres Problem mit diesem bekannten Verfahren und der Vorrichtung besteht darin, daß die von herkömmlichem Dichtungsmaterial gebildeten, abgegebenen Feststoffraupen sehr genau auf oder in den Karosseriefugen angeordnet werden müssen, um eine ausreichende Abdichtung zu bilden.
Es besteht weiterhin Bedarf an weiteren Verbesserungen in Verfahren und Vorrichtungen zur Versiegelung von Karosserien. Kosteneinsparungen bei Fugenversiegelungen, reduzierter Materialeinsatz, bessere Fugenfülleigenschaften, größere Klebekräfte und eine verstärkte Fugendurchdringung sind ebenfalls Aufgaben solcher Bemühungen.

Abriß der Erfindung

Um die zuvor angegebenen Aufgaben zu lösen, weist ein Verfahren zur Versiegelung von Karosseriefugen gemäß der Erfindung die Schritte auf,
- polymeres Material von einem Behälter in einen Einlaß eines Mischers zu drücken;
- Gas unter Druck in den Mischer zur Löslichmachung im polymeren Material einzuführen;
- einen sanften Fluß des polymeren Materials durch den Mischer zu erzeugen, um die Lösung des Gases in das polymere Material zur Bildung einer Polymer/Gas-Lösung unter Druck zu erhöhen;
- das Gas in Lösung mit dem polymeren Material im Mischer zu halten;
- die Polymer/Gas-Lösung stromabwärts eines Auslasses des Mischers mit geringem Druckabfall über den Mischereinlaß bis zum Auslaß, um dadurch ein vorzeitiges Schäumen des polymeren Materials im Mischer zu verhindern, abzugeben, wodurch das Gas bei Atmosphärendruck aus einer Lösung freigegeben wird, die einen polymeren Dichtungsschaum mit einer elastischen oder
elastomeren geschlossenzelligen Schaumstruktur mit einer Vielzahl von das Gas enthaltenden feinen Zellen bildet; und
- direkt an Ort und Stelle einer Karosseriefuge den polymeren Dichtungsschaum auszubilden, wodurch die Karosserie gegen Feuchtigkeits-, Staub- und Geräuscheinwirkung versiegelt wird.
Diese Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer geschlossenzelligen Schaumabdichtung auf eine Karosseriefuge. Man erhält auch einzigartige Karosserieabdichtungskonstruktionen. Das Verfahren umfaßt die Zuführung einer kontrollierten Menge eines flüssigen, geschlossenzelligen Dichtungsschaumes in die Karosseriefuge oder -verbindungsstelle, so daß die Abdichtung an Ort und Stelle ohne Spritzen ausgebildet wird. Eine Vielzahl von Gas enthaltenden, feinen, geschlossenen Zellen werden ziemlich gleichförmig an Ort und Stelle erzeugt, wenn das Dichtungsmaterial schäumt.
Eine Vielzahl von Vorteilen wird gemäß den Prizipien dieser Erfindung gewährleistet. Eine beträchtliche Reduzierung in der Menge des Dichtungsmaterials wird unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung dieser Erfindung erzielt, ohne daß die Dichtwirkung beeinflußt wird. Eine Gewichtsreduktion um mindestens einige Pfund an Dichtungsmittel pro Fahrzeug kann man erreichen. Eine solche Gewichtsreduktion hat direkten Einfluß auf den Kraftstoffverbrauch. Eine Reduzierung des Materialeinsatzes hat ebenfalls Kosteneinsparungen zur Folge, und man schätzt, daß mindestens einige Dollar pro Fahrzeug eingespart werden können. Man erhält bessere Fugenfülleigenschaften mit der geschlossenzelligen Schaumabdichtungskonstruktion, da ein Schäumen an Ort und Stelle eine leichte Ausdehnung beim Aushärten ermöglicht, um die Fugen wirkungsvoller zu durchdringen und zu füllen. Außerdem können härtbare Plastisol- oder Elastomer-Zusammensetzungen geschäumt und gleichzeitig mit Ofen- Lackierungs-Härtungs-Verfahren ausgehärtet werden. Ein weiterer Vorteil der geschlossenzelligen Dichtungsmittelskonstruktion besteht darin, daß die Oberfläche wegen ihrer Weichheit bestrichen werden kann. Die Viskosität von geschäumten Polymerdichtungsmitteln ist geringer, und deshalb erhält man eine größere Fugendurchdringung in den Karosseriefugen.
Die zuvor erwähnten Vorteile und weitere Verbesserungen gegenüber den herkömmlichen Techniken erhält man durch das Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung entgegen den aufgestellten Spezifikationen mindestens eines größeren Automobilherstellers. Insbesondere verboten vor dieser Erfindung Spezifikationen zu Karosserieporenfüllstoffen und den sich daraus ergebenden Dichtungsmitteln sogar den zufälligen Einschluß von Luft in die Dichtungsmasse. Luft verursachte das Versprühen von Dichtungsmittel, was zu unvollkommenen Fugen führte. Somit gab es Bemühungen, um die Ausbildung von Öffnungen oder eingeschlossener Luft in den Dichtungsmassen aus Angst vor der Bildung von unvollkommenen und inakzeptablen Fugen zu verhindern. Derartige Fugenfehler würden die Fahrzeugkabine Feuchtigkeit, Staub und Windgeräuschen aussetzen. Auch führen Fugenqualitätsprobleme aufgrund des Einschlusses von Luft oder eine unterbrochene Dichtungsstruktur zu kostenintensiven Garantiereparaturen. Somit forderten die Spezifikationen von den Automobilherstellern weiche, ununterbrochene Dichtungen frei von Luft oder Luftblasen, da diese nachteilige Einflüsse auf die Fähigkeit ausübten, Karosserieverbindungen gegen Wasser-, Staub- und Lufteinwirkung zu versiegeln. Solche detaillierten Spezifikationen betrafen auch die Bestreichbarkeit der Dichtungsmasse, weiche Oberflächeneigenschaften, den Anteil von Feststoffen, das Erscheinungsbild, die Nachhärtungseigenschaften, die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und andere Faktoren. Vor dieser Erfindung konzentrierten sich solche Spezifikationen auf die Erfordernisse der Hersteller, daß ein Dichtungsmaterial und die sich daraus ergebende Fuge aus einer festen homogenen Masse bestehen mußte. Demgegenüber sowie entgegen sämtlichen von den Automobilherstellern aufgestellten Anforderungen und entgegen der Auffassung des Fachmannes, an den sich diese Erfindung richtet, verwendet diese Erfindung eine Karosseriefugendichtung mit einem Gas enthaltenden, geschlossenzelligen Schaum, der die zuvor erwähnten zahlreichen erheblichen Vorteile bietet.
Das Verfahren dieser Erfindung zur Versiegelung von Karosseriefugen umfaßt die Schritte, eine kontrollierte Menge von flüssigem Dichtungsmaterial aus einem Behälter zur Karosseriefuge zu leiten und in der Fuge eine Raupe von Dichtungsmaterial mit einer geschlossenzelligen Schaumstoffstruktur mit einer Vielzahl von Gas enthaltenden feinen Zellen auszubilden. Die feinen Schaumstoffzellen werden ziemlich gleichförmig an Ort und Stelle der Fuge oder Verbindungsstelle erzeugt. Die geschlossenzellige Schaumstoffstruktur versiegelt somit die Karosserie gegen Feuchtigkeits-, Staub- und Geräuscheinwirkung. Außerdem ist die geschlossenzellige Schaumstoffstruktur elastisch oder elastomer, wodurch die Fuge effektiver versiegelt sowie eine Widerstandsfähigkeit gegen Karosserievibration und eine Isolierung gegen Straßengeräusche geschaffen wird. Geeignete flüssige Dichtungsstoffe, die zur Erzeugung einer geschlossenen Schaumstoffzelldichtungsstruktur geschäumt werden können, enthalten vorzugsweise polymere Stoffe von thermoplastischer, duroplastischer oder plastisol-polymerer Art. Außerdem können flüssige Organosol-Dichtungsmischungen verwendet werden. Vinyl-Plastisol- oder Epoxyd- Polymer-Zusammensetzungen haben in der Karosserie-Industrie zur Herstellung von Karosserienähten eine weite Verbreitung in ihrer Verwendung gefunden. Die Vinyl-Plastisol-Dichtungsmassen haben gewöhnlich eine niedrige Schmelztemperatur und sind nicht fließend und weich für einen Auftrag auf kathodisch elektrobeschichteten Metallflächen. Diese bekannten Dichtungsstoffe sind, wie zuvor ausgeführt wurde, bis jetzt so spezifiziert worden, daß sie kein Anzeichen von eingeschlossener Luft sowohl bei äußerer Betrachtung als auch bei Querschnittsansicht vor oder nach Aushärten der Karosseriefuge aufweisen durften.
Eine zur Ausbildung von Karosseriefugen mit einer geschlossenzelligen Schaumstoffstruktur geeigneten bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung enthält eine Pumpe in einer Verarbeitungslinie für polymeres Dichtungsmaterial stromaufwärts eines separaten Niedrigenergiemischers zum Mischen von Gas in der Dichtungsmasse. Die Pumpe ist zum Drücken des polymeren Materials aus einem Flüssigdichtungsmaterialbehälter durch den Niedrigenergiemischer ausgebildet. Im Niedrigenergiemischer wird Gas zur Löslichmachung im polymeren Dichtungsmaterial eingeleitet, und das Gas wird in Lösung mit dem polymeren Material im Niedrigenergiemischer zur Ausgabe der Polymer/Gas-Lösung in der Nähe des Luftdruckes zur Ausbildung der geschäumten Dichtung gehalten. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält die Vorrichtung Mittel zur dosierten Durchleitung des Flusses des Schaumstoffdichtungsmaterials durch mehrere Extrusionspistolen bei Betätigung von Durchflußsteuerventilen unabhängig von Druckänderungen, die im Schaumstoffdichtungsmaterial auftreten können, das in einem Verteiler enthalten ist, der die Extrusionspistolen versorgt. Hinsichtlich dieser bevorzugten Dosierungseinrichtungen wird Bezug genommen auf die US-A 4,682,711, die ein System zur Abgabe von viskosen Dichtungsmassen offenbart, um eine geschweißte Fuge ohne Verwendung von überschüssigem Material zu bedecken.
Eine bevorzugte Ausführung eines Gerätes zur Bildung einer Karosserieschaumstofffuge dieser Erfindung enthält einen Niedrigenergiescheibenmischer mit einer Reihe von voneinander beabstandeten Scheiben auf einer Drehwelle, die sich innerhalb und entlang eines Gehäuses erstreckt, das das Gas- und Polymerdichtungsmaterial unter Druck enthält. Dieser Niedrigenergiescheibenmischer weist ein rohrförmiges Gehäuse und eine sich entlang der Länge des Gehäuses erstreckende, angetriebene Welle mit einer Reihe von voneinander beabstandeten und im wesentlichen rechtwinklig zu deren Achse liegenden Scheiben auf. Die Scheiben sind an ihrem Außenumfang gezahnt, um ein Profil von genau beabstandeten Zähnen mit Schlitzen dazwischen zu bilden. Die Zähne erstrecken sich im wesentlichen zur Innenwandung des Gehäuses hin, wodurch die beabstandeten Schlitze mit der festen Innenwandung des Gehäuses eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Kammern zwischen den Zähnen bilden. Die Kammern dienen zur Unterteilung des Gehäuses in eine Reihe von rotierenden Abteilungen von Scheibe zu Scheibe entlang seiner Länge. Das zu schäumende Polymer und das schäumende Gas werden in flüssiger Form oder in Gasform am einen Ende des Gehäuses eingeführt. Ein Auslaß für die Polymer/Gas- Lösung ist am anderen Ende des Gehäuses vorgesehen. Bei Rotation der Welle werden die Scheiben gedreht. Die Rotation der Scheiben bewirkt das Aufbrechen der Gasblasen im Polymer, ein Scheren des polymeren Materials in den Scheibenschlitzen gegenüber der festen inneren Wandung des Gehäuses und die Erzeugung eines laminaren Flusses des polymeren Materials durch den Mischer, um die Lösung des Gases im Polymer zu erhöhen. Das Ergebnis der Mischoperation ist, daß das polymere Dichtungsmaterial mit einer Lösung von Gas darin erzeugt worden ist. Die Polymer/Gas-Lösung kann dann aus dem Polymer/Gas-Auslaß heraus unter Druck an eine Abgabevorrichtung wie z. B. eine Düse oder eine Dosierpistole geleitet werden, aus der das Material dann bei Luftdruck abgegeben werden kann, um die Karosseriefuge mit einer geschlossenzelligen Schaumstoffstruktur zu bilden.

Kurzbeschreibung Der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zur Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung;
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den bei der Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung verwendeten Scheibenmischer entlang der Längsachse der Welle;
Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2; und
Fig. 4A bis 4D zeigen die Arten von Karosseriefugen oder -verbindungsstellen, die bei Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung dieser Erfindung versiegelt werden können, und zeigen die geschlossenzellige Schaumstoffstruktur.

Detaillierte Beschreibung

Flüssige Dichtungsmittelzusammensetzungen, die gemäß der Erfindung abgegeben werden können, enthalten, wie zuvor ausgeführt wurde, polymere Komponenten aus Thermoplasten, Duroplasten, Plastisol oder Organosol.
Ein "thermoplastisches Material", soweit dieser Begriff von den Fachleuten verwendet und verstanden wird, enthält ein natürliches oder synthetisches thermoplastisches Polymer oder eine entsprechende polymere Zusammensetzung. Ein thermoplastisches Material ist ein normalerweise festes oder halbfestes Material unter den Einsatztemperaturen und schmilzt oder verflüssigt sich bei Erwärmung auf eine höhere Temperatur. Bei Abkühlung verfestigt sich das Material oder kehrt in den festen oder halbfesten Zustand zurück. Wie ebenfalls in dieser Beschreibung verwendet wird, handelt es sich bei dem Begriff "thermoplastischer Heißschmelzklebstoff" oder "Heißschmelzklebstoff" um einen Begriff, der im Fachgebiet gut bekannt ist, und dieses Material hat dieselben Eigenschaften hinsichtlich der Verflüssigung bei Erwärmung und Verfestigung bei Abkühlung in einen festen, halbfesten oder klebrigen Zustand.
Ein "duroplastisches Material", soweit dieser Begriff von den Fachleuten verwendet und verstanden wird, enthält ein natürliches oder synthetisches duroplastisches Polymer oder entsprechende polymere Zusammensetzungen. Duroplastische Kunststoffe sind häufig Flüssigkeiten bei einigen Verarbeitungsstufen, die durch Wärme, Katalysatoren oder andere chemische Mittel gehärtet werden. Nach vollständiger Aushärtung sind Duroplaste im wesentlichen unschmelzbar und unlösbar und können durch Wärme nicht mehr verflüssigt werden.
Beispiele von thermoplastischen Stoffen umfassen Polymere von ethylenisch nicht gesättigten Monomeren wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polystyrol, Poly(α-Methylstyrol), Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polymethylmethacryl, Polyethylacryl, Polyacrylonitril u.dgl.; Copolymere aus ethylenisch nicht gesättigten Monomeren wie Copolymere aus Ethylen und Propylen, Ethylen und Styrol und Polyvinylacetat, Styrol und Acrylonitril; Methylmethacryl und Ethylacryl u.dgl.; und Polymere und Copolymere aus konjugierten Dienen wie Polybutadien, Polyisopropen und Polychloropren. Beispiele von für diese Erfindung geeigneten duroplastischen Stoffen umfassen synthetisches Butylkautschuk, synthetisches Isoprenkautschuk, Silikon-RTV(bei Raumtemperatur vulkanisierendes)-Kautschuk, Styrenbutadienkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Acrylonitril- Styrol-Butadien-Kautschuk u.dgl.; gesättigte und ungesättigte Polyester mit Alkylen und andere Polyester, Nylon und andere Polyamide; Polyesteramide und Polyurethan; chlorierte Polyester, Epoxydpolymere, Zellulose-Ester wie Zellulose-Acetatbutyrat u.dgl. Diese Stoffe können Viskositäten von mehr als (1 000 000 cps) 1000 Pa s besitzen.
Der Begriff "thermoplastischer Stoff" wird manchmal im Wechsel mit "heißgeschmolzen", "geschmolzen", "heißschmelzthermoplastisch" oder "Heißschmelzklebstoff" verwendet. Es sei natürlich darauf hingewiesen, daß sich alle diese Zusammensetzungen durch ihre thermoplastische Art wie zuvor definiert auszeichnen. Beispiele von thermoplastischen oder Heißschmelzklebstoffzusammensetzungen mit markant unterschiedlichen Viskositäten (wie mit dem Brookfield-Viskometer gemessen), die in den nachfolgenden Beispielen verwendet wurden, sind herkömmliche Klebstoffmischungen auf Polyethylenbasis. Ein anderes Beispiel eines thermoplastischen Stoffes ist ein thermoplastischer Stoff auf Polyisobutylenbasis, welches von der Firma Tremco Company unter dem Namen Tremco Butyl Sealant JS-792 verkauft wird. Dieser Stoff hat eine Viskosität im Bereich von 740 Pa s (740.000 cps) bei 190,6ºC (375ºF) und 970 Pa s (79.000 cps) bei 176,7ºC (350ºF). Ein Beispiel eines duroplastischen Stoffes bildet ein relativ hochviskoser Polymerstoff, Dow Corning 732 RTV, hergestellt von der Dow Corning Company, bei welchem es sich um ein duroplastisches RTV-Silikonkautschuk handelt.
Eine andere Klasse von flüssigen polymeren Zusammensetzungen, die bei der Vorrichtung dieser Erfindung abgegeben werden können, enthält Plastisole und Organisole. Bei einem Plastisol handelt es sich um eine Suspension oder Dispersion von kleinen partikeln einer polymeren Substanz in einem flüssigen Weichmacher für die polymere Substanz. Ein Plastisol enthält keine leichtflüchtigen Verdünner oder Verschnittmittel. Plastisole enthalten oftmals Stabilisierer, Füller und Pigmente, jedoch alle Ingredienzien haben eine geringe Flüchtigkeit während der Verarbeitung und des Endgebrauches. Wie zuvor erwähnt wurde, befinden sich Vinylplastisole zur Zeit in breitem Einsatz als Karosseriedichtungsmittel und werden durch Erwärmung gewöhnlich gleichzeitig mit Farbeinbrand geschmolzen. Eng zugeordnet den Plastisolen sind Organosole. Organosole sind Dispersionen, die mit organischen flüchtigen Stoffen verlängert sind, welche während der Schmelze des polymeren Stoffes entfernt werden. Die am meisten gebräuchliche polymere Substanz für Plastisole ist Polyvinylchlorid und seine Copolymere wie Vinylacetat, Acryl und Maleat. Weitere Beispiele von Plastisolsystemen umfassen Polyvinylbutyral, Zellulose-Acetatbutyrat, Polyvinylidenfluorid, Polymethylmethacrylat und andere aus der zuvor aufgeführten Liste von Polymeren. Plastisol- und Organisolzusammensetzungen sind in "Plastisole und Organisole", herausgegeben von Herald A. Savetnick, Van Nostrand Reinhold Company, 1972 Library of Congress, Katalog Nr. 75-15158, Kapitel 6, Seiten 83 bis 105 beschrieben.
Zusätzlich zur Variabilität der Polymerzusammensetzungen können unterschiedliche Arten von Gasen beim Einsatz dieser Erfindung einschließlich Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxyd, Methan, Ethan, Butan, Propan, Helium, Argon, Neon, Fluorkohlenwasserstoffe wie Dichlorodifluorethan und Monochlorotrifluoromethan oder andere Gase oder Mischungen von diesen Gasen verwendet werden. Derartige Gase können wiederum entsprechend den Arten der polymeren Stoffe und anderer verwendeter Additive variiert werden.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung gezeigt. Diese Vorrichtung verwendet eine Pumpe 10, die den polymeren Stoff aus einer Quelle wie einem Becher oder Gefäß 11 bei einer dosierten Geschwindigkeit von etwa 4,54 bis 453,59 kg/h (10 bis 1000 Pfund pro Stunde) bei einem Druck normalerweise im Bereich von 3447,38 bis 8273,71 10³ Pa (500 bis 1200 psig), jedoch bis zu 34473,8 10³ Pa (5000 psig) ohne übermäßige Bearbeitung des polymeren Materials liefert, wodurch ein Anstieg der Polymertemperatur verhindert wird. Eine geeignete Pumpe ist eine doppelt wirkende Kolbenpumpe, die von einem Motor 10 angetrieben wird, wie beispielsweise eine Johnstone-Pumpe. Jedoch ist jede Pumpe geeignet, die ausreichend Druck erzeugt, um das Material aus dem Behälter 11 zu pumpen. Die Pumpe 10 ist mit einer Vorrichtung wie einem Linearpotentiometer 14 versehen, um ein Signal proportional zur Polymerfließgeschwindigkeit zu erzeugen.
Das zu schäumende Material wird durch eine Leitung 16, bei der es sich um einen Schlauch handeln kann, der den flüssigen Stoff unter Druck weiterleitet, durch einen Sammler 17 zum stromaufwärts gelegenen Einlaßende 19 eines Scheibenmischers 18 transportiert, wo es in den Mischer eingespritzt wird.
Das Schäumgas wird in den Scheibenmischer 18 aus einer Druckgasquelle über eine Gasleitung 20 gegeben. Ein Gasmeßventil 22 und ein Differenzdruckventil 24 in der Leitung 20 ermöglichen die Kontrolle des Gasdruckes und der Gasfließgeschwindigkeit in den Mischer 18 unabhängig vom Systemdruck und proportional zur Polymerfließgeschwindigkeit. Ein geeignetes Ventil 22 ist ein Modell 5850E Flow Controller, hergestellt von Brooks Instrument Division, Emerson Electric Company, Hatfield, Pennsylvania. Das Gas wird in den Mixer 18 dicht am Polymereinlaß 19 eingegeben. Ein Prüfventil 25 verhindert den Fluß des polymeren Stoffes in die Leitung 20. Das Polymer und das Gas werden in dem Mischer 18 bei angehobenem Druck, zum Beispiel 500 bis 1200 psig, eingegeben. Der Gasflußweg 20 leitet Gasblasen in den Mischer nahe der den polymeren Stoff in den Mischer 18 gebenden Leitung 16, so daß das Gas und das Polymer zusammen in den Mischer eintreten und diesen vollständig füllen, damit das Gas in Lösung in dem Polymer im Mischer gelangt.
Der Mischer 18 wird von einem Motor 26 mit einem Reduktionsgetriebe angetrieben, der von einer Standardmotorsteuereinheit 28 gesteuert wird. Am stromabwärts gelegenen Ende des Mischers 18 befindet sich ein Auslaß 30, durch den die Polymer/Gas-Lösung aus dem Mischer über eine Leitung 32 zu einer Abgabedüse 34 fließt. Die Temperatur der aus dem Mischer austretenden Polymer/Gas- Lösung wird von einem Thermoelement 36 überwacht.
Die Temperatur des Mischers kann mit Hilfe von Kühlwasser kontrolliert werden, das durch eine Verkleidung 37 (Fig. 2) zirkuliert, die den Mischer 18 umgibt, und zwar durch Steuerung mit Hilfe eines Ventils 38, das auf ein Ventileingangssignal vom Thermoelement 36 anspricht. Im allgemeinen werden die zuvor beschriebenen Stoffe von einem Temperaturanstieg von bis zu 11,11ºC (20ºF) nicht beeinflußt und können einem Temperaturanstieg von 16,67 - 27,78ºC (30 bis 50ºF) widerstehen. Ein Kühlmittel kann zur Einhaltung dieser Parameter verwendet werden.
In den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau des Scheibenmischers 18 im Detail gezeigt. Der Mischer 18 weist ein rohrförmiges Gehäuse oder Behältnis 40 auf, das von einem Fundament mittels Bolzen (nicht dargestellt) gestützt ist. Entlang der Längsachse des Gehäuses 40 erstreckt sich eine Welle 46. Stromabwärts und stromaufwärts gelegene Endkappen 48 und 50 sind an den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 40 durch geeignete Mittel wie Bolzen 52 befestigt. Die Endkappen 48 und 50 weisen geeignete Drucklager 54 und Wellenlager 56 zur Halterung der Welle 46 für die Rotation auf. Da der Innenraum des Gehäuses 40 unter Druck steht und da einige Anwendungen wie das Schäumen von Heißschmelzklebstoffen bei erhöhten Temperaturen, zum Beispiel 176,67ºC (350ºF) oder höher, stattfindet, müssen diese Dichtungen diesen erhöhten Drücken und Temperaturen ohne Leckage widerstehen. Alternativ können kleine Nuten in der Welle 46 ausgebildet sein, um das Material zurück in die Kammer oder Zentralbohrung 47 zu pumpen.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Welle 46 von einem Elektromotor über ein Reduktionsgetriebe 26 angetrieben. Ein Konstantdrehzahlregler 28 kann zur Regelung der Motordrehzahl eingesetzt werden. Bei dieser besonderen Ausführung, die zum Zwecke der Darstellung gewählt ist und keine beschränkende Wirkung hat, ist die Welle 46 mit einer Reihe von voneinander beabstandeten Scheiben 58 versehen, die sich im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Welle 46 erstrecken. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, besitzen die Scheiben 58 eine Reihe von voneinander beabstandeten Zähnen 60 an ihrem Außenumfang, welche durch Schlitze 62 voneinander getrennt sind. Außerdem erstrecken sich die Zähne 60 im wesentlichen fast bis zur Innenwandung 64 des Gehäuses 40, wodurch einzelne voneinander beabstandete Abteile zwischen den Zähnen 60, den Schlitzen 62 und der Gehäusewandung 64 gebildet werden, während eine Rotation der Welle und der Scheibe innerhalb des Gehäuses 40 möglich bleibt. Der Betrieb des Antriebsmotors 26 verursacht eine Rotation der Welle 46, die wiederum eine Rotation der voneinander beabstandeten Scheiben 58 und eine Bewegung der Zähne 60 und Schlitze 62 gegenüber der festen inneren Gehäusewandung 64 verursacht.
Das polymere Material gelangt in das Gehäuse 40 durch einen Anschluß 19 am stromaufwärts gelegenen Ende des Gehäuses, welcher mit der Zentralbohrung 47 des Gehäuses 40 in Verbindung steht. Die Leitung 16 ist mit dem Anschluß 19 durch eine geeignete Armatur (nicht dargestellt) verbunden. Das durch die Leitung 20 in das Gehäuse gelieferte Schäumgas tritt durch eine Öffnung (nicht dargestellt) in der Gehäusewandung nahe dem Anschluß 19 ein. Die Leitung 20 ist an die Öffnung durch eine geeignete unter Druck stehende Schlaucharmatur angeschlossen.
Ein Materialauslaßanschluß 30 erstreckt sich durch die Gehäusewandung 40 am stromabwärts gelegenen Ende des Gehäuses. Der Anschluß 30 ist mit einer Leitung 32 verbunden, wodurch das mit dem Gas in Lösung vermischte und unter Druck im Gehäuse 40 stehende polymere Material den Mischer 18 verläßt und zur Abgabedüse 34 geleitet wird.
Das Gehäuse 40 kann gegebenenfalls gekühlt werden, und zwar beispielsweise durch Kühlwasser, das durch den Zwischenraum 70 zwischen dem Mantel 37 und der Außenwandung des Gehäuses 40 zirkuliert. Anschlüsse 72, 74 können für Einlaß und Auslaß des Kühlwassers vorgesehen sein. Alternativ kann bei Dichtmittelaufträgen, die eine Erwärmung des polymeren Materials, zum Beispiel bei schäumenden Heißschmelzklebstoffversiegelungen, erfordern, der Mantel 37 weggelassen und Bandheizkörper zur Erwärmung des Gehäuses 40 auf eine gewünschte Temperatur vorgesehen werden.
Im Betrieb dieser Ausführung der Erfindung werden das Gas und das polymere Material (zum Beispiel Vinylplastisol) in dem Mischer 18 unter Druck im Bereich von 3447,38 bis 8273,71 10³ Pa (500 bis 1200 psi) gegeben. Die Scheiben 58 werden mit einer Drehzahl von 50 bis 200 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 200 Umdrehungen pro Minute, angetrieben. Wenn das Gas in Berührung mit den rotierenden Scheiben gelangt, treten verschiedene Phänomene auf. Wenn zuerst die Gasblasen auf die Zähne 60 treffen, werden diese in kleinere Blasen aufgebrochen. Wenn zweitens das Gas und das Polymer eintreten und durch die Schlitze 62 zwischen den Zähnen 60 fließen, die gegenüber der feststehenden inneren Wandung 64 des Gehäuses 40 rotierende kleine Kammern bilden, werden das Gas und das polymere Material geschert. Diese Wirkung dauert so lange an, wie das Gas und das Polymer entlang der Länge des Gehäuses fließen. Wenn drittens die Gas/Polymer-Mischung kontinuierlich in die aufeinanderfolgenden stromabwärts gelegenen Scheiben eintreten und diese wieder verlassen, wenn sie durch die Gehäusebohrung 47 fließt, wird sie geschnitten, geschert und gedreht, um eine große Grenzfläche zwischen dem Gas und dem Polymer zu erzeugen. Am Ende des Mischerauslasses 30 ist das Gas vollkommen im Polymer gelöst.
Obwohl die beiliegenden Figuren den Mischer in einer Lage zeigen, bei welcher die Welle, auf der die Scheiben befestigt sind, im wesentlichen horizontal liegt, ist diese Orientierung nicht wichtig. Der Mischer kann auch vertikal mit dem stromabwärts oder stromaufwärts gelegenen Ende an der erhöhten Stelle oder in jeder anderen Lage angeordnet sein, da das polymere Material den Innenraum des Gehäuses füllt.

BEISPIELE

Ein Scheibenmischer, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wurde zum Schäumen von Karossiereversiegelungszusammensetzungen verwendet. Der Scheibenmischer war aus 41L40-Stahl hergestellt. Die Länge der Bohrung 47 betrug 20,3 cm (8 inches), und die Bohrung 47 hatte einen Radius von 25,6032 mm (1,008 inches). Das Gehäuse besaß einen äußeren Wassermantel 37, der eine Kühlung im Bereich von 16,67 - 38,89ºC (30 bis 70ºF) ermöglichte. Die Einlaßtemperaturen des polymeren Materials lagen im Bereich von 18,33 bis 21,11ºC (65º bis 70ºF) . Die Welle 46 erstreckte sich durch das Gehäuse 40, wie in Fig. 2 der Zeichnungen dargestellt ist. Der Wellendurchmesser (2) betrug 3,81 cm (1,5 inches). Die Welle 46 wies 16 Stahlscheiben mit einem Durchmesser von 5,08 cm (2,0 inches) und einer Dicke (6) von 6,35 mm (0,25 inch) auf. Die Nutenbreite (7) zwischen den Scheiben betrug 6,35 mm (0,25 inch), und die Nutentiefe (9) betrug ebenfalls 6,35 mm (0,25 inch). Jede Scheibe besaß 15 Zähne und 15 Schlitze. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 betrug die Schlitztiefe (3) 3,175 mm (0,125 inch) und die Schlitzbreite (12) 9,0424 mm (0,356 inch). Der Zwischenraum (8) zwischen den Zähnen 60 und der Wandung 64 betrug 0,2032 mm (0,008 inch). 15% des Scheibenumfanges bestand aus der hervorstehenden Fläche der Zähne 60.
Die Welle wurde von einem Elektromotor angetrieben, der typischerweise mit etwa 0,25 PS arbeitete. Die Welle wurde normalerweise mit 100 bis 200 Umdrehungen pro Minute angetrieben. Alle Stoffe wurden mit N&sub2;-Gas geschäumt. Das polymere Material und das Gas wurden in den Mischer bei einem Druck im Bereich von 3447,38 bis 6894,76 10³ Pa (500 bis 1000 psi) eingegeben. Das Material wurde zu einer Abgabedüse transportiert, deren Innendurchmesser zwischen 1,524 und 3,175 mm (0,060 und 0,125 inch) und deren Länge zwischen 1,27 und 7,62 cm (0,5 und 3 inches) in Abhängigkeit vom benutzten Material und Druck verändert wurde.

Beispiel I

Bei Verwendung der gerade zuvor beschriebenen Vorrichtung wurde weiße Silikon-RTV-Dichtungsmasse, die von der Stouffer-Wacker Silicone Co. unter der Kennzeichnung 931 verkauft wurde, unter den in der Tabelle I aufgeführten Bedingungen geschäumt. TABELLE I Fließgeschwindigkeit Leistung Drehmoment Druck Mischereinlaß Druck Mischerauslaß Druckverlust Druck am Pumpenauslaß Druck am Pistoleneinlaß Dichtungsmasse Temp. @ Mischereinlaß Dichtungsmasse Temp. @ Mischerauslaß Temperaturanstieg Kühlwasser @ Mischereinlaß Kühlwasser @ Mischerauslaß Temperaturanstieg Kühlmittel Ungefähre Wasserfließgeschwindigkeit Ungefähre Wärme an das Kühlmittel * aufgrund des Kühlwassers

BEISPIELE II BIS IX

Tabelle II zeigt die Ergebnisse des Schäumens von verschiedenen herkömmlich erhältlichen Polymeren mit dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Mischer. In jedem Fall bestand das resultierende Produkt aus einem kontinuierlichen, cremigen, sehr homogenen Schaum mit darin enthaltenen feinen Zellen zur Bildung der Karosseriefugenversiegelungen dieser Erfindung. TABELLE II Dow Corning 732 RTV Silikon Tremco Spectrum 2 RTV Silikon Tremco Proglaze RTV Silikon Stouffer-Wacker Silicone Co. 930 Series RTV Silikon Essex Chemical Co. Polyurethan B390 Allied Koch Materials Inc. Produckte 8040 oder 8082 PVC Plastisol Ohio Sealer Corp. Produkt 2278 PVS Plastisol Protective Treatments Inc. Produkt E-642 PVC Plastisol
Die durch das zuvor beschriebene Verfahren und die Vorrichtung hergestellten Schaumstoffe können an Ort und Stelle eingespritzt oder geschäumt werden, um die Fugen und/oder Risse in einer Karosserie zu versiegeln, und in den Ansprüchen bedeutet der Begriff "Fuge", alle derartigen Karosserieöffnungen abzudecken. In den Fig. 4A bis D sind Arten von Karosserieverbindungsstellen gezeigt. Fig. 4A zeigt eine teilweise Draufsicht auf Metallkarosseriebleche 6, die miteinander punktverschweißt sind, wodurch Zwischenräume 7 zwischen den Schweißpunkten 6A geblieben sind. Die Zwischenräume 7 müssen bei 8 versiegelt werden, um den Durchtritt von Staub, Feuchtigkeit und Geräuschen zu verhindern. Fig. 4B zeigt einen Querschnitt durch einen Zwischenraum 7 und eine Schaumdichtungsmasse 8, die nur mit einer kleinen Anzahl von Gas enthaltenden geschlossenen Zellen dargestellt ist, die in vergrößerter Form bei 9 angedeutet sind. Die Fig. 4C bis D sind ähnlich wie 4B mit der Ausnahme, daß sie modifizierte Profile einer überlappenden und einer stumpfen Verbindungsstelle mit den geschlossenzelligen Schaumstoffdichtungsmassen 8a zeigen, welche in jedem Zwischenraum 7a in den Metallkörperblechen 6b dargestellt sind. Unter Verwendung des Systems und der Vorrichtung, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, werden viskose Schaumdichtungsstoffe auf geschweißte Fugen oder Verbindungsstellen der in den Fig. 4A bis D gezeigten Art eines Automobils aufgetragen. In einer besonders bevorzugten Ausführung, wie zuvor erwähnt wurde, wird das System der US-PS 4,682,711 zur Abgabe des viskosen Dichtungsstoffes aus dem Mischer der Fig. 2 bis 3 eingesetzt. Das System der erwähnten US-PS 4,682,711 ist nicht gezeigt, jedoch kann hierauf im einzelnen Bezuggenommen werden, und, wie zuvor erwähnt wurde, ist jene Druckschrift Bestandteil dieser Offenbarung, da dieses System einen gleichmäßigen Materialauftrag ermöglicht, was zu größeren Materialeinsparungen gegenüber anderen Auftragsverfahren führt. Natürlich können auch andere Auftragsverfahren verwendet werden; beispielsweise mit manuellen Mitteln oder mit Robotern mit Extrusionspistolen. Zusätzlich kann das Schaumstoffdichtungsmittel manuell mittels Extrusionspistolen aufgetragen werden. Wie zuvor ausgeführt wurde, sind Plastisol-Zusammensetzungen derzeit weit verbreitet, werden jedoch zur Fugenversiegelung nicht geschäumt. Unter Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung können Vinylplastisole zu geschlossenzelligen Schaumstoffugen für Karosserieverbindungsstellen ausgebildet werden.
Wenn eine Raupe an Ort und Stelle in die Fuge oder Verbindungsstelle aus einer abgegebenen Lösung extrudiert wird, schäumt sie. Die Raupe wird auf die gewünschte Breite und Menge zum Ausfüllen der Fuge gesteuert. Ein Schäumen tritt durch Expansion des Gases (N&sub2;) aus der Lösung auf. Das Gas wird in das Gefüge des Polymers eingeschlossen, um eine feine geschlossenzellige Struktur zu bilden, und der Schaum expandiert, um die Fuge zu füllen. Wo die schäumende Mischung aus Vinyl-Plastisol oder -elastomer besteht, ist der Schaum weich oder gummiartig.
Man erhält eine Anzahl von Vorteilen. Eine beträchtliche Reduzierung in der Menge der Dichtungsstoffe erhält man, ohne die Dichtwirkung zu beeinträchtigen. Eine Gewichtsreduzierung und eine Reduzierung im Materialeinsatz durch Schaumstoffe mit 50 Vol.-% Zellstruktur führt ebenfalls zu Kosteneinsparungen. Man erhält bessere Fugenfülleigenschaften mit dem geschlossenzelligen Schaumstoffdichtungsaufbau, da das Schäumen an Ort und Stelle eine geringe Expansion erlaubt, um die Fugen wirksamer zu füllen. Außerdem können aushärtbare Plastisol- oder Elastomer-Fugenmischungen geschäumt werden, und man kann eine Schaumstoffaushärtung mit Expansion zur Füllung der Fugen unter gleichzeitiger Verwendung von Ofen-Lackierungs-Härtungs-Verfahren erzielen. Die Viskositäten von geschäumten polymeren Dichtungsstoffen sind herabgesetzt, und man erhält eine größere Fugendurchdringung in den Karosserieverbindungsstellen.

Claims

1. Verfahren zur Versiegelung von Automobilkarosseriefugen, mit den Schritten

- polymeres Material von einem Behälter (11) in einen Einlaß eines Mischers (18) zu drücken;

- Gas unter Druck in den Mischer (18) zur Löslichmachung im polymeren Material einzuführen;

- einen sanften Fluß des polymeren Materials durch den Mischer (18) zu erzeugen, um die Lösung des Gases in das polymere Material zur Bildung einer Polymer/Gas-Lösung unter Druck zu erhöhen;

- das Gas in Lösung mit dem polymeren Material im Mischer (18) zu halten;

- die Polymer/Gas-Lösung stromabwärts eines Auslasses (30) des Mischers (18) mit geringem Druckabfall über den Mischereinlaß (19) bis zum Auslaß (30), um dadurch ein vorzeitiges Schäumen des polymeren Materials im Mischer (18) zu verhindern, abzugeben, wodurch das Gas bei Atmosphärendruck aus einer Lösung freigegeben wird, die einen polymeren Dichtungsschaum (8; 8a) mit einer elastischen oder elastomeren geschlossenzelligen Schaumstruktur mit einer Vielzahl von das Gas enthaltenden feinen Zellen (9) bildet; und

- direkt an Ort und Stelle einer Karosseriefuge (7) den polymeren Dichtungsschaum (8; 8a) auszubilden, wodurch die Karosserie (6; 6b) gegen Feuchtigkeits-, Staub- und Geräuscheinwirkung versiegelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem weiteren Schritt, den Schaum (8; 8a) in der Fuge (7) auszuhärten, und zwar für eine Ausdehnung beim Aushärten, um die Fuge (7) zu füllen und zu durchdringen.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

bei welchem es sich bei dem polymeren Material um eine Polymermischung handelt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus thermoplastischen Polymeren, duroplastischen Polymeren, Plastisol-polymeren oder Organosol-Polymeren besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

bei welchem das polymere Material unter der Einwirkung von Wärme geschäumt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3,

bei welchem das Polymer bei Umgebungstemperaturen geschäumt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

bei welchem das polymere Material eine plastisol-Zusammensetzung ist, die Ausbildung des Schaumes (8; 8a) an Ort und Stelle bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird, gefolgt vom Aushärten bei einer höheren Temperatur, wodurch die Abdichtung erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1,

welches die weiteren Schritte aufweist, eine pumpe (10) in einer Verarbeitungsstrecke für das flüssige Dichtungsmaterial stromaufwärts des Mischers (18) bereitzustellen, wobei die pumpe (10) für das Drükken des polymeren Dichtungsmaterials vom Behälter (11) in den Mischer (18) ausgebildet ist, wobei der Mischer (18) ein Gehäuse (40) mit dem Einlaß (19) zur Aufnahme des polymeren Materials und dem Auslaß (30) zur Abgabe des polymeren Materials und eine Reihe von drehbaren, beabstandeten Scheiben (58) im Mischergehäuse (40) zum Mischen des polymeren Materials mit dem Gas besitzt, und das polymere Material durch Wirkung der Pumpe (10) durch den Mischer (18) entlang der Reihe der Scheiben (58) zu drücken.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem es sich bei dem Schaum um einen weichen Schaum mit etwa 50 Vol.-% Zellstruktur mit einer weichen Oberfläche zum Bestreichen mit Farbe handelt.