DE7722894U1

DE7722894U1 - Verklebegeraet

Info

Publication number: DE7722894U1
Application number: DE19777722894
Authority: DE
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1982-02-11
Also published as: DE2733046C2; FR2359304B1; FR2359304A1; IT1083591B; BE856152A; ES460949A1; DE2733046A1

Description

Patentanwälte ; ;

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>| 8000 München 22 - Steinsdorfstr. 10

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G 77 22 894.5 5.11.1981

Regie Nationale ..., Frankreich

Verklebegerät

Die Erfindung betrifft ein Verklebegerät für Teile durch Überlappung und Punktklebung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es wurde zwar bereits ein solches Verfahren zum Zusammenfügen von Kunststoffteilen angegeben (BE-PS 673 555),

zwischen denen eine K-leberschicht

angeordnet ist, die Metallteilchen enthält, die in der Lage sind, elektromagnetische Energie zu absorbieren, das auf die Verwendung eines solchen Verklebegerätes schließen läßt, ohne daß jedoch ein solches Verklebegerät angegeben worden ist. Wenn jedoch metallische Teile miteinander zu verkleben sind, sind, um Verformungen der Teile und bestimmte irreversible metallurgische Umwandlungen zu vermeiden, die die mechanischen Eigenschaften nachteilig beeinflussen würden, keine zu hohen Temperaturgradienten zulässig. Die Polymerisation des Klebers am Rand einesTeiles ist bei hohen Temperaturen wie etwa 388 bis 1116 °C bei dem bekannten Verfahren oder oder auch bei Temperaturen nahe 230 C nur unter der Bedingung möglich, daß eine geschlossene Verbindung geschaffen wird, d. h. daß die miteinander zu verklebenden Flächen unter Druck miteinander in Berührung gebracht sind. Wenn jedoch eine offene Anordnung metallischer Teile wie beispielsweise bei einem Kofferraum eines kleinen Fahrzeugs, der durch einen Innen-Träger verstärkt ist, gebildet werden soll, darf

aus den erwähnten Gründen nicht auf Temperaturen über 120 ⁰C aufgeheizt werden, da sonst die Gefahr von Verformungen besteht. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verklebegerät anzugeben, das nicht nur die Durchführung des eingangs genannten Verfahrens prinzipiell ermöglicht, sondern das auch die punktuelle kurzzeitige Erwärmung bis ca 120 ⁰C zur Vermeidung einer Verformungsichtbarer Teile bei offenen Verbindungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein Verklebegerät mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Das einfach ausgebildete Verklebegerät erlaubt die Aufheizung mittels Mittelfrequenz-Induktion,wodurch eine Begrenzung des Energieaufwandes erreicht wird, da die Leistung direkt vom Netz oder von einem Wechselrichter bis zu einer Frequenz mehrerer 10 kHz zuführbar ist. Weiter ist vorteilhaft, daß kein elektrischer Kontakt zwischen der Energiequelle und dem zu heizenden Teil vorhanden ist, wodurch starke Konzentration der Leistung möglich ist, Energie in sehr gut definierbarer Zone lokalisierbar ist, wobei die Frequenz umsohöher ist umsomehr die gewünschte Erwärmung punktuell und oberflächenseitig ist, der Betrieb intermittierend mit starken Impulsen oder quasi-permament bei vorübergehendem Betrieb und die Leistung und damit die Erwärmungstemperatur leicht steuerbar ist.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Verbindungen von Blechwaren für Metallkonstruktionen oder für Elektrohaushaltsgeräte. Sie ist auch anwendbar bei Verbindungen von Werkstoffen sowohl gleicher als auch unterschiedlicher Art.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Verklebegerätes zur Verklebung einer offenen Anordnung mittels Induktionsheizung,

Fig. 2 zwei Beispiele der Anordnung der Kleber-Punkte in den Überlappungsbereichen der Teile,

Fig. 3 ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Verklebegerätes mit einem lediglich auf einer Seite der Anordnung befindlichem Magnetkreis,

Fig. 4 den Magnetkreis gemäß Fig. 3 vervollständigt um einen magnetischen Nebenschluß bzw. Eisenschluß auf der anderen Seite der Anordnung,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein auf der anderen Seite der Anordnung angeordneter Zusatz-Induktor eine Zusatzheizung bewirkt.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 1, die durch ein Außen-

I ' blech 2 und ein Innenblech 3 geb Hdet ist, zwischen

i denen durch ein beliebiges manuelles oder automa-

§' tisches Verfahren ein polymer is ierbarer Kleber-Punkt

I auf Epoxyharzbasis oder aus anderen Bestandteilen

Γ angeordnet ist.

£ Bei der zu erreichenden Verklebung durch offene

I Überlappung soll ein Anordnen ohne Druck und ein

j^! Inberührunghalten der Teile bis zum Festwerden

bzw. Abbinden der klebenden Mischung genügen, wobei

i das Festwerden bei der Erfindung durch Wärmezufuhr

'' sichergestellt wird.

Beim besonderen Anwendungsfall handelt es sich um einen Kofferraumdeckel, eine Haube oder ein anderes Teil eines Kraftfahrzeugs.

Dabei kann das Teil 2 beispielsweise durch das sichtbare Außenblech eines Kofferraumdeckels gebildet sein, während das Teil 3 das Profilteil ist, das zum inneren Verstärken des Deckels dient. Deshalb besitzt dieses Teil 3 etwa die in Fig. 1 dargestellte : Form, wobei der Rand 5 besonders zur Punktklebung

angeordnet ist.

; Die Verklebung kann auf der einen oder anderen

¹ Fläche der sich gegenüberliegenden zu verbindenden

Teile 2 und 3 erreicht werden oder auch in Form von Punkten, die in der Überlappungszone angeordnet sind, wie das in Fig. 2 dargestellt ist.. Der Rand des j Innenblechs 3 ist zu diesem Zweck zur Bildung einer

Lippe 6 leicht hochgebogen. Nach Anelnanderanlegen

% der Teile gegeneinander verschwindet die in Fig. 2 über-

\i trieben dargestellte Verbindung 7 nahezu vollständig.

Durch das erfindungsgemäße Verklebegerät unterliegt die gebildete offene Anordnung von Punkt zu Punkt der Wirkung einer starken elektromagnetischen Heizvorrichtung während sehr kurzer Zeit. Zur Verwendung geeignete Kleber besitzen eine Polymerisationstemperatur zwischen 80 und 230 ⁰C mit einer Retikulations- oder Vernetzungszeit, die sich bis auf 2 s verringern kann. Das ezif indungsgemäße Verklebegerät erlaubt eine Arbeit in einem Temperaturbereich von 100 bis 300 ⁰C während einer Zeitdauer in der Größenordnung von 2 bis 6 s abhängig von der verwendeten klebenden Mischung. Die sehr kurzen Zeiten erlauben es nicht nur, die Produktivität zu erhöhen, sondern auch eine Verformung der Teile zu vermeiden, insbesondere eines sichtbaren Außenblechs, wenn das Verklebegerät dem Innenblech 3 zugewandt verwendet ist.

Bei dem einfachsten und schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht das Verklebegerät aus einem Magnetkern 8, denvon einer Induktorspule 9 umgeben ist,die von einem starken Mittelfrequenz-Stromgenerator 10 versorgt ist.

Vorzugsweise wird ein Wechselrichter verwendet, der die Leistung zwischen 4 und 10 kW bei einer Frequenz von 25 kHz abgibt. Der abgegebene Strom von einigen 100 A während weniger Sekunden fließt in den wenigen Windungen großen Durchmessers der Spule 9_t die den gegossenen bzw. geformten Ferrit-Magnetkern 8 großer magnetischer Permeabilität und hoher Tempe- |

raturvertraglichkeit umgibt. Der Stromgenerator 10 f

kann über eine Kabelverbindung mit Abstand von 6 bis 10 m I

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von dem Verklebegerät entfernt sein. Der Verlauf des mittels der Spule 9 im Magnetkern 8 erzeugten Magnetfeldes läßt an den Enden des Magnetkerns 8 momentane jeweils entgegengesetzte Polaritäten Nord bzw. Süd aufweisende Magnetpole auftreten, wobeiisich die entstehenden Feldlinien über einen Außenkreis schließen, wobei sie die verschiedenen Schichten der Mehrschichten-Anordnung 1 durchsetzen, die in unmittelbarer Nähe eines der Pole des Magnetkerns 8 in dessen Verlängerung angeordnet ist. Der so gebildete Magnetkreis kann in Berührung mit der Anordnung 1 sein, wodurch zur Inlagehaltung beigetragen wird,

wobei der Eisenspalt und die magnetischen Verluste w

verringert werden. Wie an sich bekannt verhält sich das von quasi allen Magnetfeldlinien 11 durchsetzte s

Teil 3 wie die kurzgeschlossene Sekundärwicklung eines Transformators, d. h., daß dasjßlech des Teils Ausgangspunkt von induzierten Kreisströmen bzw. Wirbelströmen ist, die derart umlaufen, daß ihre

eigenen Felder das Induktorfeld auslöschen wollen, durch das sie erzeugt worden sind. Das Um—laufen dieser induzierten Ströme im Metall bewirkt dessen Erwärmung infolge von Stromwärme-Verlusten. Die in Form von Stromwärme abgegebene Leistung hängt wesentlich von der Art desaufzuheizenden Teils ab, d. h. von dessen Widerstandsfähigkeit und dessen Permeabilität gegenüber der des Magnetkerns 8. Sie ist praktisch unabhängig von der Frequenz, wenn diese nicht groß ist. Im Gegensatz dazu hängen die magnetischen Hystereseverluste, die sich zu den vorher genannten hinzufügen, wesentlich von der Frequenz und der magnetischen Induktion ab. Die Gesamtverluste, die in Form von Wärme in das Teil 3 verlorengehen, übertragen

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sich durch Wärmeleitung durch die verschiedenen Schichten der Anordnung 1 auf das Teil 2, wobei beim Durchtritt der Kleber-Punkt 4 polymerisiert wird. Wenn die Temperatur nicht ausreichend ist, findet nicht nur die Polymerisation des Kleber-Punkts 4 nicht statt, sondern tritt darüber hinaus eine AbschäJ.- oder Ablöseerscheinung an den in Berührung befindlichen Flächen der Teile 2, 3 auf.

Selbstverständlich muß mindestens eine Metallschicht in der Anordnung vorgesehen sein, damit Wirbelströme auftreten können, wobei sich die Wärme dann durch Wärmeleitung auf die übrige Anordnung 1

überträgt. Dadurch ist es mittels des Verklebegerätes möglich sowohl homogene als auch heterogene Teile, d. h. von verschiedener Art bzw. verschiedenem Werkstoff, zu verkleben, vorausgesetzt, daß ein metallisches Element vorhanden ist. Dieses kann in Form eines Pulvers in Suspension im Kleber enthalten sein.

Vorzugsweise wird bei dem Verklebegerät ein Magnetkern 12 verwendet, der die allgemeine Form eines U besitzt, gemäß Fig. 3, um die Magnetfeldliniei 11 zu kanalisieren. Die Verwendung eines gegossenen Ferrits erlaubt die schneiIe Einstellung der Form des Magnetkerns gegenüber den Formen der zu verklebenden Teile mit geringen Herstellkosten. Der Magnetkern 12 weist gemäß Fig. 3 zwei Zweige 13, 14 ungleicher Längen auf, deren einer Zweig 13 die Induktorspule 9 aufnimmt, wobei die Dicke der Anordnung 1 der Versetzung bzw. dem Abstand d zwischen den rechtwinkligen Querschnitten der Enden der beiden Zweige 13, 14 des Magnetkerns entspricht. Dadurch sind der Verlauf der Feldlinien

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in der Luft und daher die magnetischen Verluste sehr stark verringert.

Andererseits ist der andere Zweig 14 des Magnetkerns 12 durch einen Kurzschluß-Ring 16 umgeben, einer sog. Fraser-Wicklung, um das Induktorfeld in der Phase verschieben zu können und um die Reluktanz bzw. den magnetischen Widerstand des Magnetkerns verändern zu können, um dadurch die übertragene magnetische Leistung einstellen zu können. Dadurch kann die Heizungstemperatur ohne Schwierigkeiten zwischen 100 und 300 ⁰C eingestellt werden. Es genügt, die Abmessungen und/oder die Lage des Kurzschluß-Rings 16 zu verändern. Bei einem solchen Aufbau induziert der Magnetkern Wirbelströme simultan in den benachbarten Bereichen der momentanen Pole Nord und Süd, wobei sich die in das Teil 2 nahe dem Südpol verlorengegangene Wärme durch Wärmeleitung auch durch die Anordnung 1 bis in Höhe des Nordpols überträgt, der so eine zusätzliche Zufuhr von Wärmeenergie ermöglicht.

Weil die im Teil 2 induzierten Ströme dem Feld entgegenwirken, das sie erzeugt hat, bilden sie eine wirksame Abschirmung gegenüber der Ausbreitung des Magnetfeldes in der Grenz- oder Zwischenschicht, was die Bildung weiterer induzierter Ströme im Tei] 2 verhindert, die wärmeerzeugend sind. Weiter kann die Dicke der Anordnung 1 Veränderungen von einem Kleber-Punkt zum anderen unterliegen. In gleicher Weise kann

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der Pegel der Polymerisation,der abhängig von der Dicke und von der Wärmeleitfähigkeit des Klebers ist/ große Streuungen aufweisen.

Das Verklebegerät gemäß Fig. 4 erreicht verbesserte Temperaturerhöhung des Blechs 2 in Höhe des Kleber-Punkts 4. Bei diesem Verklebegerät ist ein komplementärer magnetischer Kurzschluß 17 aus dem gleichen Werkstoff wie der Magnetkern 12 U-förmig vorgesehen und schließt einen dadurch gebildeten Magnetkreis an der Außenseite unter der Maßgabe, daß 'Zugänglichkeit.beibehalten ist, und zwar durch Auflage auf das Teil 2 unter Unterstützen der Zwischenschichtung eines elastischen Auflage-Belags 18, beispielsweise aus Gummi, um die Positionierung des magnetischen Kurzschlusses 17 zu erleichtern und um die Handhabung der Anordnung zu verbessern. Dieses Gerät kanalisiert die Feldlinien 11 zum Teil 2 in Höhe der Anordnung 1, wodurch die induzierten Ströme erhöht und damit die entsprechende Heizung verbessert wird. Die jeweiligen Erfordernisse der Klebung insbesondere deren Probleme bezüglich der Verformung der Teile kann es erforderlich machen, daß verschiedene Temperaturen an den verschiedenen Berührungspunkten mit dem Magnetkern 12 eingestellt werden müssen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein zweiter Kurzschluß-Ring 19 um den magnetischen Kurzschluß 17 angeordnet ist. Die Temperatur kann auch dadurch eingestellt werden, daß auf die Luftspalte in Höhe jeder Unterbrechung des Magnetkreises 11, d. h. insbesondere auf den Abstand d eingewirkt wird.

Entsprechend der zu erreichenden Anordnung!und dem Ort des Kleber-Punkts 4 können der U-Magnetkern und der Kurzschluß miteinander verbunden sein, derart, daß ein C-förmiger Magnetkern geb ildet ist, wobei dann lediglich ein_t Luftspalt zum Einführen der Anordnung 1 vorgesehen ist.¹ ,·' ' ,' ' / ,'■■,' I₁₁J J_{1 ;<}

Bei praktischen Ausführungsformen sind die Teile des Ferrit-Magnetkreises (Magnetkern 12 und Kurzschluß 17) sowie die Induktorspule 9 starr in (nicht dargestellte) Gegenformen ans Kunststoff eingebettet. Der Kurzschluß 17 kann auch nachgiebig auf einem Träger aus Gummi befestigt sein, der in der Kunststoff-Gegenform angeordnet ist.

Wenn eine geeignete Erwärmung des Teils 2 noch nicht sichergestellt werden kann, sei es wegen Verformungen in den verschiedenen Schichten der Anordnung 1, sei es wegen der geringen spezifischen Masse der zu verbindenden oder vereinigenden Teile, sei es auch, weil es unmöglich ist, einen magnetischen Kurzschluß anzuordnen, ist es zweckmäßig, das erfindungsgemäße Verklebegerät, das eine punktuelle Erwärmung erreicht, mit einer kontinuierlichen Zusatzheizung auf mittlere Temperaturen in der Größenordnung von 120 ⁰C zu kombinieren. Ein solches Verklebegerät ist in Fig. 5 dargestellt, wobei ein Zusatz-Induktor 20 außerhalb des Magnetkerns 12, im wesentlichen in Verlängerung des aktiven Magnetpols und der Anordnung 1 angeordnet ist, um so durch Induktion das Teil 2 in einer Zone vorzuheizen, die sich weit um ein Kleber-Punkt 4 erstreckt. Ein zweiter (nicht dargestellter) Niederfrequenzgenerator (etwa 3 kHz) versorgt beispielsweise zwei Rechteckrohr-Leiter 21, 22 starken Querschnitts, vorzugsweise aus Kupfer, die an den zweiten Generator entweder in Reihe oder parallel angekoppelt sind.

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Das erf indurugsgemäße Verklebegerät erlaubt es_/ die Form und die Art der Anordnung 1 ganz allgemein zu gestalten. Das Gerät ist vorteilhaft anwendbar sowohl auf dem Gebiet der Konstruktion von Fahrzeugen als auch bei Elektrohaushaltsgeräten und bei Möbeln, bei denen Anordnungen der erwähnten Art zunehmende Bedeutung gewinnen.

Claims

Schutzansprüche

1. Verklebegerät für Teile durch Überlappung und Punktklebung, bei dem eine Mehrschichtenanordnung aus den zu verklebenden Teilen und einem punktartig zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen der Teile angeordneten polymerisierbaren Kleber örtlich während sehr kurzer Zeit mittels Induktionsheizung auf hohe Temperatur zur Polymerisation des Klebers erhitzbar ist,
gekennzeichnet durch

einen Magnetkern (8, 12), der von einer Induktorspule (9) umgeben ist, in unmittelbarer Nähe zu einem der Teile (3) der Anordnung (1) derart, daß Magnetfeldlinien (11) den punktförmigen Kleber (4) durchsetzen können.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einfachen Stab-Magnetkern (8), vorzugsweise ausbegossenem Ferrit, dessen eines Ende über der Anordnung (1) angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen U-förmigen Magnetkern (12) mit zwei Zweigen (13, 14) ungleicher Länge, deren einer Zweig (13) die Induktorspule (9) aufweist, wobei die Dicke der Anordnung (1) dem Abstand (d) zwischen den rechtwinkligen Querschnitten der Enden der beiden Zweige (13, 14)

des Magnetkerns (12) entspricht.

4. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eipen zur U-Form des Magnetkerns (12) komplementären magnetischen Kurzschluß (17) des Magnetkerns (12) auf der anderen Seite der Anordnung (1) unter Beibehalten des Abstands (d) .

5. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Zusatz-Induktor (2O) in Verlängerung des auf die Anordnung (1) einwirkenden Magnetpols des Magnetkerns (12) und auf der anderen Seite der Anordnung (1).

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz-Induktor (20) aus zwei Rechteckrohr-Leitern (21, 22), vorzugsweise aus Kupfer, besteht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen Kurzschlußring (16, 19) am anderen Zweig (14) des Magnetkerns (12) und/oder am magnetischen Kurzschluß (17),