EP1577020B1 - Verfahren zum Auftragen von Klebstoff - Google Patents
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- EP1577020B1 EP1577020B1 EP05004393A EP05004393A EP1577020B1 EP 1577020 B1 EP1577020 B1 EP 1577020B1 EP 05004393 A EP05004393 A EP 05004393A EP 05004393 A EP05004393 A EP 05004393A EP 1577020 B1 EP1577020 B1 EP 1577020B1
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- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
- B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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- B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
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- Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
- Y10T156/17—Surface bonding means and/or assemblymeans with work feeding or handling means
- Y10T156/1798—Surface bonding means and/or assemblymeans with work feeding or handling means with liquid adhesive or adhesive activator applying means
Definitions
- the invention relates to a method for applying adhesive to a particular contaminated joining surface of a joining part.
- the bonding process "bonding" is characterized by an increasing number of applications and a high innovation potential. Gluing is predestined for lightweight applications and especially for the repair sector.
- the achievable strength of an adhesive bond is determined by the "adhesion" between the adhesive and the adherend surface. The strength results from the adsorption work that is done in the interface at the atomic level via short-range interactions.
- One problem of the adhesive technique is adhesion-reducing contamination. Despite all care, they can not be safely excluded in practice and the resulting poor adhesion is unfortunately not destructive testable. Preventing adhesion-reducing contamination is problematic even when manufacturing new parts under controlled industrial conditions, and is even more difficult due to the higher number of possible unknown sources of contamination in repair applications on aged and media-loaded parts.
- the contamination tolerance of the adhesive process is therefore an indispensable requirement of quality assurance and a challenge for adhesive technology research. Not new high-strength adhesives and the achievable strength of an adhesive connection are in the foreground, the criterion for the application is reliability.
- the filing of the file number DE 103 12 815 A1 describes a method for the bonding of contaminated adherends, in which the contaminating components of the adherend surfaces by introducing vibration energy / ultrasound in the not yet hardened adhesive matrix are removed from the interface and dissolved or dispersed in the adhesive matrix, thereby improving the wetting of the surface.
- the device for applying adhesive can be coupled directly to the sonotrode.
- the application of ultrasound for mixing different coating components on the respective joining surfaces is based on the DD 205 180 and JP 01259080 A out.
- an adhesive component is mixed on the one joining surfaces with a corresponding hardener component on the other joining surface, so that curing can take place. That this applies not only for mixing with a curing component, but also for poorly adhesive compatible components, which gives JP 06057229 A again.
- the invention has for its object to provide an improved method for applying adhesive to a joining surface of a joining part, which avoids the costly cleaning and surface preparation steps before applying the adhesive to the substrate surface or with the even with unavoidable contamination or recontamination ensure sufficient quality of bonds and also works effectively.
- the vibrations of the sonotrode are transferred to the adhesive emerging from the adhesive outlet opening.
- the contaminating constituents of the adherend surface are removed from the interface by the introduction of the vibrational energy or the ultrasound into the uncured adhesive matrix and dissolved or dispersed in the adhesive matrix, thereby improving the wetting of the surface.
- the coupling of ultrasound into the uncured adhesive causes the adhesive to absorb the contamination and create an undisturbed interaction between the adhesive and the adherend.
- the final cleaning process which is decisive for the strength of the adhesive bond, is transferred directly to the adhesive used and further possibilities for recontamination are reliably excluded.
- the fine cleaning of the adherend surface takes place in the adhesive under the influence of the power ultrasound of the sonotrode.
- the adhesive serves simultaneously as a coupling and cleaning medium. Adhesion-reducing interface contaminations are thereby removed from the interface. Only then does the adhesive harden and create a load-bearing connection.
- the contamination tolerant effect of the process is based on several effects.
- the coupling of ultrasound leads to an improved adherend wetting, the dissolution and removal of contamination under cavitation, the removal of capillary inclusions from the adherend surface and a homogenization of the adhesive.
- the device for applying adhesive can generally be used with pasty adhesives. It is suitable for both hot and in particular for cold-curing adhesive systems, which may be formed as one-component as well as two-component.
- the apparatus for applying adhesive is both manually applicable, e.g. for the repair area, as well as arbitrarily automatable.
- the channel for the supply of adhesive is arranged in the sonotrode and the channel has an adhesive outlet opening, which is arranged in the region of the free top end of the sonotrode, one achieves a high efficiency and cost-effectiveness. Because the sub-task of adhesive application and the partial task of treatment with ultrasound are combined into a common work step. Furthermore, a reliable coupling of the ultrasound to the adhesive and thus to the interface to be treated is achieved.
- the sonotrode may be designed so that it floats on the operation of an adhesive film of defined thickness over the adherend. With the supply of the adhesive through the sonotrode an improved mixing and homogenization of the adhesive already occurs in the sonotrode. In turn, this process additionally improves the properties of the joint connection.
- the quality of the adhesive bead improves with regard to the shape and the required volume. Since the amount of adhesive to be applied can be precisely adjusted, the amount of adhesive is reduced to the required level. This avoids unnecessarily squeezing glue out of the glue joint.
- the device comprises an adhesive pump which is connected to a control circuit for controlling the delivery rate of the adhesive.
- a control circuit for controlling the delivery rate of the adhesive.
- the control circuit is designed so that it is acted upon in operation with an input value which corresponds to the value of the power consumption of the ultrasound generator.
- the power consumption of the sonotrode is a direct measure of the coupling of the ultrasound into the adhesive and the quality of the treatment of the adhesive / adherend interface. Therefore, the power consumption is a very important input to control the flow rate of the adhesive to ensure that based on the delivery rate of the adhesive also a sufficiently high energy is coupled.
- the film thickness resulting primarily from the delivery rate and viscosity can thus be treated with a reproducible interface treatment by a sufficient power input of ultrasound.
- the channel has an adhesive inlet opening, which is arranged in the lateral surface of the sonotrode in the region of the vibration node.
- the adhesive outlet opening is arranged in the end face of the free head end of the sonotrode. This allows a simple mechanical structure. Because during operation of the device, the adhesive comes out of the end face of the free head end and is applied to a contaminated joining surface of a joining part. At the same time, the Ultrasonic treatment also via the floating on the adhesive face of the free head end of the sonotrode.
- the channel is formed by a longitudinal bore extending through the adhesive outlet opening and a transverse bore extending through an adhesive inlet opening. Due to this simple construction, a low-cost sonotrode with an integrated channel for the supply and application of adhesive is achieved.
- a temperature sensor is arranged in the region of the free top end of the sonotrode.
- the temperature sensor is arranged in the region of the adhesive outlet opening in order to be able to detect the adhesive temperature as accurately as possible.
- the control circuit can be acted upon in operation with a further input variable, which corresponds to the temperature, as determined by the temperature sensor.
- the temperature variable determined by the temperature sensor also indirectly and with a time delay provides a measure of the value of the Power Consumption of the Sonotrode.
- the diffusion, dissolution and / or dispersion of the contaminating impurities of the substrate surface in the adhesive matrix are favored by an increase in the temperature of the adhesive.
- the size of the power consumption of the sonotrode is also determined by the temperature sensor temperature size to ensure the quality of the adhesive bond. For example, it may be specified that a temperature range of 50 ° C to 60 ° C must be maintained. In automated operation, the size of the temperature and / or the size of the power consumption of the sonotrode can be recorded as part of quality assurance.
- the single figure shows a device for applying adhesive to a particular contaminated joining surface 50 of a joining part 5.
- the device comprises a sonotrode 1, in which a channel 10 is arranged for the supply of adhesive.
- This channel 10 has an adhesive outlet opening 11, which is arranged in the region of the free head end of the sonotrode 1.
- the sonotrode 1 is designed so that during operation the vibrations of the sonotrode 1 are transmitted to the adhesive emerging from the adhesive outlet opening 11.
- the sonotrode 1 is part of an ultrasound head which, in addition to the sonotrode 1, also has a piezo-resonator 3 and a coupling piece 2.
- the channel has an adhesive inlet opening 12, which is arranged in the lateral surface of the sonotrode in the region of the vibration node 81.
- the vibration node 81 is illustrated by a graph in which the vibration amplitudes are plotted along the length of the ultrasonic head.
- the adhesive outlet opening 11 is arranged in the end face of the free head end of the sonotrode 1. Below the adhesive outlet opening 11, an adhesive bead 7 is shown, which was applied to a contaminated joining surface 50.
- the channel 10 is formed from a longitudinal bore 13 extending through the adhesive outlet opening 11 and a transverse bore 14 extending through the adhesive inlet opening 12.
- the device comprises an adhesive pump 70, which is connected via a line 63 to a control circuit 60 for controlling the delivery rate of the adhesive.
- the control circuit 60 is designed so that it is acted upon in operation with an input that corresponds to the value of the power consumption of the sonotrode. This illustrates the input line 61.
- a temperature sensor 16 is arranged in the area of the free head end of the sonotrode 1. As shown, the temperature sensor 16 is located in the region of the adhesive outlet opening 11. During operation, the control circuit 60 is acted upon by a further input variable, which corresponds to the temperature as determined by the temperature sensor 16. This illustrates the input line 62. As part of the quality assurance, the control circuit 60 is provided with an electronic storage to record the magnitude of the temperature as well as the size of the power consumption of the sonotrode.
- the example below is intended to make it clear that it is possible to achieve a high-strength adhesive bond even with a contaminated joining surface using the device for applying adhesive.
- the example uses a double cantilever beam (DCB) sample consisting of two legs to be glued together. One of the legs has on the joining surface residues of hydraulic oil, namely 3 grams / m 2 .
- the adhesive used is Terokal 5045®. The adhesive was applied to the device shown in the figure with the simultaneous application of ultrasound to the joining surface of the contaminated leg.
- the sonotrode had a power consumption of 100 watts during adhesive application.
- the adhesive outlet 11 had a diameter of 3 mm.
- the head of the sonotrode 1 floated to an adhesive thickness of about 0.9 mm.
Landscapes
- Coating Apparatus (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Klebstoff auf eine insbesondere kontaminierte Fügeoberfläche eines Fügeteils.
- Das Fügeverfahren "Kleben" ist gekennzeichnet durch eine steigende Zahl von Anwendungen und ein hohes Innovationspotenzial. Kleben ist prädestiniert für Leichtbauanwendungen und insbesondere für den Reparaturbereich. Die erreichbare Festigkeit einer Klebeverbindung wird von der "Adhäsion" zwischen dem Klebstoff und der Fügeteiloberfläche bestimmt. Die Festigkeit ergibt sich aus der Adsorptionsarbeit, die in der Grenzfläche auf atomarer Ebene über kurzreichweitige Wechselwirkungen geleistet wird. Ein Problem der Klebtechnik sind haftungsmindernde Kontaminationen. Trotz aller Sorgfalt lassen sie sich in der Praxis nicht sicher ausschließen und die sich ergebende mangelhafte Adhäsion ist leider nicht zerstörungsfrei prüfbar. Das Vermeiden von haftungsmindernden Kontaminationen ist schon bei der Neuteilherstellung unter kontrollierten Industriebedingungen problematisch, noch schwieriger wird es aufgrund der höheren Zahl von möglichen unbekannten Kontaminationsquellen bei Reparaturanwendungen an gealterten und medienbelasteten Fügeteilen. Die Kontaminationstoleranz des klebtechnischen Prozesses ist daher eine unverzichtbare Forderung der Qualitätssicherung und eine Herausforderung für die klebtechnische Forschung. Nicht neue hochfeste Klebstoffe und die erreichbare Festigkeit einer Klebeverbindung stehen im Vordergrund, das Kriterium für die Anwendung ist Zuverlässigkeit.
- Daher besteht ein Bedarf für Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zum Kleben von kontaminierten Fügeteilen. Dabei sollen aufwendige Reinigungs- und Oberflächenvorbehandlungsschritte vor dem Auftrag des Klebstoffs auf die Substratoberfläche vermieden werden. Bei nicht vermeidbarer Kontamination oder Rekontamination soll ferner eine ausreichende Klebequalität sichergestellt sein.
- Die Anmeldung des Aktenzeichens
DE 103 12 815 A1 beschreibt ein Verfahren für das Kleben von kontaminierten Fügeteilen, bei dem die kontaminierenden Bestandteile der Fügeteiloberflächen durch Einbringen von Vibrationsenergie/Ultraschall in die noch nicht ausgehärtete Klebstoffmatrix von der Grenzfläche entfernt werden und in der Klebstoffmatrix gelöst oder dispergiert werden und dadurch die Benetzung der Oberfläche verbessert wird. Dabei kann die Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff direkt mit der Sonotrode gekoppelt sein. - Die Verwendung von Ultraschall im Allgemeinen für die Behandlung von Klebstoffen in Klebefugen ist in der
DE 42 26 312 A1 , derJP 63132788 A JP 2000073031 US 6 544 364 B2 beschrieben. Im wesentlichen handelt es sich dabei zumindest um die Erzeugung lokal begrenzter thermischer Energie zur Aushärtung oder zum Aufschmelzen. - Die Anwendung von Ultraschall zum Vermischen von verschiedenen Beschichtungskomponenten auf den jeweiligen Fügeflächen geht aus der
DD 205 180 JP 01259080 A JP 06057229 A - Bestimmte Klebstoffe für die Verklebung von kontaminierten, im speziellen meistens mit Ölen versehenen Rückständen versehenen Bauteilen im Automobilrohbau sind durch die
DE 198 58 921 A1 und dieDE 195 02 381 A1 bekannt. - Aus der
WO-A-99/46 110 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Auftragen von Klebstoff auf eine Fügeoberfläche eines Fügeteils zu schaffen, das aufwendige Reinigungs- und Oberflächenvorbehandlungsschritte vor dem Auftragen des Klebstoffs auf die Substratoberfläche vermeidet bzw. mit der sich auch bei nicht vermeidbarer Kontamination oder Rekontamination eine ausreichende Qualität von Klebungen sicherstellen lässt und das darüber hinaus effektiv arbeitet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Auftragen von Klebstoff gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Die Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
- Die Schwingungen der Sonotrode werden auf den aus der Kleberaustrittsöffnung heraustretenden Klebstoff übertragen. Dabei werden die kontaminierenden Bestandteile der Fügeteiloberfläche durch das Einbringen der Vibrationsenergie bzw. des Ultraschalls in die noch nicht ausgehärtete Klebstoffmatrix von der Grenzfläche entfernt und in der Klebstoffmatrix gelöst oder dispergiert, wodurch die Benetzung der Oberfläche verbessert wird. Die Einkoppelung von Ultraschall in den nicht ausgehärteten Klebstoff führt dazu, dass der Klebstoff die Kontamination aufnimmt und eine ungestörte Wechselwirkung zwischen Klebstoff und Fügeteil entsteht.
- Der letzte für die Festigkeit der Klebeverbindung entscheidende Reinigungsprozess wird direkt dem eingesetzten Klebstoff übertragen und es werden weitere Rekontaminationsmöglichkeiten sicher ausgeschlossen. Die Feinreinigung der Fügeteiloberfläche erfolgt im Klebstoff unter dem Einfluss des Leistungsultraschalls der Sonotrode. Der Klebstoff dient dabei gleichzeitig als Koppel- und Reinigungsmedium. Haftungsmindernde Grenzflächenkontaminationen werden dabei von der Grenzfläche entfernt. Erst danach härtet der Klebstoff aus und es entsteht eine lasttragende Verbindung.
- Die kontaminationstolerante Wirkung des Verfahrens beruht auf mehreren Effekten. Die Einkopplung von Ultraschall führt zu einer verbesserten Fügeteilbenetzung, dem Lösen und Abtransport von Kontaminationen unter Kavitation, dem Entfernen von Kapillareinschlüssen aus der Fügeteiloberfläche und einer Homogenisierung des Klebstoffes.
- Die Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff ist mit pastösen Klebstoffen generell einsetzbar. Sie eignet sich sowohl für warm- als auch insbesondere für kaltaushärtende Klebstoffsysteme, die einkomponentig als auch zweikomponentig ausgebildet sein können.
- Die Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff ist sowohl manuell anwendbar, wie z.B. für den Reparaturbereich, als auch beliebig automatisierbar.
- Dadurch, dass in der Sonotrode der Kanal für die Zuführung von Klebstoff angeordnet ist und der Kanal eine Kleberaustrittsöffnung aufweist, die im Bereich des freien Kopfendes der Sonotrode angeordnet ist, erzielt man eine hohe Effektivität und Wirtschaftlichkeit. Denn die Teilaufgabe des Klebstoffauftrags und die Teilaufgabe der Behandlung mit Ultraschall wird zusammengefasst in einen gemeinsamen Arbeitsschritt. Ferner erreicht man eine zuverlässige Ankopplung des Ultraschalls an den Klebstoff und damit an die zu behandelnde Grenzfläche. Die Sonotrode kann so ausgebildet sein, dass sie im Betrieb auf einem Klebstofffilm definierter Dicke über das Fügeteil schwimmt. Mit der Zufuhr des Klebstoffes durch die Sonotrode tritt bereits in der Sonotrode eine verbesserte Durchmischung und Homogenisierung des Klebstoffes auf. Dieser Prozess verbessert wiederum zusätzlich die Eigenschaften der Fügeverbindung. Darüber hinaus verbessert sich die Qualität der Klebstoffraupe hinsichtlich der Form und des geforderten Volumens. Da die aufzubringende Klebstoffmenge genau eingestellt werden kann, reduziert sich die Klebstoffmenge auf das benötigte Maß. Man vermeidet, dass unnötig Klebstoff aus der Klebefuge herausgequetscht wird.
- Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung eine Klebstoffpumpe auf, die an eine Regelungsschaltung zur Regelung der Fördermenge des Klebstoffes angeschlossen ist. Hierdurch schafft man die Voraussetzungen einer Automatisierung des Auftragens von Klebstoff bei gleichzeitiger Behandlung mit Ultraschall. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff an einen Roboterarm montiert sein. Gemäß der Erfindung ist die Regelungsschaltung so ausgebildet, dass sie im Betrieb mit einer Eingangsgröße beaufschlagt wird, die dem Wert der Leistungsaufnahme des Ultraschallerzeugers entspricht. Die Leistungsaufnahme der Sonotrode ist ein direktes Maß für die Einkopplung des Ultraschalls in den Klebstoff und die Qualität der Behandlung der Klebstoff/FügeteilGrenzfläche. Daher stellt die Leistungsaufnahme eine sehr wichtige Eingangsgröße zur Regelung der Fördermenge des Klebstoffes dar, um sicherzustellen, dass bezogen auf die Fördermenge des Klebstoffs auch eine ausreichend hohe Energie eingekoppelt wird. Die sich primär durch die Fördermenge und Viskosität ergebende Filmdicke kann somit mit einer reproduzierbaren Grenzflächenbehandlung durch eine ausreichende Leistungseinkopplung von Ultraschall behandelt werden.
- Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Auftragen von Klebstoff weist der Kanal eine Klebereintrittsöffnung auf, die in der Mantelfläche der Sonotrode im Bereich des Schwingungsknotens angeordnet ist. Mit dieser Maßnahme erreicht man, dass die Klebereintrittsöffnung, die beispielsweise mit einem Schlauchanschluss versehen ist, nur einer geringen mechanischen Belastung aufgrund niedriger Schwingungsamplituden ausgesetzt ist.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kleberaustrittsöffnung in der Stirnfläche des freien Kopfendes der Sonotrode angeordnet. Hierdurch ermöglicht man einen einfachen mechanischen Aufbau. Denn im Betrieb der Vorrichtung tritt der Klebstoff aus der Stirnfläche des freien Kopfendes heraus und wird auf eine kontaminierte Fügeoberfläche eines Fügeteils aufgetragen. Gleichzeitig erfolgt die Ultraschallbehandlung ebenfalls über die auf dem Klebstoff schwimmende Stirnfläche des freien Kopfendes der Sonotrode.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kanal aus einer sich durch, die Kleberaustrittsöffnung erstreckende Längsbohrung und einer sich durch eine Klebereintrittsöffnung erstreckende Querbohrung gebildet. Aufgrund dieses einfachen Aufbaus erreicht man eine kostengünstig zu fertigende Sonotrode mit integriertem Kanal für die Zuführung und Auftragung von Klebstoff.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich des freien Kopfendes der Sonotrode ein Temperatursensor angeordnet. Vorzugsweise ist der Temperatursensor im Bereich der Kleberaustrittsöffnung angeordnet, um möglichst genau die Klebstofftemperatur erfassen zu können. Zur Verfeinerung der Regelung der Fördermenge des Klebstoffs kann die Regelungsschaltung im Betrieb mit einer weiteren Eingangsgröße beaufschlagt werden, die der Temperatur entspricht, wie sie von dem Temperatursensor ermittelt wurde. Die von dem Temperatursensor ermittelte Temperaturgröße stellt indirekt und zeitverzögert auch ein Maß für den Wert der Leistungsaufnahme der Sonotrode dar. Die Diffusion, Lösung und/oder Dispersion der kontaminierenden Verunreinigungen der Substratoberfläche in der Klebstoffmatrix werden durch eine Erhöhung der Temperatur des Klebstoffs begünstigt. Neben der Größe der Leistungsaufnahme der Sonotrode eignet sich auch die von dem Temperatursensor ermittelte Temperaturgröße zur Sicherstellung der Qualität der Klebeverbindung.
Beispielsweise kann vorgegeben sein, dass ein Temperaturbereich von 50°C bis 60°C einzuhalten ist. Im automatisierten Betrieb kann die Größe der Temperatur und/oder die Größe der Leistungsaufnahme der Sonotrode im Rahmen der Qualitätssicherung aufgezeichnet werden. - Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargelegten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
- Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff auf eine insbesondere kontaminierte Fügeoberfläche 50 eines Fügeteils 5. Die Vorrichtung umfasst eine Sonotrode 1, in der ein Kanal 10 für die Zuführung von Klebstoff angeordnet ist. Dieser Kanal 10 weist eine Kleberaustrittsöffnung 11 auf, die im Bereich des freien Kopfendes der Sonotrode 1 angeordnet ist. Die Sonotrode 1 ist dabei so ausgebildet, dass im Betrieb die Schwingungen der Sonotrode 1 auf den aus der Kleberaustrittsöffnung 11 heraustretenden Klebstoff übertragen werden.
- Die Sonotrode 1 ist Teil eines Ultraschallkopfes, der neben der Sonotrode 1 noch einen Piezoresonator 3 und ein Koppelstück 2 aufweist.
- Der Kanal weist eine Klebereintrittsöffnung 12 auf, die in der Mantelfläche der Sonotrode im Bereich des Schwingungsknotens 81 angeordnet ist. Der Schwingungsknoten 81 ist durch eine grafische Darstellung illustriert, in der die Schwingungsamplituden über die Länge des Ultraschallkopfes aufgetragen sind.
- Die Kleberaustrittsöffnung 11 ist in der Stirnfläche des freien Kopfendes der Sonotrode 1 angeordnet. Unterhalb der Kleberaustrittsöffnung 11 ist eine Klebstoffraupe 7 dargestellt, die auf eine kontaminierte Fügeoberfläche 50 aufgetragen wurde.
- Der Kanal 10 ist aus einer sich durch die Kleberaustrittsöffnung 11 erstreckende Längsbohrung 13 und einer sich durch die Klebereintrittsöffnung 12 erstreckende Querbohrung 14 gebildet.
- Die Vorrichtung weist eine Klebstoffpumpe 70 auf, die über eine Leitung 63 an eine Regelungsschaltung 60 zur Regelung der Fördermenge des Klebstoffes angeschlossen ist.
- Die Regelungsschaltung 60 ist so ausgebildet ist, dass sie im Betrieb mit einer Eingangsgröße beaufschlagt wird, die dem Wert der Leistungsaufnahme der Sonotrode entspricht. Dies illustriert die Eingangsleitung 61.
- Im Bereich des freien Kopfendes der Sonotrode 1 ist ein Temperatursensor 16 angeordnet. Gemäß der Darstellung befindet sich der Temperatursensor 16 im Bereich der Kleberaustrittsöffnung 11. Die Regelungsschaltung 60 wird im Betrieb mit einer weiteren Eingangsgröße beaufschlagt, die der Temperatur entspricht, wie sie von dem Temperatursensor 16 ermittelt wurde. Dies illustriert die Eingangsleitung 62. Im Rahmen der Qualitätssicherung ist die Regelungsschaltung 60 mit einer elektronischen Speicherung versehen, um die Größe der Temperatur als auch die Größe der Leistungsaufnahme der Sonotrode aufzuzeichnen.
- Durch das nachfolgende Beispiel soll verdeutlicht werden, dass sich mit der Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff auch bei einer kontaminierten Fügeoberfläche eine hochfeste Klebverbindung erzielen lässt.
Im Beispiel wird eine DCB(double cantilever beam)-Probe verwendet, die aus zwei miteinander zu verklebenden Schenkeln besteht. Einer der Schenkel weist auf der Fügeoberfläche Rückstände von Hydrauliköl auf, und zwar 3 Gramm/m2. Als Klebstoff wird Terokal 5045® verwendet. Der Klebstoff wurde mit der in der Fig. dargestellten Vorrichtung unter gleichzeitiger Aufbringung von Ultraschall auf die Fügeoberfläche des kontaminierten Schenkels aufgetragen. Die Sonotrode hatte während des Klebstoffauftrags eine Leistungsaufnahme von 100 Watt. Die Kleberaustrittsöffnung 11 hatte einen Durchmesser von 3 mm. Der Kopf der Sonotrode 1 schwamm auf einer Klebstoffdicke von ungefähr 0,9 mm. Danach wurde der nicht kontaminierte Schenkel auf den kontaminierten Schenkel gedrückt und fixiert. Nach der Aushärtung wurde die Qualität der Verklebung im DCB-Versuch ermittelt. Hierbei trat ein Kohäsionsbruch auf, der auf eine ungestörte Adhäsionswirkung zwischen Klebstoff und Fügeteil schließen lässt. Eine weitere DCB-Probe wurde zum Vergleich ohne eine Ultraschalleinkoppelung hergestellt. Diese zeigte im DCB-Versuch gegenüber der zuvor beschriebenen, mit Ultraschall behandelten Probe einen Adhäsionsbruch an der kontaminierten Fügeoberfläche des kontaminierten Schenkels. Die Energiefreisetzungsrate der nicht mit Ultraschall behandelten Probe betrug weniger als 1/5 (0,109 N/mm2) als die der mit Ultraschall behandelten Probe (0,590 N/mm2). -
- 1
- Sonotrode
- 10
- Kanal für Klebstoff
- 11
- Kleberaustrittsöffnung
- 12
- Klebereintrittsöffnung
- 13
- Längsbohrung
- 14
- Querbohrung
- 15
- Stirnfläche
- 2
- Koppelstück
- 3
- Piezoresonator
- 5
- Fügeteil
- 50
- Fügeoberfläche
- 60
- Regelungsschaltung
- 61
- Eingangsleitung (Größe der Leistungsaufnahme des Ultraschallerzeugers)
- 62
- Eingangsleitung (Temperaturgröße)
- 63
- Leitung (Beaufschlagung der Klebstoffpumpe)
- 7
- Klebstoffraupe
- 70
- Klebstoffpumpe 71 Klebstoffbehälter
- 81
- Schwingungsknoten
Claims (5)
- Verfahren zum Auftragen von Klebstoff auf eine insbesondere kontaminierte Fügeoberfläche (50) eines Fügeteils (5) unter Verwendung einer Vorrichtung mit folgenden Merkmalen:• die Vorrichtung umfasst eine Sonotrode (1),• in der Sonotrode (1) ist ein Kanal (10) für die Zuführung von Klebstoff angeordnet,• der Kanal (10) weist eine Kleberaustrittsöffnung (11) auf, die im Bereich des freien Kopfendes der Sonotrode (1) angeordnet ist,• die Sonotrode (1) ist so ausgebildet, dass im Betrieb die Schwingungen der Sonotrode (1) auf den aus der Kieberaustrittsöffnung (11) heraus tretenden Klebstoff übertragen werden,• die Vorrichtung weist eine Klebstoffpumpe (70) auf, die an eine Regelungsschaltung (60) zur Regelung der Fördermenge des Klebstoffes angeschlossen ist,wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Regelungsschaltung (60) im Betrieb mit einer Eingangsgröße beaufschlagt wird, die dem Wert der Leistungsaufnahme der Sonotrode (1) entspricht. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kanal (10) eine Klebereintrittsöffnung (12) aufweist, die in der Mantelfläche der Sonotrode (1) im Bereich des Schwingungsknotens (81) angeordnet ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Kanal (10) aus einer sich durch die Kleberaustrittsöffnung (11) erstreckenden Längsbohrung (13) und einer sich durch die Klebereintrittsöffnung (12) erstreckenden Querbohrung (14) gebildet ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kleberaustrittsöffnung (11) in der Stirnfläche des freien Kopfendes der Sonotrode (1) angeordnet ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Bereich des freien Kopfendes der Sonotrode (1) ein Temperatursensor (16) angeordnet ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004013845 | 2004-03-20 | ||
DE102004013845A DE102004013845B3 (de) | 2004-03-20 | 2004-03-20 | Vorrichtung und Verfahren zum Auftragen von Klebstoff |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1577020A2 EP1577020A2 (de) | 2005-09-21 |
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