WO2013106881A1 - Vorrichtung und verfahren zum verbinden von blechteilen zu einem blechpaket - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum verbinden von blechteilen zu einem blechpaket Download PDF

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WO2013106881A1
WO2013106881A1 PCT/AT2013/050016 AT2013050016W WO2013106881A1 WO 2013106881 A1 WO2013106881 A1 WO 2013106881A1 AT 2013050016 W AT2013050016 W AT 2013050016W WO 2013106881 A1 WO2013106881 A1 WO 2013106881A1
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WO
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adhesive
sheet metal
metal parts
sheet
laminated core
Prior art date
Application number
PCT/AT2013/050016
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English (en)
French (fr)
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Peter DI ANGERMAYER
Markus DI BORZ
Friedrich DI FÜREDER-KITZMÜLLER
Original Assignee
Voestalpine Stahl Gmbh
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Publication date
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    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • C09J5/06—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers involving heating of the applied adhesive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for joining sheet metal parts to a laminated core, in which method sheet metal parts of a sheet metal strip with at least partially a layer comprising curable polymeric adhesive, separated, in particular punched, the adhesive at least partially heated, the separated and heated Adhesive sheet metal part is joined together with at least one other sheet metal part and glued to form a laminated core.
  • the invention is therefore based on the object, starting from the above-described prior art, to provide an easily manageable method by which sheet metal parts can be reliably and comparatively easily connected to a dimensionally accurate laminated core.
  • the method should be particularly flexible in its possible application and tolerant of parameter fluctuations in the sheet to be processed.
  • the invention achieves the stated object in that electromagnetically excitable particles, in particular carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite, of the adhesive are irradiated with electromagnetic radiation, in particular microwave radiation, and as a result, heat the adhesive, the sheet being irradiated during the irradiation of the particles is used as a reflector for the passing through the adhesive portion of electromagnetic radiation to use this reflected radiation for electromagnetic excitation of the particles. If the electromagnetically excitable particles of the adhesive are irradiated with electromagnetic radiation, in particular microwave radiation, and as a result these particles heat the adhesive, an easily manageable procedure for contactless heating of the adhesive can be achieved.
  • electromagnetic radiation in particular microwave radiation
  • CNT carbon nanotubes
  • Fe 3 O 4 magnetite
  • magnetite can ensure magnetization due to its ferromagnetic properties and on the other hand also a comparatively high insulating effect due to the oxidic character of its chemical compound.
  • a use of magnetite with a particle size ⁇ 10 pm are distinguished, because even with increased thermal stress of the adhesive, the risk of breakdown or short circuit can be significantly reduced. A comparatively high stability of the package can thus be ensured. It is generally conceivable to add magnetite as a filler to the adhesive.
  • the energy required to heat the adhesive compared to a contact heating can be kept low when the irradiation of the particles, the sheet is used as a reflector for the passing through the adhesive portion of electromagnetic radiation, to this reflected radiation for electromagnetic excitation of the particles to use.
  • it can be expected in particular with a bundled electromagnetic radiation that a relatively high proportion of electromagnetic radiation penetrates the adhesive.
  • Loss of electromagnetic radiation can thus be avoided, even if a bundled by a funnel electromagnetic radiation is used to excite these particles.
  • Particularly advantageous process conditions for bonding the sheet metal parts can be created if the reflected radiation is used to equalize the adhesive temperature.
  • Such a more uniform adhesive heating can be used for particularly good reproducible bonding conditions and / or properties, so as to increase the reliability of the connection of the sheet metal parts to a dimensionally accurate laminated core.
  • the layer is provided with an electrical insulator between the adhesive and the metal sheet.
  • This insulator which electrically separates the adhesive from the sheet, can be applied to the adhesive provided on the sheet and / or can already be located between the sheet and the adhesive.
  • a possibly electrically conductive adhesive with carbon nanotubes (CNT) for producing a laminated core for use as an electromagnetic component, for example as a rotor and stator plate of electrical machines, dynamo plate, electric sheet, throttle or transformer plate to use.
  • the carbon nanotubes (CNT) in the adhesive are aligned in their mutual position with the help of an electric and / or electromagnetic field, the risk of an electrical short circuit of the sheet metal parts can be significantly reduced. It can thus namely an electrical bridge over the electrically conductive Carbonnanotubes by the otherwise electrically insulating adhesive steadfastly be prevented.
  • the production reliability of the method according to the invention can thereby be significantly improved.
  • the process conditions for forming a stable cohesive connection between the sheet metal parts can be further improved by the sheet metal parts are joined together under pressure. For example, this can provide a minimum pressure for a secure surface bonding, which reliable sheet metal parts can be connected to a dimensionally accurate laminated core.
  • the sheet metal parts can be pre-glued to a laminated core by the electromagnetic excitation of the particles and (possibly after an intermediate storage) in a further step, the laminated core are hardened by curing the adhesive.
  • inductive heating of the sheet metal parts may prove to be particularly suitable for such curing.
  • the invention has also taken on the task, starting from the above-described prior art to provide a sturdy device, can be reliably connected to the sheet metal parts to a dimensionally accurate laminated core cohesively.
  • the adhesive has electromagnetically excitable particles, in particular carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite
  • the heating device comprises a radiation source, which with its electromagnetic radiation, in particular microwave radiation, onto the electromagnetically excitable particles of the adhesive is directed, wherein the sheet forms a reflector for the passing through the adhesive portion of electromagnetic radiation.
  • the heating device comprises a radiation source which is directed with its electromagnetic radiation onto the electromagnetically excitable particles of the adhesive.
  • the radiation source can now provide for a rapid and full-surface heating of the adhesive, which can be reliably connected sheet metal parts to a dimensionally accurate laminated core cohesively.
  • carbon nanotubes (CNT) have been found to be particularly advantageous for these purposes when they are irradiated with a particular bundled microwave radiation.
  • magnetite (Fe 3 0 4 ) may be particularly suitable for this purpose. This can on the one hand be excited by electromagnetic radiation, for example in the microwave and IR spectral range, for heating the adhesive and on the other hand also significantly increase the stability of the laminated core.
  • the sheet forms a reflector for the passing through the adhesive portion of electromagnetic radiation.
  • This can be of crucial importance, in particular in the case of laminated cores, which are used as electromagnetic components, since their adhesive layer is kept comparatively thin for high bundling capacities.
  • the device according to the invention can thus reduce operating costs through its energy efficiency and nevertheless ensure a stable bonding of the sheet-metal parts.
  • the sheet can reflect the portion of electromagnetic radiation passing through the adhesive back onto the particles of the adhesive such that a uniform heating of the adhesive occurs.
  • the device can thus ensure a stable bond, in particular pre-bonding up to curing, which can provide a reliable cohesive connection.
  • the separating device has a cutting tool which is displaceably mounted in the direction of the sheet metal parts of the stacking device for pressure loading of the sheet metal parts.
  • a curing device is provided for the final curing of the adhesive of the pre-bonded laminated core, a shear radiation pre-glued laminated core are easy to handle. A solid cohesive connection can thus be formed even after a possible intermediate storage of the laminated core, without having to fear a deterioration of the dimensional accuracy of the laminated core. A stable device can be created.
  • the structural simplicity and the stability of the device can be further increased or improved if the curing device has at least one press with an induction coil for curing the laminated core under pressure.
  • the magnetite distributed in the adhesive has a particle size ⁇ 10 ⁇ m, the risk of a short circuit between the two sheet metal parts can be considerably reduced even if the thermal stress on the adhesive is increased. A comparatively high stability of the package can thus be ensured.
  • the invention may be particularly distinguished when a sheet-metal strip having at least some of a layer which has a curable polymeric adhesive with electromagnetically excitable particles, in particular carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite, is used to produce a laminated core.
  • a curable polymeric adhesive with electromagnetically excitable particles in particular carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite
  • the layer has an electrical insulator provided between the sheet and the adhesive.
  • a sheet-metal strip may be suitable, which at least in some areas has a layer which comprises curable polymeric adhesive with electromagnetically excitable particles, in particular carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite.
  • curable polymeric adhesive with electromagnetically excitable particles, in particular carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite.
  • CNT carbon nanotubes
  • Show it 1 is a torn side view of a device for bonding sheet metal parts to a laminated core
  • Fig. 2 is an enlarged view of a portion of the heating device of the apparatus of Fig. 1 and
  • Fig. 3 is a side view of the sheet under the influence of an electric and / or electromagnetic field.
  • the device 1 shown by way of example in FIG. 1 shows a sheet-metal strip 2 from which a plurality of sheet metal parts 3 are separated.
  • a separating device 4 is provided which can punch out sheet metal parts 3 by up and down movements 6 of its cutting tool 7 in cooperation with a stacking device 8 from the sheet metal strip 2.
  • These sheet metal parts 3 are urged by the punching operation in a respective shaft 9 of the stacking device 8, where they are wegbewegbar from the sheet metal strip 2.
  • a separation of a sheet metal part 3 with a laser is conceivable, which has not been shown in detail.
  • the sheet metal parts 3 accommodated in the shaft 9 are subsequently pre-connected to form a laminated core 11, so that they are available for handling as a processing unit for the next process steps.
  • the adhesive 12 which is preferably applied over its entire surface on one longitudinal side of the metal strip 2, and thus forms a layer 13, heated, so that when joining the sheet metal parts 3, a physical bonding between these sheet metal parts 3 can be made possible.
  • a heating device 14 is provided for purposes of this heating of the adhesive 12.
  • This heating device 14 may, as shown in Fig. 1, its own assembly and / or in the cutting tool 7 may be provided.
  • the adhesive 12 of a punched sheet metal part 3 can be heated, after which a further punched sheet metal part 3 is pressed onto this by the cutting tool 7. Contact of the heated adhesive 12 with the device 1 can thus be avoided, which prevents undesired sticking and creates a stable device 1.
  • the sheet-metal strip 2 requires a layer 13 on the upper side of the sheet-metal strip 2.
  • the adhesive 12 is provided with electromagnetically excitable particles 15, preferably carbon nanotubes (CNT) and / or magnetite (Fe 3 O 4 ), as shown schematically in FIG. 2. These particles can be added to the adhesive 12 as fillers, for example. In the case of magnetite as a filler, the safety against a short circuit on the laminated core 11 is also increased, which is particularly noticeable with a particle size of ⁇ 10 ⁇ m.
  • the particles 15 are homogeneously distributed in the adhesive 12.
  • the heating device 14 now comprises a radiation source 16, wherein the electromagnetic radiation 17 emitted by it, in particular microwave radiation, is directed onto the electromagnetically excitable particles 15 of the adhesive 12.
  • the particles 15 absorb the electromagnetic radiation 17, which is converted into heat, and thus can ensure a uniform heating of the adhesive 12.
  • advantageous process conditions arise when the sheet 5 forms a reflector 18 for the passing through the adhesive 12 portion of electromagnetic radiation 17, because thus this proportion of electromagnetic radiation 17 can be used to heat the adhesive 12.
  • the adhesive 12 can also be excited to such an extent by the electromagnetic radiation 17 that a pre-bonding is dispensed with and thus the laminated core 11 is cured immediately.
  • the device 1 can be simplified structurally, because a specially provided curing device 19 would no longer be required, which has not been shown in detail.
  • the sheet 5 reflects the passing through the adhesive 12 portion of electromagnetic radiation 17 back to the particles 15 of the adhesive 12 such that a uniform heating of the adhesive 12 occurs.
  • This can be made possible for example by a modulation of the electromagnetic radiation 17, by changing the feed rate of the metal strip 2 and / or its position change.
  • shielded particles 15 which are otherwise covered by cover can also be detected during irradiation and used to heat the adhesive 12. Even deep layers in the adhesive 12 can thus contribute to equalize the temperature of the adhesive 12.
  • the sheet metal parts 3 are joined together under pressure by the cutting tool 7 of the separating device 4 is displaceably mounted for pressure loading of the sheet metal parts 3 in the direction of the sheet metal parts 3 of the stacking device 8. This can be accompanied by a Vorverkleben the sheet metal parts 3 or a curing of the laminated core 1 1.
  • the laminated core 11 is introduced into a curing device 19.
  • These Aushärteeinnchtung 19 also has a press 21 with an induction coil 22 for curing the laminated core 1 1 under pressure.
  • the layer 13 has an electrical insulator 23 between the adhesive 12 and sheet 5.
  • the insulator 23 may also be subsequently applied to the adhesive 12 in order to improve the electrical insulation between the laminated cores.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden von Blechteilen (3) zu einem Blechpaket (11) dargestellt, bei welchem Verfahren Blechteile (3) von einem Blechband (2) mit wenigstens bereichsweise einer Schicht (13), die aushärtbaren polymeren Klebstoff (12) aufweist, abgetrennt, insbesondere ausgestanzt, der Kleb- stoff (12) mindestens bereichsweise erwärmt, das abgetrennte und erwärmten Klebstoff (12) aufweisende Blechteil (3) mit wenigstens einem anderen Blechteil (3) zusammengefügt und zu einem Blechpaket (11) verklebt wird. Um vorteilhafte Ver- hältnisse zu schaffen wird vorgeschlagen, dass elektromagnetisch anregbare Parti- kel (15), insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, des Klebstoffs (12) mit elektromagnetischer Strahlung (17), insbesondere Mikrowellenstrahlung, bestrahlt werden und in Folge dessen den Klebstoff (12) erwärmen, wobei bei der Bestrahlung der Partikel (15) das Blech (5) als Reflektor (18) für den durch den Klebstoff (12) durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung (17) heran- gezogen wird, um auch diese reflektierte Strahlung (19) zur elektromagnetischen Anregung der Partikel (15) zu verwenden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Blechteilen zu einem Blechpaket
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden von Blechteilen zu einem Blechpaket, bei welchem Verfahren Blechteile von einem Blechband mit wenigstens bereichsweise einer Schicht, die aushärtbaren polymeren Klebstoff aufweist, abgetrennt, insbesondere ausgestanzt, der Klebstoff mindestens bereichsweise erwärmt, das abgetrennte und erwärmten Klebstoff aufweisende Blechteil mit wenigstens einem anderen Blechteil zusammengefügt und zu einem Blechpaket verklebt wird.
Stand der Technik
Um ein Blechpaket aus Blechteilen herstellen zu können, sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei welchen Verfahren einen Klebstoff aufweisende Blechteile erwärmt werden, um in weiterer Folge eine Verbindung zwischen den Blechteilen zu schaffen. Im Zuge eines derartigen Verfahrens wird aus einem Blechband mit wenigstens bereichsweise einer Schicht, die aushärtbaren polymeren Klebstoff aufweist, ein Blechteil abgetrennt, darauffolgend der Klebstoff des Blechteils erwärmt, dieses Blechteil mit anderen Blechteilen zusammengefügt und zu einem Blechpaket unter Aushärtung des Klebstoffs verbunden. Zur Erwärmung des Klebstoffs schlägt nun die EP0355778B1 vor, den zum Zusammenfügen der Blechteile verwendeten Pressstempel zu beheizen. Eine Erwärmung des Klebstoffs durch einen Pressstempel ist jedoch einerseits konstruktiv vergleichsweise aufwendig, weil unter anderem ein Verkleben des Blechteils mit dem Stempel zu befürchten ist, andererseits erfolgt die Erwärmung vergleichsweise inhomogen, weil bekannterma- ßen Bandkanten bzw. Randzonen einer gegenüber den Rest des Blechs höheren Auskühlung unterliegen können. Der Verfahrensschritt des Erwärmens und damit auch des darauffolgenden Verklebens der Blechteile ist daher vergleichsweise fehleranfällig und verfahrenstechnisch schwer einzustellen, sodass mit solch einem Verfahren hohe Standfestigkeit sowie universelle Verwendbarkeit für unterschiedliche Bleche nicht gewährleistet werden kann. Außerdem bedarf es nachteilig eines hohen Energieaufwands zur Durchführung des Verfahrens.
Des Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt (DE10303893A1 ), zwei Fügeteile mit einem Klebstoff, dem Nanopartikel beigemischt sind, zu verbinden. Diese Nanopartikel werden über eine Mikrowellenstrahlung, die die Fügeteile durchtritt, elektromagnetisch angeregt, um so den Klebstoff zu erwärmen beziehungsweise damit beschleunigt auszuhärten. Eine derartige Aktivierung des Klebstoffs benötigt erhebliche Mengen elektrischer Energie und kann außerdem auch keine gleichmäßige Erwärmung zur Schaffung einer standfesten Vernetzung gewährleisten.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik ein einfach handhabbares Verfahren zu schaffen, durch das Blechteile zuverlässig und vergleichsweise einfach zu einem formgenauen Blechpaket verbunden werden können. Außerdem soll das Verfahren besonders flexibel in seiner möglichen Anwendung und tolerant gegenüber Parameterschwankungen am zu verarbeitenden Blech sein.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass elektromagnetisch anregbare Partikel, insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, des Klebstoffs mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mikrowellenstrahlung, bestrahlt werden und in Folge dessen den Klebstoff erwärmen, wobei bei der Bestrahlung der Partikel das Blech als Reflektor für den durch den Klebstoff durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung herangezogen wird, um auch diese reflektierte Strahlung zur elektromagnetischen Anregung der Partikel zu verwenden. Werden die elektromagnetisch anregbaren Partikel des Klebstoffs mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mikrowellenstrahlung, bestrahlt und erwärmen diese Partikel in Folge dessen den Klebstoff, kann eine einfach handhabbare Verfahrensvorschrift zum berührungslosen Erwärmen des Klebstoffs erreicht werden. So kann ermöglicht werden, dass Parameterschwankungen am zu verarbeitenden Blech, beispielsweise verursacht durch Blechwölbungen, auf die Erwärmung des Klebstoffs verminderten Einfluss haben, was eine hohe Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sicherstellen kann, vorzugsweise wenn Mikrowellenstrahlung als elektromagnetische Strahlung verwendet wird. Mittels solch einer Anregung kann nämlich eine deutliche Erhöhung von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Klebstoffs erreicht werden.
Insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit (Fe304) können sich für diese Zwecke als besonders vorteilhaft herausstellen. Magnetit kann einerseits eine Magnetisierung aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaften und andererseits aber auch eine vergleichsweise hohe Isolationswirkung durch den oxydischen Charakter seiner chemischen Verbindung gewährleisten. Vorteilhaft kann sich eine Verwendung von Magnetit mit einer Korngröße < 10 pm auszeichnen, weil dadurch selbst bei erhöhter thermischer Belastung des Klebstoffs die Gefahr eines Durchschlags bzw. Kurzschlusses erheblich verringert sein kann. Eine vergleichsweise hohe Stabilität des Pakets kann damit gewährleistet werden. Es ist im Allgemeinen vorstellbar Magnetit als Füllstoff dem Klebstoff zugegeben.
Außerdem kann der Energieaufwand zur Erwärmung des Klebstoffs im Vergleich zu einer Kontakterwärmung niedrig gehalten werden, wenn bei der Bestrahlung der Partikel das Blech als Reflektor für den durch den Klebstoff durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung herangezogen wird, um auch diese reflektierte Strahlung zur elektromagnetischen Anregung der Partikel zu verwenden. Es kann nämlich insbesondere bei einer gebündelten elektromagnetischen Strahlung damit gerechnet werden, dass ein relativ hoher Anteil an elektromagnetischer Strahlung den Klebstoff durchdringt. Dies klarerweise umso mehr, wenn es gilt, eine verhältnismäßig dünne Klebstoff Schicht zu erwärmen, wie dies bei der Herstellung von Blechpaketen meist der Fall ist, die als elektromagnetisches Bauteil Verwendung finden. Verluste an elektromagnetischer Strahlung können so vermieden werden, auch dann, wenn eine durch einen Trichter gebündelte elektromagnetische Strahlung zur Anregung dieser Partikel verwendet wird. Ein äußerst energieeffizientes Verfahren kann so sichergestellt werden, zumal eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das Blech vermieden und gezielt eine Erwärmung des Klebstoffs erfolgen kann. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann so ermöglicht werden, dass mit einem einfach handhabbaren und energieeffizienten Verfahren Blechteile zuverlässig zu einem formgenauen Blechpaket verbunden werden können.
Besonders vorteilhafte Verfahrensverhältnisse zum Verkleben der Blechteile können geschaffen werden, wenn die reflektierte Strahlung zur Vergleichmäßigung der Klebstofftemperatur verwendet wird. Solch eine gleichmäßigere Klebstofferwärmung kann für besonders gut reproduzierbare Klebbedingungen und/oder -eigenschaften genutzt werden, um so die Zuverlässigkeit der Verbindung der Blechteile zu einem formgenauen Blechpaket zu erhöhen.
Um eine Gefahr an elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Blechteilen des Blechpakets zu reduzieren, kann vorgesehen sein, dass die Schicht mit einem elektrischen Isolator zwischen dem Klebstoff und dem Blech versehen wird. Dieser den Klebstoff vom Blech elektrisch trennende Isolator kann auf dem am Blech vorgesehenen Klebstoff aufgebracht und/oder sich bereits zwischen Blech und Klebstoff befinden. Im Zuge dessen ist es nun auch insbesondere vorstellbar, einen sogar eventuell elektrisch leitenden Klebstoff mit Carbonnanotubes (CNT) zum Erzeugen eines Blechpakets zur Anwendung als elektromagnetisches Bauteil, beispielsweise als Rotor- und Statorblech von elektrischen Maschinen, Dynamoblech, Elekt- roblech, Drossel oder Transformatorblech zu verwenden.
Werden die Carbonnanotubes (CNT) im Klebstoff mit Hilfe eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Felds in ihrer gegenseitigen Lage ausgerichtet, kann die Gefahr eines elektrischen Kurschlusses der Blechteile deutlich verringert werden. Es kann damit nämlich ein elektrischer Brückenschlag über die elektrisch leitfähigen Carbonnanotubes durch den ansonsten elektrisch isolierenden Klebstoff standfest unterbunden werden. Die Produktionssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch erheblich verbessern.
Die Verfahrensbedingungen zur Ausbildung einer standfesten stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Blechteilen können weiter verbessert werden, indem die Blechteile unter Druck zusammengefügt werden. Beispielsweise kann hierfür ein Mindestdruck für eine sichere flächige Verklebung sorgen, wodurch zuverlässig Blechteile zu einem formgenauen Blechpaket verbunden werden können.
Vorteilhaft können durch die elektromagnetische Anregung der Partikel die Blechteile zu einem Blechpaket vorverklebt werden und (eventuell nach einer Zwischenlagerung) in einem weiteren Schritt das Blechpaket unter Aushärtung des Klebstoffs fest verbunden werden. Für solch eine Aushärtung kann sich insbesondere ein induktives Erwärmen der Blechteile als besonders geeignet herausstellen.
Die Erfindung hat sich außerdem die Aufgabe gestellt, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik eine standfeste Vorrichtung zu schaffen, mit der Blechteile zuverlässig zu einem formgenauen Blechpaket stoffschlüssig verbunden werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Klebstoff elektromagnetisch anregbare Partikel, insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, aufweist und dass die Erwärmungseinrichtung eine Strahlungsquelle umfasst, die mit ihrer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Mikrowellenstrahlung, auf die elektromagnetisch anregbaren Partikel des Klebstoffs gerichtet ist, wobei das Blech einen Reflektor für den durch den Klebstoff durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung ausbildet.
Weist der Klebstoff elektromagnetisch anregbare Partikel auf, kann es möglich werden, berührungslos und hoch effizient den Klebstoff zu erwärmen, wenn die Erwärmungseinrichtung eine Strahlungsquelle umfasst, die mit ihrer elektromagnetischen Strahlung auf die elektromagnetisch anregbaren Partikel des Klebstoffs gerichtet ist. Die Strahlungsquelle kann nun für eine schnelle und vollflächige Erwärmung des Klebstoffs sorgen, wodurch zuverlässig Blechteile zu einem formgenauen Blechpaket stoffschlüssig verbunden werden können. Insbesondere Carbonnanotubes (CNT) haben sich für diese Zwecke als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn diese mit einer insbesondere gebündelten Mikrowellenstrahlung bestrahlt werden. Zudem kann sich hierfür auch Magnetit (Fe304) besonders eignen. Dieser kann einerseits durch elektromagnetische Strahlung, beispielsweise im Mikrowellen- und auch IR-Spektralbereich, zur Erwärmung des Klebstoffs angeregt werden und andererseits auch die Stabilität des Blechpakets deutlich erhöhen.
Um nun auch jene Strahlungsenergie, die den Klebstoff durchtritt, verwenden zu können, kann vorgesehenen sein, dass das Blech einen Reflektor für den durch den Klebstoff durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung ausbildet. Dies kann insbesondere bei Blechpaketen von entscheidender Bedeutung sein, die als elektromagnetische Bauteile verwendet werden, da deren Klebeschicht für hohe Paketierleistungen vergleichsweise dünn gehalten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so durch ihre Energieeffizienz Betriebskosten reduzieren und dennoch eine standfeste Verklebung der Blechteile gewährleisten.
Vorteilhaft kann das Blech den durch den Klebstoff durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung derart auf die Partikel des Klebstoffs zurückreflektieren, dass eine gleichmäßige Erwärmung des Klebstoffs eintritt. Die Vorrichtung kann damit eine standfeste Verklebung, insbesondere Vorverklebung bis hin zur Aushärtung sicherstellen, was für eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung sorgen kann.
Konstruktive Einfachheit der Vorrichtung kann geschaffen werden, wenn die Abtrenneinrichtung ein Schneidwerkzeug aufweist, das zum Druckbelasten der Blechteile in Richtung der Blechteile der Stapeleinrichtung verschiebbar gelagert ist.
Ist eine Aushärteeinrichtung zum abschließenden Aushärten des Klebstoffs des vorverbundenen Blechpakets vorgesehen, kann ein mithilfe von elektromagneti- scher Strahlung vorverklebtes Blechpaket einfach handhabbar weiterbearbeitet werden. Eine feste stoffschlüssige Verbindung kann so auch nach einer eventuellen Zwischenlagerung des Blechpakets ausgebildet werden, ohne eine Beeinträchtigung der Formgenauigkeit des Blechpakets befürchten zu müssen. Eine standfeste Vorrichtung kann so geschaffen werden.
Die konstruktive Einfachheit sowie die Standfestigkeit der Vorrichtung kann weiter erhöht bzw. verbessert werden, wenn die Aushärteeinrichtung wenigstens eine Presse mit einer Induktionsspule zum Aushärten des Blechpakets unter Druck aufweist.
Weist der im Klebestoff verteilte Magnetit eine Korngröße < 10 pm auf, kann selbst bei erhöhter thermischer Belastung auf den Klebstoff die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den beiden Blechteilen erheblich verringert werden. Eine vergleichsweise hohe Stabilität des Pakets kann damit gewährleistet werden.
Besonders auszeichnen kann sich die Erfindung, wenn ein Blechband mit wenigstens bereichsweise einer Schicht, die einen aushärtbaren polymeren Klebstoff mit elektromagnetisch anregbaren Partikel, insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, aufweist, zum Herstellen eines Blechpakets verwendet wird. Insbesondere wenn die Schicht einen zwischen dem Blech und dem Klebstoff vorgesehenen elektrischen Isolator aufweist.
Zur Durchführung des Verfahrens kann sich insbesondere ein Blechband eignen, das wenigstens bereichsweise eine Schicht, die aushärtbaren polymeren Klebstoff mit elektromagnetisch anregbaren Partikel, insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, aufweist, verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine aufgerissene Seitenansicht auf eine Vorrichtung zum Verkleben von Blechteilen zu einem Blechpaket,
Fig. 2 eine vergrößere Ansicht auf einen Teil der Erwärmungseinrichtung der Vorrichtung nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine Seitenansicht auf das Blech unter Einfluss eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Felds.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die nach Fig. 1 beispielsweise dargestellte Vorrichtung 1 zeigt ein Blechband 2, von dem mehrere Blechteile 3 abgetrennt werden. Zu diesem Zweck ist eine Abtrenneinrichtung 4 vorgesehen, die durch Auf- und Ab-Bewegungen 6 seines Schneidwerkzeugs 7 im Zusammenwirken mit einer Stapeleinrichtung 8 aus dem Blechband 2 Blechteile 3 ausstanzen kann. Diese Blechteile 3 werden durch den Stanzvorgang in je einen Schacht 9 der Stapeleinrichtung 8 gedrängt, wo diese vom Blechband 2 wegbewegbar sind. Ebenso ist ein Abtrennen eines Blechteils 3 mit einem Laser vorstellbar, was nicht näher dargestellt worden ist. Die im Schacht 9 aufgenommenen Blechteile 3 werden in weiterer Folge zu einem Blechpaket 1 1 vorverbunden, damit diese handhabungsfreundlich als eine Bearbeitungseinheit den nächsten Verfahrensschritten zur Verfügung stehen. Zu diesem Zweck wird der Klebstoff 12, der vorzugsweise vollflächig auf einer Längsseite des Blechbands 2 aufgebracht ist, und so eine Schicht 13 ausbildet, erwärmt, sodass beim Zusammenfügen der Blechteile 3 eine physikalische Verklebung zwischen diesen Blechteilen 3 ermöglicht werden kann. Zu Zwecken dieser Erwärmung des Klebstoffs 12 ist eine Erwärmungseinrichtung 14 vorgesehen.
Diese Erwärmungseinrichtung 14 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, eine eigene Baueinheit und/oder auch im Schneidwerkzeugs 7 vorgesehen sein. Insbesondere in letzterem Fall kann der Klebstoff 12 eines ausgestanzten Blechteils 3 erwärmt werden, wonach ein weiter ausgestanztes Blechteil 3 auf diese durch das Schneidwerkzeug 7 aufgepresst wird. Eine Berührung des erwärmten Klebstoffs 12 mit der Vorrichtung 1 kann so vermieden werden, was unerwünschtes Verkleben verhindert und eine standfeste Vorrichtung 1 schafft. Hierfür verlangt das Blechband 2 eine Schicht 13 auf der Oberseite des Blechbands 2.
Erfindungsgemäß ist der Klebstoff 12 mit elektromagnetisch anregbaren Partikeln 15, vorzugsweise Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit (Fe3O4), versehen, wie dies in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Diese Partikel können beispielsweise als Füllstoffe dem Klebstoff 12 beigefügt werden. Bei Magnetit als Füllstoff ist zudem die Sicherheit gegenüber einem Kurzschluss am Blechpaket 1 1 erhöht, was bei einer Korngröße < 10 pm besonders zum Tragen kommt. Vorzugsweise sind die Partikel 15 im Klebstoff 12 homogen verteilt.
Mit Hilfe dieser Partikel 15 wird nun der Klebstoff 12 erwärmt. Die Erwärmungseinrichtung 14 umfasst nun eine Strahlungsquelle 16, wobei die von ihr abgegebene elektromagnetische Strahlung 17, insbesondere Mikrowellenstrahlung, auf die elektromagnetisch anregbaren Partikel 15 des Klebstoffs 12 gerichtet ist. Die Partikel 15 absorbieren die elektromagnetische Strahlung 17, wobei diese in Wärme umgewandelt wird, und können damit für eine gleichmäßige Erwärmung des Klebstoffs 12 sorgen. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass es durchaus im Rahmen der Erfindung liegt, das Blechteil 3 zuerst abzutrennen und dann den Klebstoff des Blechteils 3 zu erwärmen. Weiter ergeben sich vorteilhafte Verfahrensverhältnisse, wenn das Blech 5 einen Reflektor 18 für den durch den Klebstoff 12 durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung 17 ausbildet, weil damit auch dieser Anteil an elektromagnetischer Strahlung 17 zur Erwärmung des Klebstoffs 12 herangezogen werden kann. Diese reflektierte Strahlung 19 geht damit nicht verloren, zudem wird eine Erwärmung des Blechs 2 verhindert bzw. spielen Temperaturgefälle am Blech 2 und/oder der Blechteile 3 eine gegenüber dem Stand der Technik verringerte Rolle, was das erfindungsgemäße Verfahren weiter verbessert. Durch Vermeidung von Strahlungsverlusten ergibt sich eine vergleichsweise hohe Energieeffizienz des Verfahrens und entsprechend verminderte Betriebskosten der Vorrichtung 1 . Eine effiziente Vorverklebung der Blechteile 3 zu einem Blechpaket 1 1 ist so gegeben. Das den Schacht 9 verlassende und vorverklebte Blechpaket 1 1 kann in weiterer Folge - wie bekannt - einer Aushärtung mit Hilfe einer Aushärteeinrichtung 19, beispielsweise umfassend einen Ofen, Presse bzw. Heizpresse und einen Lagerpatz, unterworfen werden. Zu diesem Zweck werden die aus dem Schacht 9 austretenden Blechpakete 1 1 auf einer Fördereinrichtung 20 vorgesehen.
Im Allgemeinen wird erwähnt, dass durch die elektromagnetische Strahlung 17 der Klebstoff 12 auch dermaßen angeregt werden kann, dass auf eine Vorverklebung verzichtet und damit das Blechpaket 1 1 gleich ausgehärtet wird. Damit kann unter anderem die Vorrichtung 1 konstruktiv vereinfacht werden, weil eine eigens vorzusehende Aushärteeinrichtung 19 nicht mehr erforderlich wäre, was nicht näher dargestellt worden ist.
Das Blech 5 reflektiert den durch den Klebstoff 12 durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung 17 derart auf die Partikel 15 des Klebstoffs 12 zurück, dass eine gleichmäßige Erwärmung des Klebstoffs 12 eintritt. Dies kann beispielsweise durch eine Modulation der elektromagnetischen Strahlung 17, durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Blechbands 2 und/oder dessen Lageänderung ermöglicht werden. Gerade bei einer hohen Dichte an Partikel 15 im Klebstoff 12 können auch sonst durch Überdeckung abgeschirmte Partikel 15 bei einer Bestrahlung miterfasst und zur Erwärmung des Klebstoffs 12 herangezogen werden. Selbst tiefe Schichten im Klebstoff 12 können so zur Vergleichmäßigung der Temperatur des Klebstoffs 12 beitragen.
Die Blechteile 3 werden unter Druck zusammengefügt, indem das Schneidwerkzeug 7 der Abtrenneinrichtung 4 zum Druckbelasten der Blechteile 3 in Richtung der Blechteile 3 der Stapeleinrichtung 8 verschiebbar gelagert ist. Damit kann ein Vorverkleben der Blechteile 3 oder auch ein Aushärten des Blechpakets 1 1 einhergehen.
Soll eine Aushärtung in einer von der Stapeleinrichtung getrennten Einrichtung stattfinden, wird das Blechpaket 1 1 in eine Aushärteeinrichtung 19 eingebracht. Diese Aushärteeinnchtung 19 weist außerdem eine Presse 21 mit einer Induktionsspule 22 zum Aushärten des Blechpakets 1 1 unter Druck auf.
Elektrische Kurzschlüsse zwischen den Blechteilen 3 bzw. im Blechpaket 1 1 sind vorteilhaft vermeidbar, indem die Schicht 13 einen elektrischen Isolator 23 zwischen dem Klebstoff 12 und Blech 5 aufweist. Der Isolator 23 kann auch auf den Klebstoff 12 nachträglich aufgebracht werden, um die elektrische Isolation zwischen den Blechpaketen zu verbessern.
Diese Kurzschlussgefahr wird außerdem geringer, indem - wie in Fig. 3 dargestellt - die Carbonnanotubes (CNT) im Klebstoff 12 mit Hilfe eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Felds 24 in ihrer Lage zueinander ausgerichtet werden. So können beispielsweise Partikel 15' von der Grenzfläche des Klebstoffs 12 wegbewegt werden, wodurch ein elektrischer Durchschlag zwischen zwei verklebten Blechteilen 3 über die Partikel 15 erschwert werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1 . Verfahren zum Verbinden von Blechteilen (3) zu einem Blechpaket (1 1 ), bei welchem Verfahren Blechteile (3) von einem Blechband (2) mit wenigstens bereichsweise einer Schicht (13), die aushärtbaren polymeren Klebstoff (12) aufweist, abgetrennt, insbesondere ausgestanzt, der Klebstoff (12) mindestens bereichsweise erwärmt, das abgetrennte und erwärmten Klebstoff (12) aufweisende Blechteil (3) mit wenigstens einem anderen Blechteil (3) zusammengefügt und zu einem Blechpaket (1 1 ) verklebt wird, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetisch anregbare Partikel (15), insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, des Klebstoffs (12) mit elektromagnetischer Strahlung (17), insbesondere Mikrowellenstrahlung, bestrahlt werden und in Folge dessen den Klebstoff (12) erwärmen, wobei bei der Bestrahlung der Partikel (15) das Blech (5) als Reflektor (18) für den durch den Klebstoff (12) durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung (17) herangezogen wird, um auch diese reflektierte Strahlung (19) zur elektromagnetischen Anregung der Partikel (15) zu verwenden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte Strahlung (19) zur Vergleichmäßigung der Klebstofftemperatur verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13) mit einem elektrischen Isolator (23) zwischen dem Klebstoff (12) und dem Blech (5) versehen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonnanotubes (CNT) im Klebstoff (12) mit Hilfe eines elektrischen und/oder elektromagnetischen Felds (24) in ihrer gegenseitigen Lage ausgerichtet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (3) unter Druck zusammengefügt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektromagnetische Anregung der Partikel (15) die Blechteile (3) zu einem Blechpaket (1 1 ) vorverklebt und in einem weiteren Schritt, insbesondere durch ein induktives Erwärmen der Blechteile (3), das Blechpaket (1 1 ) unter Aushärtung des Klebstoffs (12) fest verbunden werden.
7. Vorrichtung zum Verbinden von Blechteilen (3) zu einem Blechpaket (1 1 ), mit einem polymeren Klebstoff (12) aufweisenden Blechband (2), mit einer Abtrenneinrichtung (4) zum Abtrennen von Blechteilen (3) vom Blechband (2), mit einer Erwärmungseinrichtung (13) zum Erwärmen des Klebstoffs (12), mit einer Stapeleinrichtung (8) für die abgetrennten Blechteile (3) zum Zusammenfügen der Blechteile (3) zu einem Blechpaket (1 1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (12) elektromagnetisch anregbare Partikel (15), insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit aufweist und dass die Erwärmungseinrichtung (13) eine Strahlungsquelle (16) umfasst, die mit ihrer elektromagnetischen Strahlung (17), insbesondere Mikrowellenstrahlung, auf die elektromagnetisch anregbaren Partikel (15) des Klebstoffs (12) gerichtet ist, wobei das Blech (5) einen Reflektor (18) für den durch den Klebstoff (12) durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung (17) ausbildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (5) den durch den Klebstoff (12) durchtretenden Anteil an elektromagnetischer Strahlung (17) derart auf die Partikel (15) des Klebstoffs (12) zurückreflektiert, dass eine gleichmäßige Erwärmung des Klebstoffs (12) eintritt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrenneinrichtung (4) ein Schneidwerkzeug (7) aufweist, das zum Druckbelasten der Blechteile (3) in Richtung der Blechteile (3) der Stapeleinrichtung (8) verschiebbar gelagert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aushärteeinrichtung (19) zum abschließenden Aushärten des Klebstoffs (12) des vorverbundenen Blechpakets (1 1 ) vorgesehen ist.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärteeinrichtung (19) wenigstens eine Presse (21 ) mit einer Induktionsspule (22) zum Aushärten des Blechpakets (1 1 ) unter Druck aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der im Klebestoff (12) verteilte Magnetit eine Korngröße < 10 m aufweist.
13. Verwendung eines Blechbands (2) mit wenigstens bereichsweise einer Schicht (13), die einen aushärtbaren polymeren Klebstoff (12) mit elektromagnetisch anregbaren Partikel (15), insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, aufweist, zum Herstellen eines Blechpakets (1 1 ).
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13) einen zwischen dem Blech (5) und dem Klebstoff (12) vorgesehenen elektrischen Isolator (23) aufweist.
15. Blechband mit wenigstens bereichsweise einer Schicht (13), die aushärtbaren polymeren Klebstoff (12) mit elektromagnetisch anregbaren Partikel (15), insbesondere Carbonnanotubes (CNT) und/oder Magnetit, aufweist.
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