DE102013003912A1

DE102013003912A1 - Verkleben von Kunststoffbauteilen mittels elektrisch leitfähigem Mehrkomponenten-Klebstoff

Info

Publication number: DE102013003912A1
Application number: DE201310003912
Authority: DE
Inventors: Dirk Bücker; Hergen Görse; Marie-Pierre Buron; Christian Cotte; Franck Lancelot
Original assignee: Faurecia Exteriors GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Automotive Exteriors GmbH
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-09-12

Abstract

Verfahren zum Verkleben zweier Bauteile (10, 20), mit den folgenden aufeinanderfolgenden Schritten: Bereitstellen eines ersten Bauteils (10) und eines zweiten Bauteils (20) mit jeweils einer Klebefläche, Auftragen eines mit einem elektrisch leitfähigen Stoff versetzten Klebstoffs auf die Klebefläche des ersten und/oder zweiten Bauteils, Auflegen der Klebefläche des einen Bauteils (10) auf die Klebefläche des anderen Bauteils (20), Zusammendrücken beider Bauteile, und Erwärmen des Klebstoffs (30) durch Hindurchleitung eines elektrischen Stroms durch den Klebstoff, sodass beide Bauteile miteinander verkleben, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auftragens durch eine Misch- und Auftragevorrichtung erfolgt, und dass dieser Schritt die folgenden Unterschritte umfasst: getrenntes Einführen der Komponenten des Klebstoffes und des elektrisch leitfähigen Stoffs in die Misch- und Auftragevorrichtung, und Herstellen des Klebstoffs durch Vermischen der Komponenten des Klebstoffs und des elektrisch leitfähigen Stoffs in der Misch- und Auftragevorrichtung. Bevorzugter Einsatz bei der Herstellung von Frontmodulen und Stoßfängern von Kraftfahrzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben zweier Bauteile, mit den folgenden aufeinanderfolgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils mit jeweils einer Klebefläche;
b) Auftragen eines mit einem elektrisch leitfähigen Stoff versetzten Klebstoffs auf die Klebefläche des ersten und/oder zweiten Bauteils;
c) Auflegen der Klebefläche des einen Bauteils auf die Klebefläche des anderen Bauteils;
d) Zusammendrücken beider Bauteile; und
e) Erwärmen des Klebstoffs durch Hindurchleitung eines elektrischen Stroms durch den Klebstoff, sodass beide Bauteile miteinander verkleben. Solch ein Verfahren ist aus der WO 2011/120794 A1 bekannt. Bei diesem Herstellungsverfahren werden eine Materiallage und ein Kunststoffträger in einem Kaschierwerkzeug zu einem Innenverkleidungsteil für ein Kraftfahrzeug verklebt. Der dazu verwendete Klebstoff ist thermisch aktivierbar und kann in ihm gelöste Kohlenstoffnanoröhren enthalten. Die thermische Aktivierung erfolgt durch Anlegung einer elektrischen Spannung an den zwischen der Materiallage und dem Kunststoffträger befindlichen Klebstoff.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass zur Herstellung des Innenverkleidungsteils ein Kohlenstoffnanoröhren enthaltender Spezialklebstoff vorgehalten und verwendet werden muss. Dieser Spezialklebstoff ist eigens vorgesehen und teuer, und daher nicht zum Einsatz in anderen Klebeverfahren geeignet.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Klebeverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der elektrisch leitende Klebstoff dynamisch und bedarfsgerecht bereitgestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Schritt b) durch eine Misch- und Auftragevorrichtung erfolgt, und dass Schritt b) die folgenden Unterschritte umfasst:

– getrenntes Einführen der Komponenten des Klebstoffes und des elektrisch leitfähigen Stoffs in die Misch- und Auftragevorrichtung; und
– Herstellen des Klebstoffs durch Vermischen der Komponenten des Klebstoffs und des elektrisch leitfähigen Stoffs in der Misch- und Auftragevorrichtung.

Dadurch, dass der elektrisch leitende Klebstoff erst beim Auftragen angemischt wird, muss nicht dieser, sondern müssen nur seine Komponenten vorgehalten werden. Insbesondere kann der elektrisch leitfähige Stoff separat gelagert und bei Bedarf beim Kleben beigemischt werden. Das Vorhalten eines speziellen elektrisch leitenden Klebstoffs ist nicht erforderlich.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen umfasst das erfindungsgemäße Verfahren eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale, in allen technisch möglichen Kombinationen:

– die Komponenten des Klebstoffs bestehen aus dem elektrisch leitfähigen Stoff, einem Binder und einem Härter;
– beim Schritt e) wird die Stromstärke zeitlich gesteuert, um eine optimale Erwärmung des Klebstoffs zu erzielen;
– der elektrisch leitfähige Stoff enthält Kohlenstoffpartikel, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren, bevorzugt in einer Menge von 1 bis 2 Gew.%;
– die beiden Bauteile sind Bestandteile des Frontmoduls oder des Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs;
– beide Bauteile bestehen aus Kunststoff.

Die Erfindung wird nun mit Verweis auf die Zeichnungen genauer beschrieben, wobei:
1 das Mischen und Auftragen des elektrisch leitenden Klebstoffs auf das erste zu verklebende Bauteil darstellt;
2 das Fügen des zweiten Bauteils an das erste Bauteil zeigt;
3 das elektrische Kontaktieren des aufgetragenen Klebstoffs darstellt; und
4 das Erwärmen und Aushärten des Klebstoffs durch Anlegen einer elektrischen Spannung zeigt.
Die Figuren zeigen die Herstellung einer Baugruppe 1 für den Frontbereich eines Kraftfahrzeugs. Bei der Baugruppe 1 kann es sich insbesondere um eine Stoßfängereinheit handeln. Die Baugruppe 1 umfasst ein erstes Bauteil 10 und ein zweites Bauteil 20. Das erste Bauteil 10 ist ein Innenbauteil, welches im verbauten Zustand im Inneren des Kraftfahrzeugs angeordnet und von außen nicht zu sehen ist. Das zweite Bauteil 20 ist ein Außenbauteil, welches im verbauten Zustand eine vorzugsweise lackierte Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet. Beide Bauteile 10, 20 besitzen eine Klebefläche 25.
Zur Herstellung der Baugruppe 1 wird zunächst ein Dreikomponenten-Klebstoff 30 angemischt und auf das Innenbauteil 10 aufgetragen. Das Mischen und Auftragen erfolgt mittels einer Mischpistole 40 mit einer Mischkammer 50 und einem Auftragskopf 60. Der Auftragskopf 60 ist mit einer Auftragsöffnung 70 versehen. Die Mischpistole 40 verfügt über drei Eingänge über welche die drei Komponenten A, B und C des Klebstoffs 30 in die Mischkammer 50 gelangen. In der Mischkammer 50 vermischen sich die drei Komponenten A, B und C zum Klebstoff 30, der anschließend in den Auftragskopf 60 und über die Auftragsöffnung 70 auf die Klebefläche 25 des Innenbauteils 10 gelangt.
Bei der Komponente A handelt es sich um einen Härter, bei der Komponente B um einen Binder, und bei der Komponente C um einen elektrisch leitfähigen Stoff, dessen Leitfähigkeit zum Beispiel auf darin befindliche Kohlenstoffnanoröhren beruht. Die Kohlenstoffnanoröhren können in einer Menge von 1 bis 2 Gew.% in der Komponente C vorliegen.
Im gezeigten Beispiel wird der Klebstoff 30 in Form einer rechteckigen Kleberaupe aufgetragen. Das dabei mit der Mischpistole abzufahrende Rechteck ist in der 1 mit einer gestrichelten Linie L angedeutet. Der Startpunkt und der Endpunkt des Auftragens sind jeweils mit dem Bezugszeichen S und Z versehen. Die zum Auftragen des Klebstoffs 30 benötigte Zeitspanne wird im Folgenden mit Ta bezeichnet.
Nachdem die Kleberaupe 30 aufgetragen ist, erfolgt als Nächstes das Fügen des Außenbauteils 20 an das Innenbauteil 10 (siehe 2). Dabei wird die Klebefläche 25 des Außenbauteils 20 auf die mit Klebstoff 30 versehene Klebefläche 25 des Innenbauteils 10 gepresst, wie es die Pfeile F andeuten. Die zum Fügen der beiden Bauteile 10, 20 benötigte Zeitspanne wird im Folgenden mit Tf bezeichnet.
Bei Durchführung des Auftrage- und Fügeschritts ist darauf zu achten, dass die Summe von Ta und Tf die Offenzeit To des Klebstoffs 30 nicht überschreitet.
Sobald die beiden Bauteile 10, 20 aufeinander gepresst sind, wird die Kleberaupe 30 an zwei Punkten mit einer elektrischen Stromquelle 80 verbunden (siehe 3). Zum Beispiel können zwei Elektroden 90 an zwei unterschiedlichen Stellen in die Kleberaupe 30 gesteckt werden.
Sodann wird die Stromquelle 80 eingeschaltet, sodass dank der Kohlenstoffnanoröhren ein elektrischer Strom durch die Kleberaupe 30 fließt (siehe 4). Der Stromfluss wird durch den Blitz E veranschaulicht. Durch den Leistungsverlust innerhalb der Kleberaupe 30 erwärmt diese sich schnell. Typischerweise kann innerhalb von 40 Sekunden eine Temperatur von über 70°C erreicht werden. Eine derart kurze Prozesszeit ist insbesondere im Automobilbau von Vorteil, wo Taktzeiten von nicht mehr als einer Minute verlangt werden. Durch die Steuerung der elektrischen Spannung der Stromquelle 80 kann die Erwärmung der Kleberaupe gesteuert werden. Im Zuge der Erwärmung härtet der Klebstoff 30 rasch aus und die Baugruppe 1 ist fertig gestellt.
Durch die direkte Erwärmung innerhalb der Kleberaupe 30 kann eine thermische Schädigung der Bauteile 10, 20 vermieden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/120794 A1 [0001]

Claims

Verfahren zum Verkleben zweier Bauteile (10, 20), mit den folgenden aufeinanderfolgenden Schritten: a) Bereitstellen eines ersten Bauteils (10) und eines zweiten Bauteils (20) mit jeweils einer Klebefläche (25); b) Auftragen eines mit einem elektrisch leitfähigen Stoff (C) versetzten Klebstoffs auf die Klebefläche (25) des ersten und/oder zweiten Bauteils; c) Auflegen der Klebefläche des einen Bauteils (10) auf die Klebefläche (25) des anderen Bauteils (20); d) Zusammendrücken beider Bauteile; und e) Erwärmen des Klebstoffs (30) durch Hindurchleitung eines elektrischen Stroms (E) durch den Klebstoff, sodass beide Bauteile miteinander verkleben, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) durch eine Misch- und Auftragevorrichtung (40) erfolgt, und dass Schritt b) die folgenden Unterschritte umfasst: i) getrenntes Einführen der Komponenten (A, B) des Klebstoffes und des elektrisch leitfähigen Stoffs (C) in die Misch- und Auftragevorrichtung; und ii) Herstellen des Klebstoffs durch Vermischen der Komponenten (A, B) des Klebstoffs und des elektrisch leitfähigen Stoffs (C) in der Misch- und Auftragevorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Komponenten des Klebstoffs aus dem elektrisch leitfähigen Stoff (C), einem Binder (B) und einem Härter (A) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Schritt e) die Stromstärke zeitlich gesteuert wird, um eine optimale Erwärmung des Klebstoffs zu erzielen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der elektrisch leitfähige Stoff (C) Kohlenstoffpartikel, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren enthält, bevorzugt in einer Menge von 1 bis 2 Gew.%.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Bauteile (10, 20) Bestandteile des Frontmoduls oder des Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei beide Bauteile (10, 20) aus Kunststoff bestehen.