DE19929480A1

DE19929480A1 - Klebverfahren

Info

Publication number: DE19929480A1
Application number: DE1999129480
Authority: DE
Inventors: Gerhard Koetting
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-06-26
Publication date: 2000-12-28

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung und Ausführung von Bautei len aus flächenförmigen Werkstoffverbunden durch Kleben aus gleichen oder artverschiedenen Werkstoffen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand und Nachteile des Standes der Technik

Die Herstellung von flächenförmigen, vielfach dreidimensional ge stalteten Bauteilen oder Halbzeugen aus Werkstoffverbunden durch Kleben gehört zum Stand der Technik. Beispiele:

- Sandwichverbunde aus Hautmaterialien und Kernfüllwerk stoffen, z. B. Aufbauten von Kühlfahrzeugen, Bauteile im Luft- und Raumfahrzeugbau,
- Aufkaschieren von Dekorfolien mittels Klebschicht auf Träger bauteile, z. B. Türseitenverkleidungen in Automobilen,
- Kleben von Spannten bzw. Stringern mit der Außenhaut von Flugzeugen,
- geklebte Blechdoppelungen.

Die Festigkeit und Langzeithaltbarkeit der geklebten Werkstoff verbunde ist entscheidend abhängig von der Festigkeit und Be ständigkeit der Haftzone zwischen Klebschicht und den Sub straten. Diese umfaßt den stofflichen Übergang zwischen Kleb schicht, Adhäsionsbindungen, Substratoberflächenschicht und Substrat.

Die Festigkeit der Haftung kann bekanntlich gemindert werden, was in ungünstigen Fällen zum Versagen des Verbundes führt.

Als Ursachen für ein Versagen der Haftzone können in Erschei nung treten:

- Fertigungsbedingte Eigenspannungen im Verbund verursacht durch:
- Kontraktion der Klebschicht beim Härten derselben (Volumenschrumpf),
- unterschiedliche Temperaturdehnungskoeffizienten der beteiligten Werkstoffe (Substrate, Klebschicht) wenn die Klebschichten warm ausgehärtet werden,
- unzureichende Paßgenauigkeit der Teile zueinander, z. B.
- Eigenspannungen im Bauteilbetrieb bei Temperaturwechseln infolge unterschiedlicher Temperaturdehnungskoeffizienten der beteiligten Werkstoffe,
- Lastspannungen,
- Umgebungsmedien, d. h. z. B., Luftfeuchte oder andere Agen zien, die in die Klebfuge eindiffundieren.

Werden vorbeschichtete Substrate, z. B. verzinkter oder email lierter Stahl, lackierte Metall- oder Kunststoffteile flächig geklebt, so können Eigen- oder Lastspannungen zudem ein Versagen der Vorbeschichtung bewirken: Ablösen vom Grundmaterial oder Bruch innerhalb der Beschichtung. Dies kann bei großflächigen Verklebungen bereits unmittelbar nach der Herstellung der Fall sein und zwar durch fertigungsbedingte Eigenspannungen, die vor allem bei einer Warmhärtung der Klebschicht auftreten.

Treten im Bauteilbetrieb mechanische Beanspruchung (Last-, Ei genspannungen) und Umweltmedien überlagert auf, so kann dar aus insbesondere eine Minderung der spezifischen Haftkräfte zwi schen Klebschicht und Substratoberfläche bis hin zur Delaminati on resultieren.

Zur Sicherung geklebter Flächenverbindungen werden vielfach zusätzliche mechanische Befestigungselemente wie Schrauben, Niete, Bördelungen usw. eingesetzt, wodurch die Fertigung auf wendiger wird. In vielen Fällen sind solche zusätzlichen Elemente aber auch aus funktionellen oder optischen Gründen nicht mög lich.

Weiterhin kann durch in der Regel aufwendige Maßnahmen der Oberflächenvorbehandlung vor dem Kleben, die Haftfestigkeit ge steigert werden.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den Haftverbund bzw. die Haftzone zwischen den flächigen Fügeteilen und der Klebschicht zusätzlich durch Formschluß zu unterstützen, der durch den Klebstoff selbst mitbewirkt wird, um die Haltekräfte insgesamt zu erhöhen, so daß zusätzliche Sicherungen entfallen können, oder daß auf weniger aufwendige Oberflächenvorbehandlungen zurückgegriffen werden kann.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 3 durch das Einbringen von Ausparungen oder Hinterschneidungen in den Fügeteilen gelöst, die während des Klebvorgangs mit Kleb stoff gefüllt werden, wobei die lokale Ausbildung dieser Klebstoff zonen durch zweckentsprechende den Klebstoff formende Werk zeuge unterstützt wird. Es wird praktisch dadurch z. B. ein "Druck knopf"- bzw. "Niet"-Effekt bewirkt. Zudem kann der Klebstoff mit tels geeigneter Formwerkzeuge an der Bauteilberandung während des Klebvorgangs als Umbug geformt werden, so daß die Bauteile auch längs ihrer Berandung formschlüssig verbunden und gesi chert sind.

Vorteile der Erfindung

Durch den zusätzlichen Formschluß ergibt sich insbesondere eine Stützwirkung gegenüber fertigungs- oder temperaturbedingten Ei genspannungen sowie gegenüber Lastspannungen. Damit werden die spezifischen Adhäsionsbindungen zwischen Oberflächen und Klebstoff entlastet.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß in Verbunden aus Werkstoffen mit zugspannungsempfindlichen Beschichtungen eine Entlastung der Beschichtung bewirkt und damit der Bruch vermieden werden kann, z. B. bei Verzinkungen, Lackierungen oder Emaillierungen.

Selbst bei Verlust der Adhäsion infolge Unterwanderung bleibt der Verbund - wenn auch eingeschränkt - erhalten.

Der Aufwand für eine Oberflächenvorbehandlung der Fügeteile vor dem Kleben kann reduziert werden.

Bei Ausparungen in den Fügeteilen (Bohrungen, Langlöcher z. B.) können unter Zuhilfenahme entsprechend formender Werkzeuge zudem Funktionselemente in den angeformtenn Zonen aus Kleb stoff integriert werden.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend erläutert.

Fig. 1 zeigt als Ausschnitt die flächige Verbindung zwischen den Fügeteilen (1) und (2) durch die Klebschicht (3). Zur Unterstützung der Haltekräfte zwischen den Fügeteilen sind im Fügeteil (1) Hin terschneidungen (4) eingebracht und in Fügeteil (2) befinden sich Aussparungen bzw. Bohrungen (5), in deren Umgebung Form werkzeuge (6) an das Fügeteil (2) positioniert sind, so daß die aus Bohrungen und Werkzeughöhlungen resultierenden Hinterschnei dungen während des Klebvorgangs mit Klebstoff ausgefüllt wer den.

Nach dem Härten des Klebstoffs liegen druckknopf- bzw. niet ähnliche Formschlußelemente vor.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der der Klebstoff mit tels geeigneter Formwerkzeuge (7) während des Klebvorgangs als Umbug (8) geformt wird, so daß die Einzelteile (1, 2) flächig durch die Klebschicht (3) und längs ihrer Berandung ebenso form schlüssig verbunden und gesichert sind. Der Umbug kann ganz umfassend oder unterbrochen ausgeführt sein.

Fig. 3 zeigt als Ausschnitt die flächige Verbindung zwischen den Fügeteilen (1) und (2) durch die Klebstoffzwischenschicht (3), wo bei in dem aus Klebstoff über die Aussparung/Bohrung (5) ange formten Formschlußelement (9) zudem eine Bohrung, z. B. zum Einbringen einer selbstschneidenden Schraube, untergebracht ist, die über einen Werkzeugdorn (10) des Werkzeugs (11) erzeugt wird. Ebenso könnte z. B. ein Metalleinsatz eingebettet werden, der Werkzeugdorn gewindeformend ausgestaltet sein, oder ein anders Funktionselement ausgeformt und integriert sein.

Die die Erfindung betreffenden Maßnahmen können bei art gleichen, vorteilhaft jedoch bei artfremden Fügeteilwerkstoffen angewendet werden, wenn z. B. dabei wegen unterschiedlicher Temperaturdehnungskoeffizienten der gefügten Werkstoffe mit fertigungsbedingten Eigenspannungen zu rechnen ist, oder wenn ein Fügewerkstoff weniger gut klebbar ist, d. h. nicht in der Lage ist, ausreichend große Adhäsionskräfte zu übertragen, oder wenn ein Fügeteil mit einer kerbempfindlichen oder weniger festen Be schichtung versehen ist.

Fig. 4 beinhaltet diesbezüglich eine Anwendung, bei der die Vor teile der Erfindung zum Fügen artfremder Werkstoffe zielgerichtet zum Tragen kommen. Eine Oberschale (12) und eine beschichtete Unterschale (13) sind flächig durch die Klebschicht (3) verbunden. Zur Vermeidung von Ablösungen zwischen Klebschicht und Un terschale, bzw. zur Vermeidung von Brüchen in der Beschichtung der Unterschale infolge fertigungsbedingter Eigenspannungen oder Lastspannungen sind Aussparungen/Bohrungen (5) in der Unterschale eingebracht, so daß beim Klebvorgang mittels Werk zeugen (14) ein Formschluß über den Klebstoff - wie in Fig. 1 be reits dargestellt - erzeugt wird. Es versteht sich von selbst, daß die der Erfindung zugrundeliegenden Maßnahmen des Formschlußes entsprechend den jeweiligen Anforderungen auf beide Schalen angewendet werden können, oder daß zudem ein Umbug an der Bauteilberandung durch Klebbstoff angebracht werden kann.

Die Klebstoffe können je nach Einsatzzwecken entsprechend ge wählt werden. Sie können beispielsweise der Gattung Epoxidharz, Polyurethane, Acrylate usw. angehören und besitzen dem Ver wendungszweck angepaßte mechanische Eigenschaften. Sie können zur Verarbeitung als Flüssigkeiten, Pasten oder vorkon fektionierte Film-, d. h., Stanzteile vorliegen. Sie können warm- oder kalthärtend, ein- oder mehrkomponentig sein.

Claims

1. Klebverfahren zur Herstellung von großflächigen Bauteilen als Werkstoffverbunde aus gleichen oder artverschiedenen Werk stoffen durch vollflächiges Kleben, dadurch gekennzeichnet, daß an bestimmten Stellen der flächigen Fügeteile Ausspar ungen bzw. Bohrungen (5) oder Hinterschneidungen (4) ge zielt mit zweckdienlichen Fertigungsverfahren eingebracht werden, die während des Klebvorgangs mit Klebstoff gefüllt werden, wodurch ein Formschluß zwischen Fügeteilen und Klebschicht erzeugt wird.

2. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile (1, 2) flächig durch die Klebschicht (3) über Haftungskräfte und zudem längs ihrer Berandung formschlüssig durch einen aus dem Klebstoff geformten Umbug (8) verbunden und gesi chert sind. Zur Umbugformung dienen zweckentsprechende Werkzeuge (7).

3. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von Aussparungen bzw. Bohrungen mit Hilfe zusätzlicher den Klebstoff lokal formender Werkzeuge (6, 10, 11, 14) definierte formschlüssige Fügeelemente aus dem Klebstoff selbst mit gewünschten Festigkeitseigenschaften erzeugt werden.

4. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von Aussparungen mit Hilfe zusätzlicher den Klebstoff lokal formender Werkzeuge weitere Funktionselemente (10), z. B. Gewinde, Clipse, Halterungen integriert werden.

5. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß Hinterschneid ungen und Aussparungen hinsichtlich ihrer Abmessungen und Lage, sowie die Umbuggestaltung entsprechend der Bauteilbeanpruchung und der verlangten Haltekräfte bei zweckdienlicher Klebstoffauswahl ausgeführt werden.

6. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff nach Fixieren der mit Hinterschneidungen und/oder Aus sparungen versehenen flächigen Fügenteile in entsprechen den Aufnahmewerkzeugen über geeignete Einspritzstellen in den Fügespalt eingespritzt wird und gegebenenfalls ein Um bug erzeugt wird.

7. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Fügen der Einzelteile und die Ausbildung der Formschlußelemente aus dem Klebstoff - wie oben dargelegt - nach dem flächigem Be schichten eines oder beider Einzelteile erfolgt.

8. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein einkomponentig bei Raumtemperatur härtender Klebstoff ist.

9. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein zweikomponentig bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen härtender Klebstoff ist.

10. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein einkomponentig warmaushärtender oder zweikomponentig kaltaushärtender Klebstoff ist.

11. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff als Film vorkonfektioniert ist.

12. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff expandierend eingestelllt ist.

13. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß kleinere mit größeren Einzelteilen durch zusätzlichen Formschluß verbun den werden, z. B. Krafteinleitungselemente mit Wandungen.

14. Klebverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß auch Rundver bindungen (z. B. Wellen-Naben-Verbindungen) gefügt werden, wobei das innenliegende Teil z. B. ein Außengewinde oder ei ne Rändelung der Außenfläche besitzt und das äußere Teil ein Innengewinde oder eine entsprechend geometrisch struk turierte Innenfläche besitzt.