DE19941996A1 - Verfahren und Anordnung zum Aufheizen eines Bauteils entlang einer vorgegebenen Bahn - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufheizen eines ein- oder mehrteiligen Bauteils (10) entlang einer vorgegebenen, mit einem thermisch verfestigbaren Kleb- oder Dichtstoff (18, 24) versehenen oder zu versehenden Bahn. Um eine gleichmäßige Verfestigung entlang der Bahn zu gewährleisten, wird das Bauteil entlang einzelner zusammenhängender Bahnabschnitte (26) mit mindestens einer Heizquelle (28) unter Variation der Energiezufuhr eine definierte Zeit lang auf je eine vorgegebene Solltemperatur aufgeheizt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufheizen eines ein- oder mehrteiligen Bauteils entlang einer vorgegebenen, mit einem thermisch verfe­ stigbaren Kleb- oder Dichtstoff versehenen oder zu ver­ sehenden Bahn.

Beim Verkleben und Versiegeln von Bauteilen mit ther­ misch aktivierbaren Kleb- und Dichtstoffen tritt das Problem auf, daß das Bauteil entlang einer langen Bahn­ kurve gleichmäßig auf eine Temperatur oberhalb der Ge­ lier-, Verfestigungs- oder Härtungstemperatur der Kleb- und Dichtstoffe aufgeheizt werden muß. Verfahren und Anordnungen dieser Art werden beispielsweise im Kraft­ fahrzeugbau zur Verklebung und Abdichtung von Karosse­ rieteilen im Bereich von Bördelnähten verwendet. Die Aufheizung erfolgt dort üblicherweise induktiv mit Hil­ fe einer um das Bauteil herumgelegten Induktionsschlei­ fe, die in ihrer Gesamtheit mit einer Hochfrequenzspan­ nung beaufschlagt wird. Es hat sich gezeigt, daß durch Wandstärken- und Leitfähigkeitsvariationen im Bereich des Karosserieblechs einerseits und durch Abstandsva­ riation und geometrische Unregelmäßigkeiten im Bereich der Induktionsspule andererseits erhebliche Temperatu­ runterschiede entlang der aufzuheizenden Bahn auftreten können. Die Anwendung der induktiven Aufheizung ist überdies beschränkt auf metallische Bauteile. Ein wei­ teres Problem bei der induktiven Aufheizung besteht darin, daß nur die äußerste Oberfläche des Bauteils un­ mittelbar aufgeheizt wird, während die tiefer liegenden Bleche durch Wärmeleitung von der Oberfläche aus be­ heizt werden. Im Falle einer Bördelnaht, die aus einem Außenblech und einem Innengerippe zusammengesetzt ist, zwischen denen der thermisch verfestigbare Klebstoff angeordnet ist, heizt sich bei außenseitiger induktiver Aufheizung nur das Außenblech auf. Da der Klebstoff ein schlechter Wärmeleiter ist, ergibt sich zum Innengerip­ pe hin ein erheblicher Temperaturabfall. Dieser führt dazu, daß gegen das Außenblech anliegende Klebstoffpar­ tien relativ schnell aushärten, während die Klebstoff­ partien im Bereich des Innengerippes bei niedrigerer Temperatur noch pastös oder flüssig bleiben. Selbst wenn man berücksichtigt, daß die endgültige Verfesti­ gung des Klebstoffs erst später im Lackierofen erfolgt, leidet dennoch die Handlingsfestigkeit während der bis dahin durchzuführenden Zwischenschritte. Wenn bei­ spielsweise eine Tür mit noch nicht ausgehärtetem Kleb­ stoff in einem Zwischenschritt an einem Fahrzeugrahmen aufgehängt wird, besteht die Gefahr, daß das Außenblech gegenüber dem Innenblech aufgrund der Schwerkraft ver­ rutscht. Dadurch kann es zu Verschiebungen in den Spaltmaßen kommen. Weiter besteht bei Nähten, die un­ vollständig vorgehärtet sind, die Gefahr, daß sie nicht ausreichend wäscherfest sind: Der Klebstoff kann durch unter Druck an die Klebstelle gelangendes Waschwasser zumindest teilweise ausgespült werden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufheizen von Bauteilen der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, womit ein schnelles und geregeltes Aufheizen über den gesamten Klebebereich erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan­ sprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmalskombinationen vor­ geschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß das Bauteil entlang einzelner zusammenhängender Bahnabschnitte mit mindestens einer Heizquelle unter Variation der Energiezufuhr eine definierte Zeit lang auf je eine vorgegebene Solltemperatur aufgeheizt wird.

Dabei hat es sich als wichtig erwiesen, daß an allen Bahnabschnitten die Temperatur getrennt gemessen und auf die jeweils vorgegebene Solltemperatur eingeregelt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird an allen Bauteilabschnitten die Temperatur ge­ trennt gemessen und mit getrennten Heizquellen auf die jeweils vorgegebene Solltemperatur eingeregelt.

Alternativ dazu kann auch eine Heizquelle vorgesehen werden, die stetig oder schrittweise an den Bahnab­ schnitten vorbeigeführt wird, während die Temperatur an den einzelnen Bahnabschnitten nacheinander gemessen und auf die jeweils vorgegebene Solltemperatur durch Varia­ tion der Energiezufuhr zur Heizquelle eingeregelt wird.

Als Heizquellen werden bevorzugt Bestrahlungslampen verwendet, vorzugsweise aus der Gruppe der IR- oder NIR-Strahler.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt mindestens eine das Bauteil entlang der Bahn abschnittsweise mit Wärme beaufschlagende Heizquelle, mehrere, den einzelnen Bahnabschnitten zugeordnete Temperaturmeßstellen sowie eine Anordnung zur zeitweiligen Temperaturregelung im Bereich der einzelnen Temperaturmeßstellen nach Maßgabe einer vorgegebenen Solltemperatur durch Variation der Energiezufuhr zu der mindestens einen Heizquelle. Ent­ lang der Bahn können mehrere in Richtung Bauteil wei­ sende Heizquellen und mehrere an den Temperaturmeßstel­ len angeordnete Temperaturfühler angeordnet sein, wobei jedem Temperaturfühler ein Regelkreis zur Ansteuerung der im Bereich des betreffenden Bahnabschnitts angeord­ neten Heizquelle(n) zugeordnet ist.

Alternativ dazu kann die Heizquelle entlang der Bahn beispielsweise mittels einer Roboteranordnung verfahren werden. Grundsätzlich kann auch der Temperaturfühler entlang der Bahn mitgenommen werden.

Die mindestens eine Heizquelle umfaßt eine Bestrah­ lungslampe vorzugsweise einen IR- oder NIR-Strahler, wobei die Bestrahlungslampe einen in Richtung Bahnab­ schnitt gerichteten Reflektor aufweisen kann. Grund­ sätzlich ist es möglich, daß einem Bahnabschnitt auch mehrere, gemeinsam über die Regelanordnung ansteuerbare Heizquellen zugeordnet sind.

Die Heizquellen oder Bestrahlungslampen sind vorteil­ hafterweise langgestreckt ausgebildet. Sie erstrecken sich einzeln oder zu mehreren über die Länge der jewei­ ligen Bahnabschnitte.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können vorteilhafterweise zum Vorgelieren oder Verfestigen von thermisch aktivierbaren Kleb­ stoff-, Dichtstoff- oder Dämmstoffstreifen auf Karosse­ rieteilen von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Dies gilt insbesondere für die Vorgelierung und Verfestigung von Kleb- oder Dichtstoffen in oder auf Falzen oder Bördelnähten. Ein weiteres Beispiel ist die Vorhärtung oder Verfestigung von Klebstoffen zur Stützverklebung von großflächigen Karosserieteilen, insbesondere von Seitenwänden oder Motorhauben von Kraftfahrzeugen. Un­ ter Stützverklebung ist das Aufkleben von Verstärkungs- oder Stützblechen auf das betreffende Karosserieteil zu verstehen, wobei die Stützbleche vorzugsweise als Bie­ geteil ausgebildet sind und nur entlang ihrer abgeboge­ nen Randnähte mit dem Karosserieteil verklebt werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist das Vorhärten oder Verfestigen von großflächig aufgetragenem Enddröhnungs­ material auf ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere auf eine Kraftfahrzeugtür. In diesem Falle wird ein Dämmstoff breitflächig auf das Karosserieteil aufgetragen und mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen vor- oder ausgehärtet.

Die Aufheizung der Bahnabschnitte erfolgt zweckmäßig so, daß zunächst während einer Aufheizphase die ge­ wünschte Temperatur eingestellt wird. Sobald die Soll­ temperatur erreicht ist, schaltet der Strahler aus. So­ dann kann entweder über ein sukzessives Ein- und Aus­ schalten des Strahlers oder über einen Dimmer eine na­ hezu konstante Temperatur über eine vorgegebene Zeit gehalten werden. Durch die Aufteilung der Bahn in meh­ rere Bahnabschnitte mit getrennten Temperaturmeßstellen läßt sich die Temperatur entlang der gesamten Bahn mit einfachen Mitteln auf einen vorgegebenen Sollwertver­ lauf einstellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kraftfahrzeugtür mit mehreren Strahlungsheizern und Temperaturmeß­ stellen entlang einer aufzuheizenden Bördel­ naht;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Bereich einer Bördel­ naht und einer Versiegelungsnaht mit Strah­ lungsheizer;

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung einer Roboter­ anordnung zum Aufbringen einer Versiegelungs­ raupe auf eine Kraftfahrzeugtür und zum Vor­ härten der Naht mit Hilfe eines mitbewegten Strahlungsheizers;

Fig. 4a eine Innenansicht einer Kraftfahrzeugtür mit großflächig aufgetragenem Entdröhnungsmaterial im unteren Türbereich;

Fig. 4b einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig. 4a mit Strahlungsheizern und Tempera­ turmeßstellen;

Fig. 5a eine Draufsicht auf eine Seitenwand eines Ka­ stenwagens mit Stützverklebung;

Fig. 5b einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig. 5a mit Strahlungsheizern und Temperatur­ meßstellen.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel ist ein als Kraftfahrzeugtür ausgebildetes mehr­ teiliges Bauteil 10 vorgesehen, das ein Außenblech 12 und ein Innenblech 14 aufweist, die an einer umlaufen­ den Bördelnaht 16 wasserdicht miteinander zu verbinden sind. Zu diesem Zweck wird zunächst entlang dem Rand des Außenblechs 12 ein Kleber 18 in pastöser Form bei­ spielsweise mittels eines Kleberoboters mit vorgegebe­ ner Streifenbreite aufgetragen. Sodann wird das mit dem Kleber beschichtete Außenblech 12 so um den Rand 20 des Innenblechs 14 umgebördelt, daß der Kleber 18 den Spaltraum im Bereich der Bördelnaht 16 ausfüllt. Um ei­ ne Kantenkorrosion zu vermeiden, wird außerdem auf der Innenseite der Bördelnaht 16 eine den Falzbereich 22 überdeckende umlaufende Versiegelungsraupe 24 aus pa­ stösem Kunststoff aufgetragen. Zum Vorgelieren oder Verfestigen müssen der Kleber 18 und die Versiegelungs­ raupe 24 auf eine vorgegebene Mindesttemperatur aufge­ heizt werden. Um eine ausreichende Handlings- und Wä­ scherfestigkeit zu erzielen, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere, sich über je einen Bahnab­ schnitt 26 erstreckende, vorzugsweise als IR-Strahler ausgebildete Heizquellen 28 vorgesehen. Weiter ist je­ dem Bahnabschnitt 26 eine Temperaturmeßstelle mit je einem Temperaturfühler 30 vorgesehen. Mit einer nicht dargestellten Regelanordnung ist es damit möglich, die Temperatur im Bereich der einzelnen Temperaturmeßstel­ len nach Maßgabe einer vorgegebenen Solltemperatur durch Variation der Energiezufuhr zu den einzelnen Heizquellen 28 zu regeln. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besteht die Heizquelle 28 aus einem Infrarot- Lichtstrahler 32 und einem konkav gebogenen Reflektor 34. Damit kann die von der Infrarotlampe 32 abgestrahl­ te Wärmestrahlung in der gewünschten Verteilung auf die aufzuheizende Bördelnaht 16 gerichtet werden. Die gere­ gelten Heizquellen 28 sorgen dafür, daß die Bördelnaht 16 über ihre gesamte Länge in einer Aufheizphase zu­ nächst auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird und sodann durch Variation der Energiezufuhr eine Zeit lang auf einer vorgegebenen Solltemperatur gehalten wird. Dabei wird der Kleber 18 und die Versiegelungs­ schicht 24 durch thermische Aktivierung vorgeliert und verfestigt, so daß das Bauteil eine für weitere Verfah­ rensschritte ausreichende Handlingsfestigkeit und Wä­ scherfestigkeit erhält.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Roboter 36 zum Aufbringen einer Versiegelungsnaht 24 auf den Rand eines als Kraftfahrzeugtür ausgebildeten Bauteils 10 vorgesehen, das auf einer in definiertem Abstand vom Roboter 36 angeordneten Unterlage 38 fixiert ist. Der Roboter 36 weist einen Düsenkopf 40 zum Ausbringen des Versiegelungsmaterials 24 auf, der entlang einer vorge­ gebenen Bahnkurve über dem Bauteil 10 in Richtung des Pfeils 42 bewegt wird. In Bewegungsrichtung hinter dem Düsenkopf 40 trägt der Roboter 36 außerdem eine als In­ frarot-Strahler 32 ausgebildete Heizquelle, über die die Versiegelungsnaht 24 auf eine definierte, durch nicht dargestellte Temperaturfühler gemessene Tempera­ tur aufgeheizt und dabei vorgeliert wird.

Bei dem in Fig. 4a und b gezeigten Ausführungsbeispiel wird zunächst mit einem geeigneten Auftragskopf ein Dämmstoff unter Bildung mindestens eines breitflächigen und dickwandigen Materialstreifens 44 aufgetragen. Die Materialstreifen 44 haben die Aufgabe, ein Dröhnen oder Klappern der Tür zu vermeiden. Der Materialauftrag er­ folgt an der Innenseite des vorgefertigten Außenbleches 10 der Tür, solange dieses für den Materialauftrag noch zugänglich ist. Um eine Weiterverarbeitung des Bauteils 10 zu ermöglichen, müssen die Dämmstoffschichten 44 zu­ mindest vorgeliert oder vorgehärtet werden. Dies er­ folgt in einer Anordnung nach Fig. 4b mit Hilfe von Heizquellen 28, die einen Infrarot-Strahler 32 und ei­ nen Reflektor 34 aufweisen und die so über einen Tempe­ raturregler angesteuert werden, daß die mit den Tempe­ raturfühlern 30 gemessene Temperatur auf einen vorgege­ benen Sollwert eingeregelt wird.

Bei dem in Fig. 5a und b gezeigten Ausführungsbeispiel wird das als Seitenwand eines Transportfahrzeugs ausge­ bildete Bauteil 10 innenseitig mit gebogenen Stützele­ menten 46 verbunden, die zu einer Aussteifung des Bau­ teils 10 führen sollen. Die Verbindung der Stützelemen­ te 46 mit dem Bauteil 10 erfolgt mit einem beispiels­ weise mit Hilfe einer Roboteranordnung aufgetragenen Klebstoffstreifen 18. Um eine Weiterverarbeitung des mit den Stützelementen 46 bestückten Bauteils 10 zu er­ möglichen, müssen die Klebstoffnähte 18 vorgeliert oder vorgehärtet werden. Dies erfolgt mit mehreren Heizquel­ len 28, die mit je einem Infrarot-Strahler 32 und einem Reflektor 34 bestückt sind. Die Aufheizung des Kleb­ stoffs erfolgt temperaturgeregelt. Für diesen Zweck sind an den Bahnabschnitten 26 mehrere Temperaturfühler 30 angeordnet.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin­ dung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufheizen eines ein- oder mehrteiligen Bauteils 10 entlang einer vorgegebenen, mit einem thermisch verfe­ stigbaren Kleb- oder Dichtstoff 18,24 versehenen oder zu versehenden Bahn. Um eine gleichmäßige Verfestigung entlang der Bahn zu gewährleisten, wird das Bauteil entlang einzelner zusammenhängender Bahnabschnitte 26 mit mindestens einer Heizquelle 28 unter Variation der Energiezufuhr eine definierte Zeit lang auf je eine vorgegebene Solltemperatur aufgeheizt.

Claims (16)

1. Verfahren zum Aufheizen eines ein- oder mehrteili­ gen Bauteils (10) entlang einer vorgegebenen, mit einem thermisch verfestigbaren Kleb- oder Dicht­ stoff (18, 24) versehenen oder zu versehenden Bahn (16), dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (10) entlang einzelner zusammenhängender Bahnabschnitte (26) mit mindestens einer Heizquelle (28) unter Va­ riation der Energiezufuhr eine definierte Zeit lang auf je eine vorgegebene Solltemperatur aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an allen Bahnabschnitten (26) die Temperatur getrennt gemessen und gleichzeitig mit getrennten Heizquellen (28) auf die jeweils vorgegebene Soll­ temperatur eingeregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizquelle (28) stetig oder schrittweise an den Bahnabschnitten (26) vorbeigeführt wird und daß die Temperatur an einzelnen Bahnabschnitten (26) nacheinander gemessen und auf die jeweils vorgege­ bene Solltemperatur eingeregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizquellen (28) Strah­ lungsheizer, vorzugsweise aus der Gruppe IR- oder NIR-Lichtstrahler verwendet werden.

5. Anordnung zum Aufheizen eines ein- oder mehrteili­ gen Bauteils (10) entlang einer vorgegebenen, vor­ zugsweise mit einer Roboteranordnung mit einem thermisch verfestigbaren Kleb- oder Dichtstoff (18, 24) versehenen oder zu versehenden Bahn (16), gekennzeichnet durch mindestens eine das Bauteil (10) entlang der Bahn (16) abschnittsweise mit Wär­ me beaufschlagende Heizquelle (28), durch mehrere, den einzelnen Bahnabschnitten (26) zugeordnete Tem­ peraturmeßstellen (30) und durch eine Anordnung zur Temperaturregelung im Bereich der einzelnen Tempe­ raturmeßstellen (30) nach Maßgabe einer vorgegebe­ nen Solltemperatur durch Variation der Energiezu­ fuhr zu der mindestens einen Heizquelle (28).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Bahn (16) mehrere in Richtung Bau­ teil (10) weisende Heizquellen (28) und mehrere den Temperaturmeßstellen zugeordnete Temperaturfühler (30) angeordnet sind, und daß jedem Temperaturfüh­ ler (30) ein Regelkreis zur Ansteuerung der in dem betreffenden Bahnabschnitt (26) angeordneten Heiz­ quelle(n) zugeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizquelle (28) entlang der Bahn (16) vor­ zugsweise mittels einer Roboteranordnung verfahrbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Heizquelle (28) einen Strahlungsheizer vorzugsweise aus der Gruppe IR- oder NIR-Strahler (32) aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsheizer einen in Richtung Bahnab­ schnitt gerichteten Reflektor (34) aufweist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß einem Bahnabschnitt (26) mehre­ re, gemeinsam über die Regelanordnung ansteuerbare Heizquellen (28) zugeordnet sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizquellen (28) langgestreckt ausgebildet sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizquellen (28) sich über die Länge der jeweiligen Bahnabschnitte (26) erstrecken.

13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Anordnung nach einem der An­ sprüche 5 bis 12 zur Vorhärtung oder Verfestigung von Klebstoff-, Dichtstoff- oder Dämmstoffstreifen (18, 24) auf Karosserieteilen (10) von Kraftfahrzeu­ gen.

14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Anordnung nach einem der An­ sprüche 5 bis 12 zur Vorhärtung oder Verfestigung von Klebstoffen oder Dichtstoffen (18, 24) in oder auf Falz- oder Bördelnähten (16) an Karosserietei­ len (10) von Kraftfahrzeugen.

15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Anordnung nach einem der An­ sprüche 5 bis 12 zur Vorhärtung oder Verfestigung von Klebstoffen zur Stützverklebung von großflächi­ gen Karosserieteilen, insbesondere von Seitenwänden oder Motorhauben von Kraftfahrzeugen.

16. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder der Anordnung nach einem der An­ sprüche 5 bis 12 zur Vorhärtung oder Verfestigung von streifenweise aufgetragenem Entdröhnungsmateri­ al auf Karosserieteilen, insbesondere auf Kraft­ fahrzeugtüren, Kofferraumdeckeln und Dachpartien von Kraftfahrzeugen.