DE19929480A1

DE19929480A1 - Multilayer material production comprises forming bores or recesses in material to be joined which fill with adhesive during processing and fix materials together

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

Abstract

Method for producing articles with a large surface area from bundles of similar or different materials by gluing across the whole surface comprises forming bores (5) or recesses (4) in the material to be joined (1, 2). These fill with adhesive (3) during processing and fix the materials together.

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.The invention relates to the manufacture and execution of building components len from sheet-like material composites by gluing same or different materials according to the Preamble of claim 1.

State and disadvantages of the prior art

Die Herstellung von flächenförmigen, vielfach dreidimensional ge stalteten Bauteilen oder Halbzeugen aus Werkstoffverbunden durch Kleben gehört zum Stand der Technik. Beispiele:
The production of sheet-like, often three-dimensional components or semi-finished products from composite materials by gluing is part of the state of the art. Examples:

- Sandwich composites made of skin materials and core filler fabrics, e.g. B. Superstructures of refrigerated vehicles, components in the air and spacecraft construction,
- Laminating decorative foils onto the carrier using an adhesive layer components, e.g. B. door side panels in automobiles,
- Gluing strings or stringers to the outer skin of Airplanes,
- glued double sheets.

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.The strength and long-term durability of the glued material composite is crucially dependent on the strength and loading Continuity of the adhesive zone between the adhesive layer and the sub straten. This includes the material transition between adhesive layer, adhesive bonds, substrate surface layer and Substrate.

Die Festigkeit der Haftung kann bekanntlich gemindert werden, was in ungünstigen Fällen zum Versagen des Verbundes führt. As is well known, the strength of liability can be reduced which leads to failure of the bond in unfavorable cases.

Als Ursachen für ein Versagen der Haftzone können in Erschei nung treten:
The following can appear as causes for failure of the detention zone:

- Production-related residual stresses in the composite caused by:
Contraction of the adhesive layer when hardening the same (Volume shrinkage),
- Different thermal expansion coefficients involved materials (substrates, adhesive layer) if the Adhesive layers are cured warm,
- Inadequate fit of the parts to each other, e.g. B.
- Residual stresses in component operation during temperature changes due to different thermal expansion coefficients involved materials,
- load voltages,
- ambient media, i. H. e.g. B., humidity or other agents lines that diffuse into the adhesive joint.

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.Are precoated substrates, e.g. B. galvanized or email coated steel, painted metal or plastic parts glued flat, internal or load voltages can also cause failure of the The effect of precoating: detachment from the base material or Break within the coating. This can be the case with large areas Bonding immediately after the case is made be and because of manufacturing-related residual stresses that before occur especially when the adhesive layer is thermoset.

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.If mechanical stress occurs in component operation (load, egg voltages) and environmental media are superimposed on it in particular a reduction in the specific adhesive forces between adhesive layer and substrate surface up to delaminati on result.

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.To secure glued surface connections are common additional mechanical fasteners such as screws, Rivets, flanges, etc. used, which leads to manufacturing becomes more agile. In many cases these are additional elements but also not possible for functional or visual reasons Lich.

Weiterhin kann durch in der Regel aufwendige Maßnahmen der Oberflächenvorbehandlung vor dem Kleben, die Haftfestigkeit ge steigert werden. Furthermore, the measures can usually be complex Surface pretreatment before gluing, the adhesive strength ge be increased.

Object of the invention

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.The object of the invention is the adhesive bond or the adhesive zone between the flat parts to be joined and the adhesive layer to support by positive locking by the adhesive itself is involved to increase the holding forces overall, so that additional fuses can be omitted, or that less elaborate surface pretreatments can be used can.

Solution of the task

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.This object is achieved according to the features of claims 1 to 3 by making recesses or undercuts loosened in the parts to be joined with adhesive during the gluing process be filled with the local formation of this adhesive zones by appropriate work forming the adhesive witness is supported. It is practically z. B. a "print button "or" rivet "effect. In addition, the adhesive with suitable molds on the component edge during of the gluing process as a fold so that the components also positively connected and sealed along its edges are chert.

Advantages of the invention

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.The additional positive connection results in particular in one Supporting effect against production- or temperature-related egg gene voltages as well as against load voltages. With that the specific adhesion bonds between surfaces and Glue relieved.

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.It is also advantageous that in composite materials with Relief of the tension sensitive coatings Coating causes and thus breakage can be avoided can, e.g. B. for galvanizing, painting or enamelling.

Selbst bei Verlust der Adhäsion infolge Unterwanderung bleibt der Verbund - wenn auch eingeschränkt - erhalten.Even if the adhesion is lost due to infiltration, the remains Consolidation - albeit limited - preserved.

Der Aufwand für eine Oberflächenvorbehandlung der Fügeteile vor dem Kleben kann reduziert werden.The effort for surface pretreatment of the parts to be joined gluing can be reduced.

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.With recesses in the parts to be joined (holes, elongated holes e.g.) can with the help of appropriate shaping tools also functional elements in the molded zones made of adhesive fabric are integrated.

Description of exemplary embodiments

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend erläutert.Various embodiments of the invention are in the Drawings are shown and are explained below.

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. Fig. 1 shows a detail of the flat connection between the joining parts ( 1 ) and ( 2 ) through the adhesive layer ( 3 ). To support the retaining forces between the parts to be joined are in the joining member (1) Hin undercuts (4) inserted and located in the joining part (2) has recesses or bores (5) in the vicinity thereof form tools (6) positioned on the joining part (2) are so that the undercuts resulting from bores and tool cavities are filled with glue during the gluing process.

Nach dem Härten des Klebstoffs liegen druckknopf- bzw. niet ähnliche Formschlußelemente vor.After the adhesive has hardened, there are push buttons or rivets similar positive locking elements.

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. 2 shows a variant of the invention, in which the adhesive with suitable molding tools ( 7 ) is formed during the gluing process as a fold ( 8 ), so that the individual parts ( 1 , 2 ) areal through the adhesive layer ( 3 ) and along it Boundaries are also positively connected and secured. The fold can be completely or interrupted.

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. Fig. 3 shows a detail of the flat connection between the joining parts ( 1 ) and ( 2 ) through the adhesive intermediate layer ( 3 ), where in the form-locking element ( 9 ) formed in the adhesive via the recess / bore ( 5 ) is also a bore, e.g. B. for inserting a self-tapping screw, which is generated via a tool mandrel ( 10 ) of the tool ( 11 ). Likewise, e.g. B. a metal insert can be embedded, the tool mandrel can be designed thread-forming, or another functional element can be shaped and integrated.

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. The measures relating to the invention can at art same, but advantageous for non-matching joining part materials be applied when e.g. B. because of different Thermal expansion coefficient of the joined materials with manufacturing-related residual stress is to be expected, or if a joining material is less adhesive, d. H. unable is to transfer sufficiently large adhesive forces, or if a joint with a notch-sensitive or less firm loading layering is provided.

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. Fig. 4 contains in this regard an application in which the parts of the invention before joining materials of a different type are used in a targeted manner. An upper shell ( 12 ) and a coated lower shell ( 13 ) are connected across the surface by the adhesive layer ( 3 ). To avoid detachment between the adhesive layer and the lower shell, or to avoid breaks in the coating of the lower shell due to production-related residual stresses or load tensions, recesses / bores ( 5 ) are made in the lower shell, so that during the gluing process using tools ( 14 ) testify to a positive fit about the adhesive - as already shown in Fig. 1 - is generated. It goes without saying that the measures of positive locking on which the invention is based can be applied to both shells in accordance with the respective requirements, or that a fold can also be applied to the edge of the component by means of adhesive.

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.Depending on the intended use, the adhesives can be used accordingly be chosen. For example, you can use epoxy resin, Polyurethanes, acrylates, etc. belong to the Ver mechanical properties adapted to the application. she can be processed as liquids, pastes or precon assembled film, d. i.e., stamped parts are present. You can warm or be cold curing, one or more components.

Claims

1. Adhesive process for the production of large-area components as material composites from the same or different types of materials by full-surface gluing, characterized in that recesses or bores ( 5 ) or undercuts ( 4 ) at specific points of the flat parts to be joined are introduced with appropriate manufacturing processes , which are filled with adhesive during the bonding process, which creates a positive connection between the joining parts and the adhesive layer.

2. Adhesive process, characterized in that the individual parts ( 1 , 2 ) are connected by the adhesive layer ( 3 ) via adhesive forces and also form-fitting along their edges by a fold formed from the adhesive ( 8 ) and secured. Appropriate tools ( 7 ) are used for bending.

3. Adhesive process, characterized in that when using recesses or bores with the aid of additional locally forming tools ( 6 , 10 , 11 , 14 ) defined positive joining elements are produced from the adhesive itself with the desired strength properties.

4. Adhesive process, characterized in that when using recesses with the aid of additional tools locally forming the adhesive further functional elements ( 10 ), for. B. threads, clips, brackets can be integrated.

5. adhesive process, characterized in that undercut openings and recesses in terms of their dimensions and location, as well as the Umbuggestaltung according to the Component stress and the required holding forces expedient selection of adhesives.

6. adhesive process, characterized in that the adhesive after fixing the with undercuts and / or off savings in flat joint parts in corresponding the recording tools via suitable injection points in the joint gap is injected and, if necessary, an order bug is generated.

7. adhesive process, characterized in that the joining of Individual parts and the formation of the positive locking elements the adhesive - as explained above - after the flat loading layers of one or both individual parts.

8. adhesive method, characterized in that the adhesive is a one-part adhesive that cures at room temperature.

9. adhesive method, characterized in that the adhesive two-component at room temperature or at elevated Temperature curing adhesive is.

10. adhesive process, characterized in that the adhesive one-component thermosetting or two-component is cold-curing adhesive.

11. adhesive process, characterized in that the adhesive as Film is pre-assembled.

12. Adhesive process, characterized in that the adhesive is set to expand.

13. adhesive process, characterized in that smaller with larger individual parts by additional positive locking the z. B. force introduction elements with walls.

14. Adhesive process, characterized in that Rundver bonds (e.g. shaft-hub connections) are added, the inner part z. B. an external thread or egg Knurled the outer surface and the outer part an internal thread or a corresponding geometric structure tured inner surface.