Im Innenraum von Fahrzeugen, insbesondere von Personenkraftfahrzeugen kommt eine Vielzahl von Funktionselementen, wie z. B. Türseitenteile, Dachhimmel oder Dachver- steifungen, Hutablagen, Armaturenbretter, Instrumententafeln, zum Einsatz, die aus im wesentlichen flächigen Formteilen aufgebaut sind. Diese Formteile bestehen dabei in der Regel aus einem Trägermaterial, das mit einer oder mit mehreren Dekorschichten beschichtet ist. Als Trägermaterialien kommen dabei eine Vielzahl von Kunststoffen zum Einsatz, beispielhaft erwähnt seien Acrylnitril-Styrol-Butadien (ABS), Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol insbesondere als geschäumtes Polystyrol (EPS) sowie Kunststofflegierungen wie ABS-Polycarbonatlegierungen. Weiterhin finden als Trägermaterialien Faserverbundstoffe auf Basis von textilen Flächengebilden aus Hanf, Sisal, Flachs, Glasfasern, sowie aus Holzwerkstoffen als Holzmehl oder Holzspäne oder auch Papier gebunden mit reaktiven Harzen wie Epoxidharzen, Phenolharzen, SMC (Sheet Molding Compounds) zum Einsatz. Weiterhin werden geschäumte Träger- materialien aus Polyurethanen oder Epoxidharzen eingesetzt, die ggf. auch glasfaserverstärkt sein können. Weiterhin finden Metalle als Trägermaterialien zum Beispiel für die A-, B-oder C-Säulen Verwendung. Beispielhaft erwähnt seien hier (KTL- beschichtete) Stahlbleche, Aluminiumbleche, Magnesiumbleche oder Bleche aus Mg-AI- Legierungen. Kaschiert werden diese Träger-Formteile mit flächigen Materialien in Folien-oder textiler Form. Als textile Flächengebilde werden dabei Gewebe, Gewirke, textile Flächengebilde Vliese, Gaze oder ähnliches eingesetzt. Die Textilien können beispielsweise auch in Form von Teppichen (mit oder ohne Rückseitenbeschichtung mit einem Schaum) Einsatz finden. Weiterhin können die textilen Gebilde oder Folien aus einer Vielzahl von Kunststoffen bestehen, beispielhaft erwähnt seien Polyethylen, Polypropylen, ABS, Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA), thermoplastische Urethane (TPU) oder thermoplastische Olefine (TPO).

Für die Bereiche der Automobilindustrie werden diese Funktionselemente für den Fahrzeuginnenraum typischerweise bei Automobilzulieferbetrieben hergestellt, bzw. konfektioniert. Dazu muß das Trägerformteil mit der Dekor-Oberflächenschicht dauerhaft und alterungsbeständig verbunden werden, üblicherweise geschieht dies unter Verwendung von Klebstoffen. Meistens werden thermoplastische Klebstoffe in Form von Schmelzklebstoffen oder Dispersionen mit Hilfe von Walzen, Düsen oder Sprühgeräten auf die zu verklebende Grenzfläche des Trägermaterials oder der Dekor-Deckschicht oder auf beide aufgetragen. Schmelzklebstoffe müssen dabei bei Temperaturen zwischen 150 bis 250 °C aufgetragen werden. Häufig werden die Klebstoffe vor der endgültigen Konfektionierung auf die bahnenförmigen Vorprodukte aufgetragen, so daß sie nach der Konfektionierung und vor dem Fügen der Teile reaktiviert werden müssen. Dabei sind Temperaturen von 150 °C bis über 250 °C notwendig. Bei diesem Klebstoffauftrag auf die Dekorschicht-Materialien kommt es daher häufig zur Verformung, Delaminierung, Verbrennung oder Zerstörung des bahnförmigen Dekormaterials. Bei der anschließenden Reaktivierung der Klebstoffe während des Fügeprozesses sind ebenfalls Oberflächentemperaturen oberhalb von 120 °C erforderlich um einen ausreichenden Klebeverbund der Schichten zu erreichen. Dieser hohe Energieantrag führt häufig zu Spannungen im Verbundmaterial und teilweise zur Zerstörung der Formteile, zumindest an deren Oberfläche. Dies hat dazu geführt, daß diese Funktionsinnenteile häufig in aufwendigen Verfahren hergestellt werden.

So beschreibt die EP 0825066 A2 ein Verfahren zur Herstellung einer Dachversteifung für Fahrzeuge, bei dem ein mehrschichtiges Halbzeug aus zwei äußeren Kraftlinern und einer mittleren Hartschaumschicht hergestellt wird. Dieses wird anschließend mittig gespalten und mit Übermaß auf die Abmessungen der Dachhaut des Fahrzeuges zugeschnitten. Anschließend wird ein einzelner Kraftliner mit Übermaß auf die Abmessung der Dachhaut des Fahrzeuges zugeschnitten. Schließlich werden der Zuschnitt des gespaltenen Halbzeugs und der Zuschnitt des einzelnen Kraftliners mit einer Kraftstoffschicht zwischen der Seite der Hartschaumschicht und dem einzelnen Kraftliner versehen und in einem der Wölbung und der Dachhaut entsprechenden Formwerkzeug auf die endgültige Form umgeformt und verklebt. Als Klebstoff wird hierzu vorgeschlagen, einkomponentige oder zweikomponentige Polyurethanklebstoffe oder reines monomeres Polyisocyanat einzusetzen. Dabei hängt die Preßzeit für das Fügen des Formteils maßgeblich von dem Klebstoffsystem und der Auftragsmenge des Klebstoffes ab. In ähnlicher Weise beschreibt die EP 09997265 A1 die Herstellung eines Dachversteifungs-Formteils, bei dem eine mittlere Schaumschicht in Form einer geschäumten Platte oder eines geschäumten Bandmaterials mit einem Härte-und Klebemittel benetzt oder getränkt wird. Auf die geschäumte Platte oder das geschäumte Bandmaterial soll dann beidseitig eine Deckschicht aufgelegt werden, die eine Affinität zu dem Härte-und Klebemittel aufweist. Anschließend wird der Verbund in einem beheizten Werkzeug, welches die Kontur des Formteils bestimmt, verpreßt. Dabei wird das Härte- und Klebemittel unter dem Einfluß von Wärme ausgehärtet. Beispielhaft für das Klebeverfahren wird das Tränken einer Bahn aus Polyurethan-Weichschaum auf Polyesterbasis mit einem monomeren Diisocyanat als Bindemittel genannt, der getränkte Schaum wird dann durch einen ersten Kalander geführt, dessen Spalt regulierbar ist um dadurch die Menge des Diisocyanates im Schaum zu regulieren, daß überschüssige Diisocyanat fließt in die Auffangwanne zurück und bleibt dem Prozeß erhalten.

Nachfolgend wird das getränkte, geschäumte Bandmaterial mit einem Katalysator benetzt, der aus einem Gemisch aus Wasser und Aminen besteht. Hieran schließt sich die Kalandrierung der oberen und unteren Deckschichten auf das geschäumte Bandmaterial an. Bei diesen Fertigungsverfahren werden jeweils geheizte Form-und Preßwerkzeuge benötigt.

US 6113837 A beschreibt ein Verfahren zur Umformung von schaumförmigen Kunststoffteilen mit Hilfe von bei Raumtemperatur betriebenen Preßwerkzeugen. Hierzu wird vorgeschlagen, einen halbharten thermoformbaren Kunststoffschaum mit Ruß zu pigmentieren und dann das Vorprodukt mit Hilfe von Infrarotstrahlung (IR) auf die Umformtemperatur zu erhitzen und anschließend in das kalte Preßwerkzeug einzulegen und umzuformen. Ein Fügeverfahren für mehrschichtige Funktionsteile wird in dieser Schrift nicht offenbart.

Aus dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, wäßrige einkomponentige Klebstoff- dispersionen auf das Bahnenmaterial aufzutragen. Das Wasser muß bei üblicher Beschichtung von Rolle zu Rolle über eine Ablüftestrecke mit oder ohne Konvektionsöfen geführt werden. Aus den ökonomisch notwendigen Beschichtungsgeschwindigkeiten von mehr als 25 m/min und technisch erforderlichen niedrigen Trocknungstemperaturen zwischen 40 und 60 °C (zur Schonung des temperaturempfindlichen Bahnenmaterials) ergeben sich sehr langen Trockenöfen von mehr als 20 m Trockenstrecke oder der Einsatz riesiger Luftmengen wird zur Trocknung erforderlich, beides ist sehr kostenträchtig.

Aus der WO 01/07228 ist ein Verfahren zum Vulkanisieren eines Materials, insbesondere Kautschuk oder Silikon bekannt, bei dem das Vulkanisieren durch Erwärmen des zu vulkanisierenden Materials bewirkt oder unterstützt wird, wobei zumindest ein Teil der zum Erwärmen des Materials erforderlichen Energie durch elektromagnetische Strahlung von einer Strahlenquelle auf das Material übertragen wird, deren Strahlungsanteile im Wellenbereich des nahen Infrarot liegen. Diese Schrift schlägt vor, dieses Verfahren insbesondere dann einzusetzen, wenn das Material als Profilstrang aus einem Extruder extrudiert wird und anschließend durch eine Fördereinrichtung transportiert wird.

Gemäß der Lehre der WO 00/26011 können zwei Körper entlang einer gemeinsamen Grenzfläche dadurch verbunden werden, in dem zumindest einer der Körper in einem sich entlang der Grenzfläche erstreckenden Grenzflächenbereich erwärmt wird und anschließend die Körper zusammengebracht werden. Dabei soll zumindest einer der Körper an einer von der Grenzfläche abgewandten Seite einen nicht zu erwärmenden Materialbereich insbesondere eine Haftklebstoffschicht aufweisen. Anschließend sollen die Körper zusammengebracht werden und die Erwärmung des Grenzflächenbereiches durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung bewirkt werden, wobei zumindest wesentliche die Erwärmung bewirkende Strahlungsanteile im Wellenbereich des nahen Infrarot liegen sollen.

Angesichts dieses bekannten Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Verbinden von flächigen Formteilen bereitzustellen, das es ermöglicht, auch thermisch empfindliche Substrate miteinander rasch und dauerhaft zu verbinden. Insbesondere soll dieses Verfahren zum Verbinden sich zur Herstellung von Funktionselementen für Fahrzeuginnenräume eignen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist den Patentansprüchen zu entnehmen, sie besteht im Wesentlichen in einem Verfahren zum Verbinden von flächigen Formteilen bei dem eine wäßrige Klebstoffdispersion auf die zu verbindende Grenzfläche mindestens eines der beiden Formteile aufgebracht wird, anschließend wird die Dispersion mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung getrocknet, wobei zumindest wesentliche die Erwärmung bewirkende Strahlungsanteile im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot (nahen IR) liegen sollen. Anschließend kann ggf. das klebstoffbeschichtete Formteil zwischengelagert werden. Vor dem Fügen der Formteile erfolgt dann eine thermische Aktivierung einer oder beider zu verbindenden Grenzflächen der Formteile und anschließend erfolgt das Fügen der Formteile ggf. unter Verpressen.

Alternativ kann die thermische Aktivierung der Grenzflächen bzw. des Klebstoffauftrages nach dem Fügen der Formteile mit Hilfe eines beheizten oder beheizbaren Preßwerk- zeuges erfolgen. Dabei kann gleichzeitig oder anschließend eine thermische Umformung des Formteils erfolgen.

In einer besonderen Ausführungsform wird das Verfahren so gelenkt, daß die Oberflächentemperatur des Formteils während des Trocknungsvorganges der wäßrigen Dispersion 50 bis 90 °C, vorzugsweise 60 bis 70 °C nicht überschreitet.

Unter"Naher IR-Strahlung"im Sinne dieser Erfindung soll dabei eine elektromagnetische Strahlung verstanden sein, die sich unmittelbar an das sichtbare Licht auf der langwelligen Seite anschließt, vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Wellenlängenbereich zwischen 0, 7 um und 1,5 pm."Nahes IR"wird im wissenschaftlichen Schrifttum auch als"Near-Infra-Red"bezeichnet. Es ist bekannt daß in diesem Wellenlängenbereich Infrarot-Strahlung die höchste Energiedichte und sehr vorteilhafte Wirkungseigenschaften aufweist. Insbesondere hat sich gezeigt, daß im Gegensatz zur längerwelligen IR-Strahlung die Nahe IR-Strahlung tiefer in das zu erwärmende Klebstoffvolumen eindringen kann und nicht nur die Oberfläche der Klebstoffschicht erwärmt. Außerdem läßt sich die Nahe IR-Strahlung mit geeigneten Vorrichtungen mit geringem Aufwand sehr gut fokussieren, so daß eine gerichtete Nahe IR-Strahlung mit hohem Energieinhalt zur Verfügung steht, die sehr kurze Aufheizzeiten der zu aktivierenden Klebstoffschicht im Bereich von wenigen Sekunden ermöglicht, ohne dabei ein thermisch empfindliches Substrat zu hoch zu erhitzen. Vorzugsweise weist die Nahe IR-Strahlungsquelle einen Temperaturstrahler auf, der bei Emissionstemperaturen von 2500 K oder höher, vorzugsweise bei 2900 K oder höher zu betreiben ist. Solche Strahlungsquellen sind vorzugsweise Halogenlampen. Typischerweise ist die Nahe IR- Strahlenquelle als längliche Einheit ausgebildet, die bei Trocknung von bahnenförmigen Material die gesamte Bahnenbreite überstreicht. Bei der nachfolgenden thermischen Aktivierung der Klebstoffschicht mit Hilfe von Naher IR-Strahlung vor oder während des Fügens sind die Strahler ebenfalls der Breite der zu fügenden Formteile angepaßt. In beiden Fällen regelt eine Steuereinheit über Sensoren den Energieeintrag und somit die Temperatur der aufzuheizenden Klebstoffschicht.

Um eine dauerhafte Verklebung der Substratteile zu gewährleisten, wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine Klebstoffdispersion verwendet, die wenigstens ein bei Raumtemperatur festes, nur an der Oberfläche desaktiviertes Polyisocyanat sowie wenigstens ein mit Isocyanat reaktives Polymer enthält.

Die Verwendung derartiger wäßriger Dispersionen zur Herstellung von lagerstabilen, latenten reaktiven Schichten oder Pulvern wird in der EP 0922720 A1 offenbart. Ein konkretes Verfahren zur Herstellung von lagerstabilen Beschichtungen wird in dieser Schrift nicht angegeben, in den Beispielen wird lediglich vorgeschlagen, die Dispersion bei Raumtemperatur zu applizieren und das Wasser weitestgehend durch Verdunsten bei Raumtemperatur und/oder durch Einsickern in die Unterlage zu entfernen. Ein derartiges Trocknungsverfahren ist für die Herstellung von Funktionselementen für den Fahrzeugbau nicht wirtschaftlich insbesondere beim Fügen nicht poröser Substrate, die kein Einsickern des Wassers erlauben.

Die Offenbarung der EP 0922720 A1 in Bezug auf die Zusammensetzung und Herstellung von wäßrigen Dispersionen, die wenigstens ein Oberflächen-desaktiviertes Polyisocyanat und wenigstens ein mit Isocyanat reaktives Polymer enthalten, sind ausdrücklich Bestand- teile der vorliegenden Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden der flächigen Formteile wird die wäßrige Klebstoffdispersion dabei zunächst auf mindestens ein Substratteil aufgetragen.

Hierzu können grundsätzlich sämtliche gängigen Auftragsverfahren verwendet werden, beispielhaft erwähnt seien Pinselauftrag, Sprühen, Spritzen, Rakeln, Spachteln, Gießen, Tauchen, Extrudieren, Walzauftrag oder Druckverfahren. Besonders bevorzugt erfolgt der Auftrag der einkomponentigen Klebstoffdispersion mittels Walze oder im Sprühverfahren.

Dabei erfolgt der Klebstoffauftrag vorzugsweise ausschließlich auf das bahnenförmige Material der Dekorschicht. Anschleißend erfolgt die Trocknung durch die nahen IR- Strahler, wobei die Strahler durch geeignete Sensoren und Reglungskreise so gesteuert werden, daß die Klebstoffschicht bzw. die Substratschicht des Bahnenförmigen Dekorformteils Temperaturen zwischen 50 °C und 90 °C, vorzugsweise 60 °C und 70 °C nicht überschreitet.

Da die erfindungsgemäß zu verwendenden Klebstoffe nur eine sehr geringe Feuchtigkeitsempfindlichkeit aufweisen, ist es möglich, das so beschichtete und getrocknete Bahnenmaterial auf Rollen aufzuwickeln und zeitlich und/oder räumlich getrennt für den Fügeprozeß mit dem zweiten Formteil zu reaktivieren. Dadurch kann das Verbinden der flächigen Formteile an einem räumlich getrennten Ort und zeitlich unabhängig von dem Auftrag und Trocknen der Klebstoffschicht auf das Bahnenmaterial erfolgen. Die getrocknete reaktivierbare Klebstoffschicht ist oberflächlich klebfrei, daher können derartig aufgerollte Bahnen für mehrere Wochen zwischengelagert werden.

Das derartig beschichtete Dekormaterial kann also nach Zwischenlagerung oder sofort in einen Kaschierprozess mit dem weiteren Formträgerteil eingebracht werden. Der Klebstoff-Film wird dabei durch geeignete Steuerung der nahen IR-Strahler innerhalb weniger Sekunden auf Temperaturen oberhalb von 100 °C aktiviert werden, ohne das es zu einer Überhitzung des Substrates kommt, so daß das Material schonend kaschiert werden kann. Dabei härtet der so reaktivierte Klebefilm innerhalb weniger Sekunden aus und es wird in der Regel nach wenigen Sekunden (mindestens 5 bis 10 Sekunden) ein fertig kaschiertes Teil mit ausreagiertem Klebstoff erhalten. Dabei werden weder das Trägerformteil noch das Dekormaterial thermisch stark belastet, Taktzeiten für die Fertigung sind trotzdem sehr kurz.

Die thermische Aktivierung der Klebstoffschicht kann dabei Inline direkt beim Zuführen des Bahnenmaterials auf den Substratträger mit Hilfe der nahen IR-Strahlung erfolgen, es ist jedoch auch möglich, das Bahnenmaterial zunächst in geeignete Abschnitte vorzukonfektionieren und dann die Klebstoffschicht und ggf. auch die Trägerformteilschicht in einem Scan-Verfahren mit der nahen-IR-Strahlung zu aktivieren und anschließend die beiden Teilen zu fügen, wobei ggf. eine thermische Umformung zur endgültigen Formgebung des Funktionsteils erfolgen kann.

In einer weiteren Ausführungsform können klebstoffbeschichtete Dekorschichten und Formteile in ihren Abmessungen vorkonfektioniert werden, auf einander gefügt werden und in ein beheiztes Preßwerkzeug eingelegt werden, so daß thermische Aktivierung und ggf. gleichzeitige thermische Umformung in diesem beheizten Preßwerkzeug erfolgen.

Die erfindungsgemäß gefügten Formteile aus den oben genannten Substraten lassen sich vorzugsweise als Türseitenteile, Dachhimmel, Karosseriesäulen, Hutablagen, Armaturenbretter oder Instrumententafeln für den Fahrzeugbau einsetzen.

Zur näheren Erläuterung sollen die nachfolgenden Beispiele dienen, sie haben nur exemplarischen Charakter und decken nicht die Breite des erfindungsgemäßen Klebeverfahrens ab. Aus den gemachten Angaben kann der Fachmann jedoch die gesamte Anwendungsbreite leicht herleiten.

Beispiel 1 : Beschichtung, Trocknung, Kaschierung von Dachhimmeln mit einer 1K-Dispersion unter Einsatz von Naher IR-Strahlung.

Verwendete Materialien : Träger aus PU-Schaum mit TPU-Folie und Baumwollvlies (nach dem Tramiko-Verfahren) Textil. Das Tramiko-Verfahren ist ein Herstellverfahren von Verbundfolien aus Polymerschichten und faserhaltigen Lagen, siehe beispielsweise DE 19931323 A1.

Verfahren : Über eine Walzenbeschichtungsanlage wurde eine 1K-Dispersion enthaltend ein Oberflächen-desaktiviertes Polyisocyanat und ein dispergiertes, mit Isocyanaten reaktives Polymer (Dispersion LH 1127/998, Fa. Henkel Dorus) auf das Textil aufgewalzt und anschließend mittels eines NlR@-Strahlers (Fa. Adphos) innerhalb von 2-3sec getrocknet. Auf den getrockneten Klebefilm wurde der PU-Schaum zugeführt Beide Substrate wurden bei Temperaturen um 100°C leicht verpreßt und versiegelt (Kannegießer-Verfahren) Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in EP0891854 A2, EP0769358 A2 EP0835734 A1 oder EP0829338 A1 beschrieben. Das Laminat wurde aufgerollt und zwischengelagert.

In einem nachfolgenden Prozeß wurde das Laminat abgewickelt, mittels Walze bzw.

Sprühauftrag beschichtet und mittels NlR@-Strahler bei Temperaturen um 60-70°C getrocknet und wieder aufgerollt.

Das beschichtete Laminat wurde in eine Kaschiermaschine eingezogen. Im ersten Schritt wurden von der Rolle Rechteck-Zuschnitte hergestellt. Diese gelangen über einen Spannrahmen in eine Kaschierpresse. Der Tramiko-Träger lag unten im Werkzeug.

Zwischen Träger und dem Textilzuschnitt wurde ein Strahlerfeld eingefahren. Die NIR@- Strahler aktivierten innerhalb weniger Sekunden das Tramiko auf ca. 120°C und das Laminat auf ca. 80°C Oberflächentemperatur. Nach dem Herausfahren der Strahler wurde presskaschiert. Die Zuhaltezeit betrug etwa 5-10sec. Innerhalb dieser Zeit wurde die "Mikrokapsel" (desaktivierte Oberfläche) des festen Isocyanats geschmolzen und der Isocyanatanteil reagierte mit dem Dispersionspolymer zu einer vernetzten Klebstoffschicht. Nach dieser Reaktion wies die Klebeschicht demzufolge Duromercharakter auf und war nicht mehr schmelzbar. Nach insgesamt etwa 24h war die Verklebung vollständig ausreagiert und hatte ihre Endfestigkeit erreicht.