Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Applikationselement zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate, eine darauf aufbauende Applikationsvorrichtung und ein Verfahren zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate mit einem entsprechenden Applikationselement oder einer entsprechenden Applikationsvorrichtung. Offenbart wird überdies die Verwendung des entsprechenden Applikationselements oder der entsprechenden Applikationsvorrichtung zur zerstörungsfreien Kontrolle der korrekten Positionierung von Klebeelementen.

Der Einsatz von Klebeelementen ist heutzutage ein wichtiger Bestandteil vieler moderner Fertigungsverfahren. Entsprechende Klebeelemente werden dabei nicht nur zur Befestigung von Komponenten an einem Substrat verwendet, sondern dienen insbesondere auch dem Verschluss von Öffnungen in einem solchen Substrat. Entsprechende Öffnungen liegen zumeist fertigungsbedingt vor und stellen im späteren Produkt mögliche Schwachstellen dar, durch die beispielsweise Feuchtigkeit oder Verunreinigungen hindurchtreten können. Der Einsatz von geeigneten, zumeist einseitig klebrigen Klebeelementen zum Verschluss entsprechender Öffnungen in Subtraten stellt eine einfache sowie zeit- und kosteneffiziente Lösung dar, diese Öffnungen zu verschließen und ein ungewolltes Eindringen von Verunreinigungen zu unterbinden, wobei im Stand der Technik schon heute zu diesem Zweck regelmäßig Klebeelemente eingesetzt werden, die infolge ihres Herstellungsverfahrens auch als Stanzlinge bezeichnet werden. Grundsätzlich ist es denkbar, die entsprechenden Klebeelemente manuell auf einem Substrat zu platzieren, um damit Löcher zu verschließen. Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung und angesichts eines fortgesetzten Interesses an einer möglichst fehlerunanfälligen und effizienten Verfahrensführung wurden jedoch automatisierbare Applikationsvorrichtungen entwickelt, die der Applikation von Klebeelementen auf ein zu beklebendes Substrat dienen. An entsprechende Applikationsvorrichtungen werden dabei vielfältige Anforderungen gestellt. So müssen entsprechende Applikationsvorrichtungen insbesondere eine zuverlässige und reproduzierbare Applikation von Klebeelementen an die Substrate ermöglichen, wobei wünschenswerterweise ein hoher Durchsatz erreicht werden soll.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Typ von Applikationsvorrichtungen, der eine große industrielle Relevanz besitzt, setzt darauf, dass bereitgestellte Klebeelemente mittels eines Applikationselementes aufgenommen und mit dem Applikationselement an ein zu beklebendes Substrat appliziert werden, was zuweilen auch als „Pick and Place“ bezeichnet wird. Bei den Applikationsvorrichtungen handelt es sich in vielen Fällen um Endeffektoren, die beispielsweise an Roboterarmen angeordnet sind und es dadurch ermöglichen, auch bei großen Substraten wie Fahrzeugkarossen verschiedene Stellen des Substrates an einer Arbeitsstation zu bekleben. Die Bereitstellung der Klebeelemente kann hierbei beispielsweise durch eine separate Spenderanordnung oder durch in den Endeffektor integrierte, ggf. auswechselbare Kassetteneinheiten erfolgen.

In vielen Fertigungsverfahren, insbesondere im Bereich der Fahrzeugfertigung, ist die präzise Überklebung von Ausnehmungen in Substraten ein essenzielles Qualitätskriterium, welches von den eingesetzten Applikationsvorrichtungen gewährleistet werden muss. In der Praxis gibt es jedoch regelmäßig zahlreiche Einflussfaktoren, die dazu beitragen können, dass ein Klebeelement nicht optimal über der zu verschließenden Öffnung appliziert wird. Insbesondere kann es in vielen Fertigungsstraßen vorkommen, dass die zu beklebenden Substrate nicht immer exakt an der gleichen Stelle bereitgestellt werden, so dass der automatisierte Applikationsprozess einen ungewünschten Versatz generiert. Darüber hinaus können Störungen in der Führung und/oder Steuerung des Endeffektors oder Defekte in den applizierten Klebeelementen dazu führen, dass unzureichende Verklebungen erhalten werden.

Um zu verhindern, dass Substrate mit unzureichend verklebten Öffnungen die entsprechende Arbeitsstation verlassen, ist es daher regelmäßig notwendig, einen separaten Prüfungsschritt vorzusehen, mit dem die korrekte Applikation der Klebeelemente überprüft wird. Diese Überprüfung erfolgt im Stand der Technik zumeist durch eine visuelle Prüfung, welche durch die im Verfahren eingesetzten Arbeitskräfte vorgenommen wird.

Dieser zusätzliche Schritt einer Sichtprüfung wird regelmäßig als nachteilig empfunden, da er die Zeit- und Kosteneffizienz des Fertigungsverfahrens nachteilig beeinflusst. Bei der Sichtprüfung durch die im Verfahren eingesetzten Arbeitskräfte ist es mit Blick auf eine ausreichende Qualitätssicherung zudem zumeist notwendig, die eingesetzten Arbeitskräfte umfassend zu schulen, wobei auch geschulte Arbeitskräfte in vielen Fällen Probleme damit haben können, fehlerhafte Verklebungen, die nur geringfügig außerhalb des Toleranzbereiches liegen, zuverlässig zu identifizieren.

Die aus dem Stand der Technik bekannten automatisierten Prüfverfahren, insbesondere optische Prüfverfahren, welche beispielsweise auf den Einsatz von Kameras in Kombination mit einer Bilderkennung setzen, werden in vielen Fällen als zu fehleranfällig angesehen, so dass die notwendige Prozesssicherheit nicht erreicht werden kann. Beispielsweise kann es dazu kommen, dass die Klebeelemente von den eingesetzten Kameras nicht gut genug erfasst werden können. Zudem ist es bei diesen Prüfverfahren zumeist notwendig, dass ein Abgleich von Vorher/Nachher-Bildaufnahmen erfolgen muss, wodurch der Fertigungsprozess in vielen Fällen komplexer und langsamer wird. Darüber hinaus stellen die aus dem Stand der Technik bekannten Prüfverfahren in vielen Fällen hohe Anforderungen an die notwendigen Vorrichtungen beziehungsweise die benötigte Rechenkapazität, wodurch insbesondere der für die Ausrüstung einer Arbeitsstation benötigte Platzbedarf in nachteiliger Weise erhöht wird. Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen oder zumindest zu verringern.

Insbesondere war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Applikationselement zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate sowie eine darauf aufbauende Applikationsvorrichtung anzugeben, mit der eine zuverlässige und präzise Applikation von Klebeelementen möglich ist, wünschenswerterweise mit hoher Fertigungsgeschwindigkeit.

Dabei war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Applikationselement eine zuverlässige, prozesssichere Möglichkeit zur zerstörungsfreien Überprüfung der Positionierungsgenauigkeit von applizierten Klebeelementen auf überklebten Löchern ermöglichen sollte.

Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Applikationselement eine zeit- und kosteneffizientere Verfahrensführung sowie einen möglichst großen Automatisierungsgrad ermöglichen sollte. Dabei war es wünschenswert, dass die Möglichkeit zur Überprüfung der korrekten Positionierung von Klebelementen vorgesehen werden kann, ohne den notwendigen Platzbedarf beziehungsweise die benötigte Rechenleistung zu stark zu erhöhen, wobei bevorzugt keine separaten Sensoreinheiten, wie beispielsweise Kameras, benötigt werden sollten.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr gefunden, dass sich die vorstehenden Aufgaben überraschenderweise lösen lassen, wenn in einem Applikationselement eine Aufnahmeeinheit, beispielsweise ein sogenannter Applikationsstempel, mit integrierter Flächensensorik zur Kraftüberwachung vorgesehen wird, die bei der Applikation der Klebeelemente eine ortsaufgelöste Druckmessung ermöglicht, wie es in den Ansprüchen definiert ist. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, während der Applikation der Klebeelemente das ortsaufgelöste Druckprofil mit einem Soll-Druckprofil abzugleichen, wodurch auf den korrekten Sitz des applizierten Klebeelements geschlossen werden kann. Hierdurch wird eine effiziente und prozesssichere Möglichkeit erhalten, den korrekten Sitz von applizierten Klebeelementen bereits im Applikationsschritt zerstörungsfrei zu verifizieren, so dass vorgegebene Taktzeiten leichter eingehalten werden können.

Die vorstehend genannten Aufgaben werden somit durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.

Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter Applikationsvorrichtungen, Verfahren und Verwendungen ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Applikationselemente.

Die Erfindung betrifft ein Applikationselement zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate, umfassend: a) eine Bewegungseinheit, und b) eine an der Bewegungseinheit angeordnete Aufnahmeeinheit mit einer Aufnahmeoberfläche, wobei die Aufnahmeeinheit dazu eingerichtet ist, mit einem die Aufnahmeoberfläche kontaktierenden Klebeelement eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung auszubilden, wobei die Aufnahmeeinheit eine Drucksensoranordnung mit zumindest zwei Druckmesspunkten umfasst, wobei die Drucksensoranordnung dazu eingerichtet ist, einen im Bereich der Druckmesspunkte wirkenden Druck zu messen, wobei die Drucksensoranordnung so im Applikationselement angeordnet ist, dass der auf die Aufnahmeoberfläche wirkende Druck an zumindest zwei voneinander beabstandeten Punkten der Aufnahmeoberfläche mit der Drucksensoranordnung bestimmt werden kann.

Das erfindungsgemäße Applikationselement dient der Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate, wobei es insbesondere für die Applikation sogenannter Stanzlinge im Bereich der Fahrzeugfertigung geeignet ist. Das erfindungsgemäße Applikationselement kann dabei beispielsweise in verschiedenen Applikationsvorrichtungen als die Einheit vorgesehen werden, welche den finalen Applikationsschritt übernimmt, insbesondere in einem „Pick and Place“ Verfahren, in dem es die bereitgestellten Klebeelemente aufnimmt und am Substrat platziert. Der Fachmann versteht insoweit zwanglos, dass die Klebeelemente, für deren Applikation das erfindungsgemäße Applikationselement vorgesehen ist und in Bezug auf die die Funktionalität definiert werden kann, selbst nicht Teil des erfindungsgemäßen Applikationselementes sind.

Das erfindungsgemäße Applikationselement umfasst eine Aufnahmeeinheit, die der Aufnahme von bereitgestellten Klebeelementen und der anschließenden Applikation dient, sowie eine Bewegungseinheit, die dafür vorgesehen ist, die Aufnahmeeinheit zu bewegen und diese beispielsweise von einer Spenderanordnung für Klebeelemente zu dem beklebenden Substrat zu führen. Mit anderen Worten handelt es sich um ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Bewegungseinheit dazu eingerichtet ist, die Aufnahmeeinheit nach der Aufnahme eines Klebeelementes in eine Applikationsstellung zu bewegen.

Die Bewegungseinheit kann somit beispielsweise ein Roboterarm sein, an dessen Ende die Aufnahmeeinheit angeordnet ist, welche in diesem Fall sozusagen als Endeffektor fungieren würde. Nach Einschätzung der Erfinder sind aber insbesondere solche Bewegungseinheiten relevant, mit denen das erfindungsgemäße Applikationselement effizient in als Endeffektor ausgeführten Applikationsvorrichtungen eigesetzt werden kann, so dass die von der Bewegungseinheit ermöglichte Bewegung räumlich vergleichsweise begrenzt ist und in vielen Fällen vor allem der Überbrückung der letzten Abstände zum Substrat dient. Eine solche Bewegung kann nach Einschätzung der Erfinder vor allem durch eine ggf. rotierbare Kolbenanordnung realisiert werden. Bevorzugt ist deshalb ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Bewegungseinheit eine Kolbenanordnung mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder verfahrbaren Kolben umfasst. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Bewegungseinheit eine Rotationsvorrichtung zur Rotation der Kolbenanordnung, bevorzugt zur dreidimensionalen Rotation umfasst.

Der Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung liegt jedoch insbesondere auf der Aufnahmeeinheit. Grundsätzlich sind für die Aufnahmeeinheit und die Ausgestaltung der Aufnahmefläche verschiedene Ausgestaltungen denkbar. Nach Einschätzung der Erfinder ist es jedoch für viele Anwendungen praktikabel, die Aufnahmeeinheit als Stempel auszuführen. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Aufnahmeeinheit als Stempel ausgebildet ist, wobei der Stempelkörper bevorzugt aus Metall besteht, besonders bevorzugt aus Aluminium oder Stahl.

Das Applikationselement umfasst als Teil der Aufnahmeeinheit eine Aufnahmeoberfläche, welche beispielsweise durch die Unterseite des Stempels gebildet werden kann. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis ist diese Aufnahmeoberfläche der Teil der Aufnahmeeinheit, der für das Kontaktieren der aufzunehmenden Klebeelemente vorgesehen ist, wobei an der Grenzfläche zwischen der Aufnahmeoberfläche und dem Klebeelement die reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen der Aufnahmeeinheit und dem Klebelement ausgebildet wird. Um eine zuverlässige Aufnahme der Klebeelemente sicherzustellen und zudem beim Andrücken an das Substrat einen gleichmäßigen Anpressdruck zu gewährleisten, ist es nach Einschätzung der Erfinder zweckmäßig, die Form der Aufnahmeoberfläche im Wesentlichen komplementär zu der Form der zu applizierenden Klebeelemente auszugestalten, so dass diese beispielsweise nicht oder nur geringfügig an den Seiten über die Aufnahmeoberfläche hinausragen. Angesichts der zumeist im Wesentlichen runden oder vieleckigen Form der eingesetzten Stanzlinge ist für die meisten Fälle ein erfindungsgemäßes Applikationselement bevorzugt, wobei die Aufnahmeoberfläche eine vieleckige oder kreisförmige, bevorzugt eine kreisförmige, Form aufweist.

Zur Ausgestaltung der Funktionalität der Aufnahmeeinheit, dass diese dazu eingerichtet ist, mit einem die Aufnahmeoberfläche kontaktierenden Klebeelement eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung auszubilden, kann der Fachmann auf verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen zurückgreifen. Die reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung kann zumindest in der Theorie beispielsweise durch eine Magnetanordnung vermittelt werden, die beispielsweise mit einer magnetischen Trägerschicht der Klebeelemente wechselwirkt, oder theoretisch auch über Saugnäpfe oder eine Haftklebemasse vermittelt werden. Besonders bevorzugt ist wegen der hohen Zuverlässigkeit, der einfachen konstruktiven Umsetzung und der Langlebigkeit einer solchen Lösung jedoch der Einsatz einer unterdruckbasierten Ansauglösung. Besonders bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Aufnahmeeinheit in der Aufnahmeoberfläche eine Vielzahl von Ansaugausnehmungen umfasst, wobei die Ansaugausnehmungen fluidleitend mit einer Pumpvorrichtung verbunden oder verbindbar sind, wobei die Aufnahmeeinheit dazu eingerichtet ist, eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung mit dem Klebeelement über einen durch die Ansaugausnehmungen wirkenden Unterdrück auszubilden.

Der Fachmann versteht, dass die Einrichtung der Aufnahmeeinheit mit einem die Aufnahmeoberfläche kontaktierenden Klebeelement eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung ausbilden zu können, nicht erfordert, dass die Auflösung der Verbindung durch den Wegfall der verbindenden Kraft erfolgen muss, wie es beispielsweise beim Ausschalten eines Magnetfeldes im Falle einer magnetischen Verbindung oder durch das Abstellen einer Saugfunktion erreichbar wäre. Vielmehr ist es auch möglich und in der Praxis sogar häufig besonders effizient, wenn die reversible und zerstörungsfreie Lösung gegen die wirkenden Kräfte erfolgt, die die Verbindung bedingen. Hierbei kann insbesondere ausgenutzt werden, dass die Adhäsion der Klebeelemente am Substrat in vielen Fällen deutlich größer ist als die die Verbindung mit der Aufnahmeeinheit bedingende Kraft, so dass die Verbindung beispielsweise gegen einen ansaugend wirkenden Unterdrück erfolgen kann, wenn die Aufnahmeeinheit vom Substrat weggeführt wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung mit einer Ansaugfunktion kann beispielsweise durch eine Oberfläche erreicht werden, in der eine Vielzahl von separaten Ansaugausnehmungen beispielsweise als Bohrungen ausgebildet werden. Nach Einschätzung der Erfinder ist es insoweit besonders bevorzugt, die entsprechende Funktionalität durch den Einsatz eines porösen Materials, beispielsweise eines geschlossenporigen Schaumes, zu realisieren, durch den der Ansaugdruck mittels Bohrungen vermittelt wird. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Aufnahmeoberfläche durch eine erste Materiallage gebildet wird, wobei die erste Materiallage bevorzugt einen Schaum, besonders bevorzugt einen geschlossenporigen Schaum, insbesondere einen elastisch verformbaren Schaum, bevorzugt aus einem elastomeren Kunststoff, insbesondere einem Gummiwerkstoff, umfasst.

Durch den Einsatz eines solchen, mit Bohrungen versehenen Schaumes lässt sich in vorteilhafter Weise nicht nur eine sehr gleichmäßige, flächige Ansaugwirkung realisieren, sondern der Einsatz von deformierbaren Schäumen verringert auch die Gefahr, dass die Klebeelemente beim Aufnehmen beschädigt werden. Zudem lassen sich durch einen deformierbaren Schaum leichter Oberflächenunebenheiten auf dem zu verschließenden Substrat ausgleichen. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist insoweit jedoch besonders vorteilhaft, dass es die leichte Deformierbarkeit typischer Schäume ermöglicht, den auf die Aufnahmeoberfläche wirkenden Druck mit der Drucksensoranordnung auch dann effizient zu bestimmen, wenn die Drucksensoranordnung sich nicht bis an die Oberfläche der Aufnahmeoberfläche erstreckt, sondern vollständig unterhalb des elastisch verformbaren Schaums liegt, so dass der Schaum den auf die Aufnahmeoberfläche wirkenden Druck auf die unterliegende Drucksensoranordnung kommunizieren kann.

Der Fachmann versteht im Lichte der vorstehenden Ausführungen betreffend die Kommunikation des Druckes durch die erste Materiallage, dass auch beim Verzicht auf geschäumte Materialien grundsätzlich ein erfindungsgemäßes Applikationselement bevorzugt ist, wobei die Aufnahmeoberfläche durch eine erste Materiallage gebildet wird, wobei die erste Materiallage elastisch verformbar ist und/oder ein elastomeres Material umfasst.

Ein zentraler Bestandteil der erfindungsgemäßen Applikationselemente ist die Drucksensoranordnung. Der Fachmann versteht, dass diese Drucksensoranordnung dem Zweck dient, eine ortsaufgelöste Messung des auf die Aufnahmeoberfläche wirkenden Druckes zu ermöglichen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee kann anhand eines Beispiels verstanden werden. In diesem Beispiel wird ein auf der Aufnahmeoberfläche befindliches rundes Klebelement mit dem Radius n, auf ein Substrat appliziert, um ein rundes Loch mit dem Radius r ₂ zu überkleben, wobei gilt, dass r ₂ < , so dass das Klebeelement bei einer perfekt konzentrischen Überklebung über den gesamten Umfang über das Loch hinausragt. Durch das Verfahren der Bewegungseinheit wird nunmehr ein Applikationsdruck ausgeübt, der in den Randbereichen, an denen das Klebeelement das Substrat kontaktiert, unmittelbar wirkt. Im Bereich der unterliegenden Öffnung wird jedoch ein geringerer Druck auf die Aufnahmeoberfläche wirken. Die Drucksensoranordnung erlaubt es nun, Informationen über die beim Applizieren wirkenden Drücke zu sammeln und diese mit dem gewünschten Soll-Druckprofil abzugleichen, wodurch die korrekte Applikation überprüft werden kann. Unter der Annahme einer beliebig hohen örtlichen Auflösung müsste die Drucksensoranordnung im vorstehend beschriebenen Beispiel bei einer optimalen Applikation beispielweise in der ringförmigen Fläche zwischen und r ₂ einen weitgehend gleichmäßigen höheren Druck und im innenliegenden Kreis mit dem Radius r ₂ einen reduzierten Druck detektieren. Eine Abweichung von diesem optimalen Druckprofil, beispielsweise die Messung von niedrigeren Anpressdrücken in der ringförmigen Fläche, würde eine Abweichung von der gewünschten Positionierung andeuten.

Der Fachmann versteht, dass die vorstehende Annahme einer Druckmessung mit beliebig guter Auflösung in der praktischen Umsetzung durch die verfügbaren Drucksensoranordnungen und deren Anordnung in erfindungsgemäßen Applikationselementen begrenzt wird. Die Zahl der separaten Druckmesspunkte der Drucksensoranordnungen, d.h. Punkte, an denen die Drucksensoranordnungen den Druck bestimmen und gegebenenfalls einen Unterschied im Druck registrieren können, wird in der Praxis regelmäßig nicht beliebig groß sein. Der Fachmann versteht insoweit jedoch, dass eine perfekte ortsaufgelöste Druckmessung über die gesamte Aufnahmeoberfläche in der Praxis ohnehin nicht notwendig und in vielen Fällen mit Blick auf den konstruktiven Aufwand auch gar nicht angestrebt ist. Vielmehr lassen sich nach Einschätzung der Erfinder schon mit einer relativ niedrigen Ortsauflösung, wie sie durch zwei voneinander beanstandete Druckmesspunkte realisierbar ist, grundlegende Informationen erhalten, die beispielsweise für einfache Anwendungsfälle ausreichend sein können. Dies ist wiederum an einem anschaulichen Beispiel zu verstehen, welches an das vorstehende Beispiel anknüpft. Wenn die Drucksensoranordnung zwei Druckmesspunkte umfasst, kann das Applikationselement so ausgelegt werden, dass der erste Druckmesspunkt den Gesamtdruck auf die komplette linke Seite der Aufnahmeoberfläche und der zweite Druckmesspunkt den Gesamtdruck auf die komplette rechte Seite der Aufnahmeoberfläche detektiert, beispielsweise durch den Einsatz einer zweiteiligen Aufnahmeoberfläche, deren Teile jeweils mit einem Druckmesspunkt der Drucksensoranordnung verbunden sind. Im vorstehenden Beispiel wäre eine perfekte Applikation des Klebeelements auf dem Loch daran zu erkennen, dass beide Druckmesspunkte den gleichen Gesamtdruck messen, so dass zumindest ein ausgeprägter Versatz des Klebeelementes in abweichenden Druckmesswerten zu erkennen wäre.

Die Erfinder schlagen jedoch vor, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung umso mehr zum Tragen kommen, je größer die Dichte an Druckmesspunkten gewählt wird, da eine immer genauere Detektion der Druckprofile möglich wird, durch die auch kleine Abweichungen von dem gewünschten Soll-Druckprofil besser registriert werden können. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung drei oder mehr, bevorzugt vier oder mehr, besonders bevorzugt fünf oder mehr, ganz besonders bevorzugt zehn oder mehr, insbesondere bevorzugt fünfzehn oder mehr, Druckmesspunkte umfasst, wobei die Drucksensoranordnung so im Applikationselement angeordnet ist, dass der auf die Aufnahmeoberfläche wirkende Druck an zumindest drei, bevorzugt zumindest vier, besonders bevorzugt zumindest fünf, ganz besonders bevorzugt zumindest zehn, insbesondere bevorzugt zumindest fünfzehn, voneinander beabstandeten Punkten der Aufnahmeoberfläche mit der Drucksensoranordnung bestimmt werden kann. Bevorzugt ist in anderen Worten ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung dazu eingerichtet ist, beim Einwirken eines Druckes auf die Aufnahmeoberfläche ein ortsaufgelöstes Druckprofil zu detektieren, wobei die Auflösung bevorzugt drei oder mehr, besonders bevorzugt vier oder mehr, ganz besonders bevorzugt fünf oder mehr, insbesondere bevorzugt zehn oder mehr, überaus bevorzugt fünfzehn oder mehr, Druckmesspunkte pro Fläche der Aufnahmeoberfläche beträgt.

Der Fachmann versteht, dass für die Auslegung der Drucksensoranordnung eine Vielzahl an Typen von möglichen Drucksensoren in Frage kommt, die als Drucksensorelemente in der Drucksensoranordnung eingesetzt werden können, beispielsweise piezoresistive Drucksensoren oder piezoelektrische Drucksensoren, wobei geeignete Drucksensoren von zahllosen Anbietern kommerziell erhältlich sind. Die Drucksensoranordnung kann beispielsweise eine Vielzahl n von Druckmesspunkten umfassen, die jeweils durch separate Drucksensorelemente gebildet werden, so dass das erfindungsgemäße Applikationselement n separate Drucksensorelemente umfasst. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis sind viele der modernen Drucksensoren, insbesondere sogenannte Foliensensoren oder Dünschichtsensoren, jedoch selbst in der Lage, eine ortsaufgelöste Druckmessung vorzunehmen. Diese Drucksensorelemente umfassen somit selbst mehrere Druckmesspunkte. In einem bevorzugten Beispiel kann die vorstehend beschriebene Drucksensoranordnung mit n Druckmesspunkten lediglich ein Drucksensorelement umfassen, welches als Dünschichtsensor ausgeführt ist und die n Druckmesspunkte umfasst, die der Dünschichtsensor auflösen kann.

Bevorzugt ist im Lichte dieser Ausführungen ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung zumindest ein Drucksensorelement mit zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr, besonders bevorzugt vier oder mehr, Druckmesspunkten, bevorzugt einen Foliensensor und/oder Dünnschichtsensor, umfasst, besonders bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung genau ein Drucksensorelement mit zwei oder mehr Druckmesspunkten, umfasst. Zusätzlich oder alternativ bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr, besonders bevorzugt vier oder mehr, separate Drucksensorelemente umfasst.

Insbesondere durch den Einsatz von Foliensensoren oder Dünnschichtsensoren, die selbst über eine Vielzahl von Druckmesspunkten verfügen und dadurch Druckunterschiede mit einer sehr hohen Auflösung detektieren können, lassen sich in erfindungsgemäßen Applikationselementen besonders bevorzugte Drucksensoranordnungen erhalten, deren minimale unterscheidbare Auflösung der gemessenen Drücke in vielen Fällen um ein Vielfaches kleiner ist als die Abmessungen typischer Klebelemente. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung eine Vielzahl von Druckmesspunkten umfasst, bevorzugt als Teil von Drucksensorelementen mit einer Vielzahl von Druckmesspunkten, und dazu eingerichtet ist, zumindest in einem Abschnitt der Aufnahmeoberfläche, bevorzugt über im Wesentlichen die gesamte Aufnahmeoberfläche, eine Druckmessung zu ermöglichen, wobei der Mindestabstand zwischen zwei unterscheidbaren Druckmesspunkten 1 mm oder weniger, bevorzugt 0,1 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,01 mm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,001 mm oder weniger, insbesondere bevorzugt 0,0001 mm oder weniger, beträgt.

Nach Einschätzung der Erfinder können viele moderne flächige Drucksensorelemente, beispielsweise Foliensensoren oder Dünnschichtsensoren, auf der Aufnahmeoberfläche eine Auflösung der Druckmessung realisieren, die für viele Anwendungen gar nicht benötigt wird. Insofern wird es mit Blick auf die für die Auswertung benötigte Speicher- und Rechenkapazität in vielen Fällen zweckmäßig sein, in der Auswertung nur einzelne Druckmesspunkte der flächigen Sensorelemente auszulesen und/oder mehrere Druckmesspunkte in der Auswertung zusammenzufassen und für die Auswertung als kombinierten oder gemittelten gemeinsamen Druckmesswert anzulegen. Vor diesem Hintergrund stellt sich sowohl beim Einsatz von mehreren separaten Drucksensorelementen als auch von flächigen Drucksensorelementen mit einer Vielzahl von Druckmesspunkten eine vergleichbare Aufgabe, nämlich wie die separaten Drucksensorelemente beziehungsweise die bei flächigen Drucksensorelementen tatsächlich ausgelesenen Druckmesspunkte bzw. Gruppen von Druckmesspunkten, effizient über die Aufnahmeoberfläche verteilt werden können, um mit einem minimalen Bedarf an Drucksensorelementen bzw. Speicher- und Rechenkapazität eine möglichst effiziente Setzkontrolle zu ermöglichen.

Insoweit haben die Erfinder erkannt, dass sich die Verteilung der Druckmesspunkte an dem zu erwartenden Soll-Druckprofil sowie den wahrscheinlichsten Abweichungen orientieren sollte, um diese effizient auflösen zu können. Bevorzugt ist insoweit insbesondere für rotationssymmetrische Klebeelemente ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Druckmesspunkte in der Drucksensoranordnung symmetrisch angeordnet sind, bevorzugt mit einer Cs-Rotationssymmetrie oder höher, besonders bevorzugt mit einer Cß-Rotationssymmetrie oder höher, ganz besonders bevorzugt mit einer C12- Rotationssymmetrie oder höher, insbesondere bevorzugt mit einer C16- Rotationssymmetrie oder höher.

Als ganz besonders bevorzugt erachten es die Erfinder, die Aufnahmeoberfläche über die Drucksensoranordnung in Druckmesssegmente zu unterteilen, für die ein Druckwert bestimmt wird. Diese Unterteilung kann dabei sowohl baulich als auch über das Auswertungsschema erfolgen. Eine bauliche Ausgestaltung könnte beispielsweise die physische Separierung der Aufnahmeoberfläche in zumindest teilweise unabhängig voneinander bewegbare Segmente umfassen, die beispielsweise jeweils einem Drucksensorelement der Drucksensoranordnung beziehungsweise einem Druckmesspunkt zugeordnet sind. Eine Segmentierung über das Auswertungsschema ist für den Fachmann dadurch zu erreichen, dass aus einer Vielzahl von Druckmesspunkten in einem bestimmten Segment der Aufnahmeoberfläche eine Gruppe definiert wird, die gemeinsam ausgewertet wird, wobei die Vielzahl der Druckmesspunkte und/oder die Gruppe der Druckmesspunkte beispielsweise dem gleichen Foliensensor zugeordnet sein können. Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Aufnahmeoberfläche eine Mehrzahl von Druckmesssegmenten umfasst, wobei jedem Druckmesssegment zumindest ein Druckmesspunkt der Drucksensoranordnung zugeordnet ist, wobei die Drucksensoranordnung bevorzugt vier oder mehr, besonders bevorzugt fünf oder mehr, ganz besonders bevorzugt zehn oder mehr, insbesondere bevorzugt fünfzehn oder mehr, Druckmesssegmente umfasst. Druckmesssegmente können dabei prinzipiell jede Form annehmen und beispielsweise als Quadrate oder andere Vielecke ausgebildet werden. Die Form der Druckmesssegmente wird sich in der Praxis wohl vor allem an der Form der Klebeelemente und der Form der Aufnahmeoberfläche orientieren. Bevorzugt ist insbesondere für die Applikation von zumeist runden Stanzlingen ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Druckmesssegmente als Druckmesssegmente, bevorzugt als Kreissegmente, gleicher Größe, ausgeführt sind, wobei die Kreissegmente bevorzugt entlang der radialen Richtung in Teilsegmente unterteilt sind.

Für eine optimale Anpassung der erfindungsgemäßen Applikationselemente an einen der in der Praxis relevantesten Anwendungsfälle, nämlich der Überklebung von zumeist im Wesentlichen kreisförmigen Öffnungen in Substraten, schlagen die Erfinder vor, dass es vorteilhaft ist, einen inneren und einen äußeren Druckmessbereich vorzusehen, wobei die Form und Größe des inneren Druckmessbereiches bevorzugt mit der Form und Größe des zu überklebenden Loches korrelieren sollte, was insbesondere in solchen Anwendungen zu besonders guten Ergebnissen führt, in denen im Wesentlichen gleichförmige Öffnungen überklebt werden sollen. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung einen in radialer Richtung innen liegenden inneren Druckmessbereich und einen den inneren Druckmessbereich umgebenden, in radialer Richtung außen liegenden äußeren Druckmessbereich umfasst, wobei der innere Druckmessbereich und/oder der äußere Druckmessbereich bevorzugt eine Mehrzahl von Druckmesspunkten umfassen, wobei die Druckmesspunkte im inneren Druckmessbereich und/oder im äußeren Druckmessbereich bevorzugt symmetrisch, besonders bevorzugt rotationssymmetrisch, angeordnet sind. Bevorzugt ist entsprechend auch ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Drucksensoranordnung so im Applikationselement angeordnet ist, dass der auf die Aufnahmeoberfläche wirkende Druck in einem in radialer Richtung innen liegenden inneren Druckmessbereich und in einem den inneren Druckmessbereich umgebenden, in radialer Richtung außen liegenden äußeren Druckmessbereich bestimmt werden kann. Eine solche Ausgestaltung lässt sich für die zumeist runden Stanzlinge besonders effizient mit der vorstehend offenbarten Unterteilung der Aufnahmeoberfläche in Kreissegmente realisieren, wobei für jedes Kreissegment jeweils zumindest ein radial innen liegendes Teilsegment im inneren Druckmessbereich und zumindest ein radial außen liegendes Teilsegment im äußeren Druckmessbereich vorgesehen wird.

Der Fachmann versteht, dass die Drucksensoranordnung so im Applikationselement angeordnet ist, dass der auf die Aufnahmeoberfläche wirkende Druck bestimmt werden kann. In einfachen Ausgestaltungen wäre dies beispielsweise dadurch zu realisieren, dass die Drucksensorelemente der Drucksensoranordnung an der Oberfläche der Aufnahmeoberfläche angeordnet werden, beispielsweise indem sie in der ersten Materiallage versenkt werden. Diese Ausgestaltung ist nach Einschätzung der Erfinder jedoch mit Blick auf die Haltbarkeit und den Wartungsaufwand nachteilig, insbesondere hinsichtlich einer leichten Verschmutzung oder Beschädigung der Sensorelemente. Bevorzugt ist deshalb ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei die Aufnahmeoberfläche durch eine erste Materiallage gebildet wird, wobei die Drucksensoranordnung auf der von der Aufnahmeoberfläche abgewandten Seite der ersten Materiallage angeordnet ist.

Diese bevorzugte Anordnung der Drucksensoranordnung ließe sich für starre erste Materiallagen beispielsweise dadurch realisieren, dass sich für die Drucksensoreinheiten, durch welche die Druckmesspunkte ausgebildet werden, jeweils ein Pin oder ein ähnliches bewegliches Element durch die erste Materiallage hindurch erstreckt, so dass ein auf die Aufnahmeoberfläche wirkender Druck durch die erste Materiallage hindurch detektiert werden kann. Alternativ könnte beispielsweise auch die Aufnahmeoberfläche in zwei oder mehr Segmente zerteilt werden, die zumindest teilweise unabhängig voneinander bewegt werden können, so dass jeweils unterliegende Drucksensoreinheiten selektiv beaufschlagt werden können. Als besonders bevorzugt erachten es die Erfinder jedoch, wenn die entsprechende Positionierung der Drucksensoranordnung auf der von der Aufnahmeoberfläche abgewandten Seite der ersten Materiallage mit einer elastisch deformierbaren ersten Materiallage, insbesondere in der Ausgestaltung eines Schaumes, kombiniert wird, wie es vorstehend offenbart ist.

Insbesondere beim Einsatz von Foliensensoren erachten es die Erfinder als vorteilhaft, wenn die Drucksensoranordnung auf einer elastischen Trägerschicht positioniert wird. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Applikationselement, wobei zwischen der Drucksensoranordnung und dem Stempelkörper eine zweite Materiallage angeordnet ist, wobei die zweite Materiallage bevorzugt einen elastomeren Kunststoff, insbesondere einem Gummiwerkstoff, umfasst.

Das erfindungsgemäße Applikationselement kann in vorteilhafter Weise in eine Applikationsvorrichtung eingesetzt werden, wobei hierbei insbesondere eine effiziente Aufrüstbarkeit bestehender Applikationsvorrichtungen erreicht werden kann. Die Erfindung betrifft entsprechend auch eine Applikationsvorrichtung zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate, umfassend: x) ein erfindungsgemäßes Applikationselement, und y) eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung eines Klebeelementes, wobei die Applikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein von der Bereitstellungseinheit bereitgestelltes Klebelement mit dem Applikationselement aufzunehmen und auf ein zu beklebendes Substrat zu applizieren.

Die erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung dient wiederum der Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate, wobei sie insbesondere für die Applikation sogenannter Stanzlinge im Bereich der Fahrzeugfertigung geeignet ist. Die erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung kann dabei auf vielfältige Weise in bestehende Fertigungsstraßen integriert werden, in denen Klebeelemente auf Substrate appliziert werden müssen. Denkbar ist beispielsweise eine weitgehend stationäre Applikationsvorrichtung, bei der beispielsweise lediglich das erfindungsgemäße Applikationselement im Rahmen eines „pick & place“ die aus der Bereitstellungseinheit bereitgestellten Klebeelemente aufnimmt und am Substrat platziert. Nach Einschätzung der Erfinder wird für die weit überwiegende Zahl der Fälle jedoch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung bevorzugt sein, in der diese als sogenannter Endeffektor ausgeführt wird. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis ist ein Endeffektor das ausführende und/oder abschließende Element von automatisierten Bewegungseinheiten, beispielsweise Roboterarmen. In anderen Worten sind Endeffektoren im Bereich der Robotik die letzte Komponenten einer kinematischen Kette, die zumeist dazu eingerichtet sind, eine durch eine externe Steuervorrichtung vorgegebene Ausführungsvorschrift auszuführen, gegebenenfalls gemeinsam mit der automatisierten Bewegungseinheit, an der sie befestigt sind. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung, wobei die Applikationsvorrichtung ein Endeffektor für eine automatisierte Bewegungseinheit, bevorzugt einen Roboterarm, ist. Bevorzugt ist ebenfalls eine erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung, wobei die Applikationsvorrichtung an einer automatisierten Bewegungseinheit, bevorzugt einem Roboterarm, angeordnet ist.

Der Fachmann versteht, dass die erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung eine Vielzahl von automatisierten bzw. automatisierbaren Komponenten umfasst, beispielsweise zur Bewegung des Applikationselementes. Neben der Steuerung dieser Komponenten kann zudem auch die Steuerungs- und/oder die Auslesefunktion der Drucksensoranordnung sowie gegebenenfalls auch die Auswertung durch den Abgleich der gemessenen Druckmesswerte mit den Soll- Druckmesswerten durch eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgen, die in die erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung oder -in der Praxis wohl seltener- in das erfindungsgemäße Applikationselement integriert sein kann. Bevorzugt ist entsprechend eine erfindungsgemäße Applikationsvorrichtung, wobei die Applikationsvorrichtung eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung zur Steuerung der Applikationsvorrichtung umfasst, wobei die elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet ist, beim Applizieren des Klebeelements den auf die Aufnahmeoberfläche wirkenden Druck mit der Drucksensoranordnung zu bestimmen, um ein Druckprofil zu erhalten. Die Erfindung betrifft überdies ein vorstehend im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen Applikationselementen bereits umfassend beschriebenes Verfahren zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate mit einem erfindungsgemäßen Applikationselement oder einer erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung, umfassend die Verfahrensschritte: i) Herstellen oder Bereitstellen eines zu beklebenden Substrates, wobei das zu beklebende Substrat eine zu überklebende Ausnehmung umfasst, ii) Bereitstellen eines Klebeelementes, iii) Aufnehmen des bereitgestellten Klebeelements mit dem Applikationselement unter Ausbildung einer reversibel und zerstörungsfrei lösbaren Verbindung zwischen dem Applikationselement und dem Klebeelement, iv) Applizieren des aufgenommenen Klebeelements an das zu beklebende Substrat, sodass die zu überklebende Ausnehmung zumindest teilweise überklebt wird, und v) Auflösen der Verbindung zwischen dem Applikationselement und dem applizierten Klebeelement, wobei in Verfahrensschritt iv) der beim Applizieren des Klebeelements auf die Aufnahmeoberfläche wirkende Druck zum Erhalt eines Druckprofils an zumindest zwei voneinander beanstandeten Punkten der Aufnahmeoberfläche mit der Drucksensoranordnung bestimmt wird.

Ausgehend von dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das erhaltene Druckprofil auf verschiedenen Arten verwendet werden. Zur Umsetzung einer zerstörungsfreien Setzkontrolle ist es besonders vorteilhaft, wie vorstehend erläutert einen Abgleich mit dem Soll-Druckprofil vorzunehmen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das erhaltene Druckprofil für jedes applizierte Klebeelement mit einem Soll-Druckprofil verglichen wird, wobei bevorzugt die Abweichung vom Soll-Druckprofil dokumentiert wird, besonders bevorzugt in einer elektronischen Speichereinheit, wobei die dokumentierte Abweichung ganz besonders bevorzugt als Information für weitere Verarbeitungsschritte des Substrates bereitgestellt wird.

Die unmittelbare zerstörungsfreien Setzkontrolle ermöglicht es im erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise, umgehend Korrekturmaßnahmen einzuleiten, um zu verhindern, dass ein fehlerhaft beklebtes Substrat aus der Arbeitsstation weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt wird, nach denen eine Korrektur der Verklebung nicht oder zumindest nur noch aufwändig möglich wäre, wobei solche Korrekturmaßnahmen insbesondere die Entfernung des unzureichend applizierten Klebeelementes und die Applikation eines neuen Klebeelementes umfassen können. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei eine oder mehrere Korrekturmaßnahmen ausgelöst werden, wenn die Abweichung des erhaltenen Druckprofils vom Soll- Druckprofil außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt, wobei die Korrekturmaßnahmen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus manuellen Korrekturmaßnahmen zur Korrektur der Position des Klebeelementes und automatisierten Korrekturmaßnahmen zur Korrektur der Position des Klebeelementes.

Die unmittelbare mit der Applikation korrelierte Setzkontrolle ermöglicht es zudem, systematische Abweichungen bei der Applikation von Klebelementen frühzeitig zu detektieren und den Applikationsprozess so anzupassen, dass diese systematischen Fehler kompensiert werden. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Betriebsparameter in Verfahrensschritt iii) und/oder iv) angepasst werden, wenn die bei einer Mehrzahl von nacheinander durchgeführten Applikationsvorgängen detektierten Abweichung des erhaltenen Druckprofils vom Soll-Druckprofil eine systematische Abweichung zeigen.

Auch unabhängig davon, ob zuvor ein Abgleich mit einem Soll-Druckprofil erfolgte, können die detektierten Druckprofile gespeichert und digital für ein beklebtes Substrat gespeichert werden, beispielsweise, um im Rahmen der Qualitätssicherung nachvollziehbar zu machen, ob die Verklebung im Fertigungsprozess korrekt erfolgt ist, so dass ein Abgleich mit einem Soll- Druckprofil beispielsweise erst bei Bedarf erfolgen kann. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das erhaltene Druckprofil für jedes applizierte Klebeelement dokumentiert wird, bevorzugt in einer elektronischen Speichereinheit, wobei das dokumentierte Druckprofil besonders bevorzugt als Information für weitere Verarbeitungsschritte des Substrates bereitgestellt wird.

Auch wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere die Druckmessung während des Applikationsschrittes im Vordergrund steht, haben die Erfinder gefunden, dass sich die vorteilhafte Funktionalität erfindungsgemäßer Applikationselemente erfreulicherweise auch in anderer Weise nutzen lässt. So haben die Erfinder erkannt, dass in der weit überwiegenden Zahl der Fälle auch beim Aufnehmen des bereitgestellten Klebeelements mit dem Applikationselement ein Druck auf die Aufnahmeoberfläche ausgeübt wird, beispielsweise beim Kontaktieren des Klebelementes mit der Aufnahmeeinheit und/oder infolge einer die Verbindung bedingenden Krafteinwirkung, beispielsweise durch einen Ansaugdruck. Dadurch ist es möglich, die Drucksensoranordnung auch dazu zu verwenden, zu detektieren, ob ein Klebeelement korrekt aufgenommen wurde, wobei insbesondere ein unerwünschter Versatz des Klebeelementes relativ zur Aufnahmeoberfläche durch ein ungleichmäßiges Ausgangsdruckprofil registriert werden kann. Bevorzugt ist entsprechend auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei in Verfahrensschritt iii) der beim Aufnehmen des Klebeelements auf die Aufnahmeoberfläche wirkende Druck zum Erhalt eines Ausgangsdruckprofils an zumindest zwei voneinander beanstandeten Punkten der Aufnahmeoberfläche mit der Drucksensoranordnung bestimmt wird, wobei das erhaltene Ausgangsdruckprofil bevorzugt für jedes applizierte Klebeelement mit einem Soll- Ausgangsdruckprofil verglichen wird.

Den Erfindern ist es gelungen, bevorzugte Applikationsdrücke zu identifizieren, die zur Applikation von Klebeelementen in typischen Herstellungsverfahren, insbesondere in der Fahrzeugindustrie, geeignet sind und die beim Einsatz von handelsüblichen Sensorelementen eine besonders effiziente Detektion des Druckprofils ermöglichen, ohne die Lebensdauer der Sensorelemente übermäßig nachteilig zu beeinflussen. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Applizieren des Klebeelements an das zu beklebende Substrat in Verfahrensschritt iv) mit einer Andruckkraft im Bereich von 2 bis 10 N/cm ² , bevorzugt im Bereich von 3 bis 8 N/cm ² , besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 6 N/cm ² , erfolgt.

Für im Wesentlichen alle modernen Anwendungsfälle relevant ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Verfahren zumindest teilweise durch eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung gesteuert wird.

Wegen der großen Relevanz entsprechender Verklebungsschritte in der Fahrzeugfertigung ist ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt, wobei das zu beklebende Substrat ein Fahrzeugbauteil, beispielsweise eine Fahrzeugkarosse ist.

Es kann als Vorteil der erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass diese zur Applikation einer breiten Palette an unterschiedlichen Klebeelementen geeignet sind. Für die überwiegende Zahl der Fälle wird es sich um ein erfindungsgemäßes Verfahren handeln, wobei die Klebeelemente eine Klebeschicht und eine mit der Klebeschicht verbundene Trägerschicht umfassen. Wegen der hohen Praxisrelevanz kommt hierbei insbesondere der Applikation sogenannter Stanzlinge eine besondere Bedeutung zu, wobei es sich um Klebeelemente handelt, die beispielsweise durch Ausstanzen des Klebeelements aus einem größeren Klebeverbund erhalten werden können, wobei der Klebeverbund eine Klebelage und eine auf der Klebelage angeordnete T rägerlage umfasst, aus denen nach dem Stanzvorgang die Klebeschichten bzw. Trägerschichten der Klebeelemente resultieren. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Klebeelemente Stanzlinge sind.

Bei den im erfindungsgemäßen Verfahren mit erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtungen applizierten Klebeelementen wird es sich in der weit überwiegenden Zahl der Fälle um Haftklebeelemente handeln, d. h. um Klebeelemente, welche in Folge einer Klebeschicht aus Haftklebemasse über haftklebrige Eigenschaften verfügen. Entsprechende Haftklebeelemente sind in vorteilhafter Weise ohne einen zusätzlichen Aushärtungsschritt eigenklebrig und können besonders leicht an Substraten appliziert werden. Als ergänzenden Vorteil können Haftklebeelemente nötigenfalls aber auch vergleichsweise einfach wieder entfernt werden, beispielsweise um den Sitz eines nicht korrekt applizierten Haftklebeelementes nachträglich zu korrigieren. Bevorzugt ist deshalb ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Klebeelemente Haftklebeelemente sind. Bevorzugt ist auch eine erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Klebeschicht der Klebelemente eine Haftklebemasse umfasst, wobei die Klebeschicht bevorzugt aus einer Haftklebemasse besteht.

Eine Haftklebemasse ist in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis eine Klebemasse, die über haftklebrige Eigenschaften verfügt, d.h. über die Eigenschaft bereits unter relativ schwachem Andruck eine dauerhafte Verbindung zu einem Haftgrund einzugehen. Entsprechende Haftklebeelemente sind in der Regel schon bei Raumtemperatur permanent eigenklebrig, was bedeutet, dass sie eine gewisse Viskosität und Anfassklebrigkeit aufweisen, sodass sie die Oberfläche eines Untergrunds bereits bei geringem Andruck benetzen. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, wird häufig davon ausgegangen, dass eine Haftklebemasse als extrem hochviskose Flüssigkeit mit einem elastischen Anteil betrachtet werden kann, die demzufolge charakteristische viskoelastische Eigenschaften aufweist, die zu der vorstehend beschriebenen dauerhaften Eigenklebrigkeit und Haftklebefähigkeit führen. Man geht davon aus, dass es bei entsprechenden Haftklebemassen bei mechanischer Deformation sowohl zu viskosen Fließprozessen als auch zum Aufbau elastischer Rückstellkräfte kommt. Der anteilige viskose Fluss dient dabei zur Erzielung von Adhäsion, während die anteiligen elastischen Rückstellkräfte insbesondere zur Erzielung von Kohäsion notwendig sind. Die Zusammenhänge zwischen der Rheologie und der Haftklebrigkeit sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in „Satas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesives Technology“, Third Edition, (1999), Seiten 153 bis 203, beschrieben. Zur Charakterisierung des Maßes an elastischem und viskosem Anteil werden üblicherweise der Speichermodul (G‘) und der Verlustmodul (G“) herangezogen, die mittels dynamisch mechanischer Analyse (DMA), beispielsweise unter Verwendung eines Rheometers, ermittelt werden können, wie es beispielsweise in der WO 2015/189323 offenbart wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Klebemasse vorzugsweise dann als haftklebrig und somit als Haftklebemasse verstanden, wenn bei einer Temperatur von 23 °C im Deformationsfrequenzbereich von 10° bis 10 ¹ rad/sec G‘ und G“ jeweils zumindest zum Teil im Bereich von 10 ³ bis 10 ⁷ Pa liegen.

Es kann als Vorteil der erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass diese hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Klebemasse, welche in der Klebeschicht eingesetzt wird, sehr flexibel sind, sodass im Wesentlichen alle dem Fachmann geläufigen Klebemassen eingesetzt werden können und der Fachmann die Auswahl einer geeigneten Klebemasse im Wesentlichen an den jeweiligen Anwendungsanforderungen ausrichtet.

Neben der Klebeschicht umfassen die Klebeelemente auch eine Trägerschicht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Ausdruck T rägerschicht dabei breit und funktional zu verstehen, sodass auch dünnere Beschichtungen, beispielsweise eine Lackierung mit einer Lackschicht, als Trägerschicht zu verstehen sind. Der Fachmann versteht nämlich, dass die Trägerschicht im Rahmen der Erfindung in den meisten Fällen vor allem die Aufgabe zukommt, die Klebrigkeit der von der Klebeseite abgewandten Seite der Klebeelemente zu reduzieren, bzw. wünschenswerterweise gänzlich aufzuheben. Dies dient insbesondere dem Zweck, dass die Klebeelemente von dem Applikationselement an der nicht klebrigen Trägerschicht effizient aufgenommen werden können, ohne dass es zu einem Verkleben mit dem Applikationselement kommt.

Nach Einschätzung der Erfinder wird in der Praxis entsprechend zweckmäßigerweise zumindest eine temporäre Beschichtung vorliegen, die zumindest zum Zeitpunkt der Applikation die Klebrigkeit im Angriffsbereich des Applikationselementes reduziert. Für die weit überwiegende Zahl der Fälle werden die Klebeelemente jedoch über eine dauerhafte Trägerschicht verfügen, die im Wesentlichen permanent nicht klebrig ist, sodass vorteilhafterweise nach Applikation der Klebeelemente auf dem Substrat dauerhaft eine möglichst geringe klebrige Oberfläche verbleibt. Der Fachmann versteht insoweit, dass, auch wenn es zumindest theoretisch denkbar wäre, beidseitig klebrige Klebeelemente einzusetzen, d. h. Klebeelemente, welche auf beiden Seiten der Trägerschicht über eine Klebeschicht verfügen, eine solche Verfahrensführung mit Blick auf eine saubere Handhabung des Applikationsvorganges deutlich weniger bevorzugt ist. Für die weit überwiegende Zahl der Fälle bevorzugt ist folglich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die von der Klebeschicht abgewandte Seite der Klebeelemente durch die Trägerschicht gebildet wird. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Aufnahmeeinheit dazu eingerichtet ist, mit einem die Aufnahmeoberfläche über die Trägerschicht kontaktierenden Klebeelement eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung auszubilden.

Es kann als Vorteil der erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung und erfindungsgemäßer Verfahren gesehen werden, dass die Trägerschicht aus typischen Materialien hergestellt werden kann, die im Bereich der Klebtechnik für entsprechende Trägerschichten zum Einsatz kommen. Beispielhaft ist insoweit eine erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Trägerschicht ein oder mehrere Materialien umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, cyclische Olefin Copolymeren, Polyvinylchlorid, Polyester, Ethylenvinylalkohol, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polyacrylnitril, Polycarbonat, Polyamid, Polyethersulfon und Polyimid, bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen und Polyethylenterephthalat, wobei die T ägerschicht bevorzugt aus diesen Materialien besteht.

Offenbart wird abschließend auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Applikationselements oder einer erfindungsgemäßen Applikationsvorrichtung, bei der Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate zur zerstörungsfreien Kontrolle der korrekten Positionierung des Klebeelements.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Applikationselementes in einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Aufnahmeeinheit eines erfindungsgemäßen Applikationselementes in einer bevorzugten Ausführungsform; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Drucksensoranordnung eines erfindungsgemäßen Applikationselementes in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Applikationselementes mit Visualisierung beispielhafter Druckprofile im Applikationsprozess.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Applikationselement 10 zur Applikation von Klebeelementen auf zu beklebende Substrate mit einer Bewegungseinheit 1 und einer Aufnahmeeinheit 14 in einer bevorzugten Ausführungsform. Die Bewegungseinheit 12 ist im gezeigten Beispiel als rotierbare Kolbenanordnung ausgebildet, wobei die Aufnahmeeinheit 14 an einem aus der Kolbenanordnung herausragenden Ende eines in der Kolbenanordnung beweglichen Kolbens befestigt ist.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer Aufnahmeeinheit 14 eines erfindungsgemäßen Applikationselements 10. Die gezeigte bevorzugte Aufnahmeeinheit 14 ist als runder Stempel ausgebildet und umfasst entsprechend einen Stempelkörper 26 sowie daran lagenartig angeordnet eine zweite Materiallage 28 aus einem Elastomer, eine Drucksensoranordnung 18 und eine erste Materiallage 24 aus einem mit Bohrungen versehenem geschlossenporigen Schaum, welche die Aufnahmeoberfläche 16 ausbildet.

Im Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren kann die in der Fig. 2 gezeigte Aufnahmeeinheit 14 ein bereitgestelltes Klebeelement, beispielsweise einen haftklebrigen Stanzling, aufnehmen, wenn es durch die Bewegungseinheit 1 des Applikationselementes 10 über die Aufnahmeoberfläche 16 mit der Trägerschicht des Klebeelements kontaktiert wird. Im gezeigten Beispiel kann eine reversibel und zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen der Aufnahmeoberfläche 16 und dem Klebeelement durch einen Unterdrück hergestellt werden, welcher über eine Pumpvorrichtung (nicht gezeigt) erzeugt und durch den offenporigen Schaum der ersten Materiallage 24 an der Aufnahmeoberfläche 16 wirkt, so dass das Klebeelement durch den angelegten Unterdrück fixiert wird. Nach der Aufnahme liegt die Klebeschicht des Klebeelements offen und ist für die Applikation vorbereitet. Durch eine anschließende Rotation der Bewegungseinheit 1 kann die Aufnahmeeinheit 14 in eine Applikationsstellung gebracht werden, bevor der Kolben ausgefahren wird, um das Klebeelement auf ein Substrat, beispielsweise eine Fahrzeugkarosse, mit einer zu überklebenden Ausnehmung zu applizieren, beispielsweise mit einer Andruckkraft im Bereich von 4 bis 6 N/cm ² . Die Auflösung der reversibel und zerstörungsfrei lösbaren Verbindung zwischen dem Klebeelement und der Aufnahmeeinheit 14 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Ansaugdruck kleiner ist als die Adhäsion des Klebeelementes am Substrat, so dass die Verbindung zur Aufnahmeeinheit 14 beispielsweise durch ein Bewegen der Applikationseinheit gelöst werden kann.

Fig. 3a) und 3b) zeigen eine Draufsicht auf die Aufnahmeeinheit, wobei die unterhalb der Aufnahmeoberfläche 16 angeordnete Drucksensoranordnung 18 visualisiert ist. Diese wird im gezeigten Beispiel durch einen flächig angeordneten Foliensensor ausgebildet und umfasst sechzehn symmetrisch angeordnete Druckmesspunkte 20.

Wie in Fig. 3b) dargestellt, sind die Druckmesspunkte 20 der Drucksensoranordnung 18 jeweils einem Druckmesssegment 22a, 22b der Aufnahmeoberfläche 16 zugeordnet, von denen in Fig. 3b) aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur ein äußeres Druckmesssegment 22a und ein inneres Druckmesssegment 22b hervorgehoben sind. Hieraus folgt, dass die Aufnahmeeinheit 14 an der Aufnahmeoberfläche 16 insgesamt sechzehn Druckmesssegmente 22a-b aufweist. Diese Druckmesssegmente 22a-b werden dabei in ihren Abmessungen durch acht gleichgroße Kreismesssegmente vorgegeben, die jeweils in ein radial innen liegendes Teilsegment als inneres Druckmesssegment 22b und ein radial außen liegendes Teilsegment als äußeres Druckmesssegment 22a unterteilt sind, sodass sich aus acht innenliegenden Teilsegmenten ein innerer Druckmessbereich ergibt, der von einem äußeren Druckmessbereich umgeben ist, der wiederum von acht außen liegenden Teilsegmenten gebildet wird, wobei jedem Teilsegment ein Druckmesspunkt 20 zugeordnet ist.

Bei der Applikation des Klebeelements im erfindungsgemäßen Verfahren wird der auf die Aufnahmeoberfläche 16 wirkende Druck im Bereich der Druckmesssegmente 22a-b mit der Drucksensoranordnung 18 über die Druckmesspunkte 20 bestimmt, sodass ein ortsaufgelöstes Druckprofil erhalten wird. Das erhaltene Druckprofil visualisiert den gemessenen Druck innerhalb der Druckmesssegmente 22a-b und kann mit einem Soll-Druckprofil verglichen werden, wie es in den Fig. 4a) und 4b) in unterschiedlichen Darstellungen visualisiert wird.

Fig. 4a) visualisiert ein Druckprofil im Falle einer optimalen Applikation eines runden Stanzlings auf eine kreisförmige Ausnehmung, wobei die zu beklebende Ausnehmung des Substrates als gestrichelte kreisförmige Linie dargestellt ist. In Fig. 4a) liegt die kreisförmige Ausnehmung optimal über dem inneren Druckmessbereich, sodass die acht inneren Druckmesssegmente 22b einen niedrigen Druckwiderstand detektieren, was durch eine Schraffur angedeutet wird, wohingegen die acht äußeren Druckmesssegmente 22a einen höheren Druckwiderstand registrieren. Das resultierende Druckprofil entspricht dabei exakt dem Soll-Druckprofil. Die Differenzdarstellung zwischen dem resultierende Druckprofil und dem Soll-Druckprofil würde entsprechend keine Abweichungen zeigen.

Im Gegensatz zu der Druck-Darstellung der Fig 4a) visualisiert Fig. 4b) eine solche Differenzdarstellung, d.h. das Ergebnis eines Abgleiches zwischen dem erhaltenen Druckprofil und dem Soll-Druckprofil, für einen Applikationsvorgang, bei dem das Klebeelement nicht zentral über der kreisförmigen Ausnehmung platziert wurde. Eine Schraffierung sagt hierbei aus, dass das erhaltenen Druckprofil unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Toleranz von der Sollvorgabe abweicht. In der Differenzdarstellung der Fig 4b) ergeben sich sechs Druckmesssegmente 22a-b, in denen das erhaltene Druckprofil besonders stark von dem Soll-Druckprofil abweicht, so dass zuvor festgelegte Toleranzen überschritten werden. Die drei gekennzeichneten inneren Druckmesssegmente 22b im inneren Druckmessbereich detektieren einen zu großen Druckwiderstand, während die drei gekennzeichneten äußeren Druckmesssegmente 22a im äußeren Druckmessbereich einen zu geringen Druckwiderstand registrieren. Wenn in einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Abweichung vom Soll- Druckprofil gemäß Fig. 4b) detektiert wird, wäre es in den meisten Fällen angezeigt, Korrekturmaßnahmen einzuleiten, um beispielsweise eine manuelle Korrektur der Position des Klebeelementes auf der Ausnehmung zu bewirken.

Bezugszeichenliste

10 Applikationselement 12 Bewegungseinheit

14 Aufnahmeeinheit

16 Aufnahmeoberfläche

18 Drucksensoranordnung

20 Druckmesspunkt 22a-b Druckmesssegment

24 erste Materiallage

26 Stempelkörper

28 zweite Materiallage