CZ310017B6 - Zařízení pro tepelné spojování plastů - Google Patents

Abstract

Zařízení pro tepelné spojování plastů obsahující nosné pouzdro (4), ke kterému je rozebíratelně připevněno nýtovací těleso (1) tvořené návlekem (103), v němž je pevně uchyceno jádro (101) obsahující topnou patronu (102) přesahující přes dolní čelo návleku (103) a upravenou pro připevnění tvarovaného nýtovacího nástroje (2), přičemž v horní části je návlek (103) upraven pro zajištění průchodu kabelových vývodů topné patrony (102) a jejího integrovaného termočlánku a umožnění přítoku a odtoku kapalného chladicího média, kde vnitřní prostor návleku (103) tělesa (1) je v horní části opatřen nákružkem (106), k jehož čelu jsou z vnější strany v axiálním směru rozebíratelně připevněny trubičky (3) pro přívod a odvod kapalného chladicího média, přičemž jsou jednak konce trubiček (3) upraveny pro napojení hadiček (32) vyvedených do zdroje tlakového kapalného média, jednak je topná patrona (102) po celé své délce opatřena sadou separačních žeber (104) a jednak je nosné pouzdro (4) upraveno pro rozebíratelné upevnění k rámu (6) nýtovací jednotky.

Description

Zařízení pro tepelné spojování plastů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro tepelné spojování plastů za pomoci tvarovaného nýtovacího nástroje vyhřívaného elektrickou energií a chlazeného novou technologií pomocí kapalného média.

Dosavadní stav techniky

Doposud se pro spojování dílů z plastů, zejména v automobilovém průmyslu, používají nýtová spojení využívající tepelné energie. U těchto druhů spojů má jeden z dílů na sobě vylisován plastový výčnělek ve tvaru válce nebo komolého kužele a druhý zase otvory, kterými se tento výčnělek prostrčí. Při samotném procesu dochází za využití tepelné energie z nýtovacích nástrojů k deformaci plastových výčnělků a k vytvarování budoucího nýtu za pomoci tvarových čepiček. Tím dojde k trvalému spojení obou dílů. Vlastní spojení se vytváří tak, že nýt nebo sada nýtů se za využití tepelné energie nýtovacími nástroji plasticky deformují a následně ochladí, přičemž se vytvarují hlavy nýtů, čímž jsou oba plastové díly nebo i více dílů vzájemně spojeny.

Jsou známa zařízení využívající nejrůznější způsoby využití tepelné energie např. odporové nýtování, nýtování pomocí ultrazvuku (popsaná například ve spisech US 5196079 A, US 11155042 B2), nýtování pomocí horkého vzduchu (GB 2367263 A, US 5423938 A), nýtovaní třením, laserové nýtování (EP 1036644 A1) nebo nýtování pomocí UV lampy (US 6099291 A). Společným klíčem ke zvládnutí technologie nýtování je technologie chlazení roztaveného plastu. Je kladen důraz na to, aby samotné chlazení proběhlo co nejrychleji. U takového prudkého chlazení dojde k samovolnému odtržení nýtu od nýtovací čepičky. Nedochází tedy k nežádoucímu přilepování lázně na povrch čepičky, případně k jejímu znečištění. Samotný proces chlazení je u všech známých zařízení doposud realizován pomocí vzduchu nebo jiného plynného média. Nutný čas pro chlazení tak tvoří významnou část celkového cyklu (až 50 % času). V automobilovém průmyslu, kde je kladen důraz na každou vteřinu výrobního cyklu, je doba chlazení velmi důležitý aspekt. Z časové náročnosti této technologie je pro každý nýt využívána samostatná jednotka. Ty pak všechny nýtují současně. Jinak by proces trval velice dlouho.

Je požadováno, aby nýtovací zařízení bylo vzhledem k velké kumulaci nýtů a jejích vzájemné blízkosti velice malé. Původní nýtovací zařízení měla vedení chlazení bokem na plášti (viz např. GB 2562222 A), což zabíralo mnoho místa a některé nýty musely být pak realizovány ve více krocích. Navíc docházelo k nerovnoměrnému chlazení lázně. Následný vývoj těchto zařízení již vedl chlazení vnitřkem nástroje a jejich rozměry se tak zmenšily. Další vývoj pracoval již s meandrovými kanálky a dalšími speciálními tvary, které dokázaly přivést větší množství vzduchu do lázně a rovnoměrněji chladit. Na tomto poli bylo dosaženo za použití chlazení vzduchem již téměř maximálního chladicího účinku. Je známo zařízení popsané ve spise CZ 309312 B6, kde je chlazení realizováno pomocí vzduchu, kde topný element mechanicky ukotvený na nosné trubce je umístěný v nalisovaném tvarovaném návleku opatřeném pro zvýšení účinku obtékaného vzduchu alespoň jedním svislým kanálkem, přičemž nosná trubka je upravena pro umožnění přívodu chladicího vzduchu, a to tak, že ve střední části je opatřena dvěma drážkami s těsnicími elementy, mezi nimiž je v nosné trubce vytvořen průchozí otvor, přes který je převlečen rotační přívod chladicího vzduchu do vnitřního prostoru nosné trubky. Rotační přívod je opatřen přívodní hadičkou a na nosné trubce je zajištěn v axiálním směru pojistnými kroužky. Pro výrazné zlepšení chladicího účinku jsou s výhodou svislé kanálky tvarovaného návleku topného elementu opatřeny střídavě uspořádanými žebry nebo mají tvar meandrů anebo má kanálek tvar šroubovice.

- 1 CZ 310017 B6

Snahou nového zařízení pro spojování plastů je představit technické řešení, které by svou konstrukcí výrazně zmenšilo zástavbový prostor, a přitom zrychlilo dobu chlazení nýtovacího nástroje, což má značný vliv na zkrácení celkového výrobního cyklu zařízení pro spojování plastových dílů.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je zařízení pro tepelné spojování plastů obsahující nosné pouzdro, ke kterému je rozebíratelně připevněno nýtovací těleso tvořené návlekem, v němž je pevně uchyceno jádro obsahující topnou patronu přesahující přes dolní čelo nosného návleku a upravenou pro připevnění tvarovaného nýtovacího nástroje, přičemž v horní části je návlek upraven pro zajištění průchodu kabelových vývodů topné patrony a jejího integrovaného termočlánku a umožnění přítoku a odtoku kapalného chladicího média, kde podstatou vynálezu je, že vnitřní prostor návleku tělesa je v horní části opatřen nákružkem, k jehož čelu jsou z vnější strany v axiálním směru rozebíratelně připevněny trubičky pro přívod a odvod kapalného chladicího média, přičemž jsou jednak konce trubiček upraveny pro napojení hadiček vyvedených do zdroje tlakového kapalného média, jednak je topná patrona po celé své délce opatřena sadou separačních žeber a jednak je nosné pouzdro upraveno pro rozebíratelné upevnění k rámu nýtovací jednotky.

Ve výhodném provedení zařízení jsou trubičky na svých koncích opatřeny přípojkami pro uchycení hadiček, přičemž jsou vyrobeny z nerezové oceli, díly tělesa, a to jádro, nosný návlek i topná patrona, jsou vyrobeny z vysoce teplovodivého materiálu, zejména z mědi, hliníku nebo jejich slitin a čelo nákružku je opatřeno sadou průchozích otvorů.

Vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku oproti známým řešením v tom, že v podstatě úpravou systému chlazení nýtovacího nástroje pomocí kapalného média, s výhodou vody, je zajištěno dynamické, téměř okamžité, ochlazení celého nýtovacího zařízení, nýtovacího nástroje i roztavené plastové lázně, čímž se značně zrychluje celý výrobní proces spojování plastů. Úpravou a umístěním přívodu a odvodu chladicího kapalného média do stísněného prostoru v axiálním směru se zmenšují celkové rozměry zařízení, což umožňuje vytvořit sestavu zařízení na výrobní lince umístěných velmi blízko sebe. Dalším významným účinkem nového vynálezu je skutečnost, že díky teplotnímu šoku při extrémně rychlém ochlazení dojde ke smrštění roztavené plastové lázně a velice rychlému zformování tvaru nýtu, který se odrazí od stěn nýtovacího nástroje. To řeší jeden z největších problémů nýtování obecně, a to sice přilnavost roztavené plastové hmoty na stěny nýtovacích nástrojů, které se tímto zanáší a následně znemožní odtrhnutí nástroje úplně. Tím se odstraňuje nutnost používání experimentální povrchové úpravy nýtovacích nástrojů, která zamezuje přilnavosti materiálu na jeho stěny.

Objasnění výkresů

Konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, ve kterých představuje:

obr. 1 axiální řez celým nýtovacím zařízením;

obr. 2 detail spodní části nýtovacího nástroje a dvou spojovaných platových dílů;

obr. 3 celkový boční pohled na nýtovací těleso s upevněnými trubičkami pro přívod a odvod chladicího média;

obr. 4a a 4b axonometrické pohledy na topnou patronu šikmo shora a šikmo zdola;

- 2 CZ 310017 B6 obr. 5 alternativní příklad provedení nýtovacího tělesa; a obr. 6 axonometrický pohled na celkové příkladné provedení celkové nýtovací jednotky.

Výkresy, které znázorňují představovaný vynález a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení pro tepelné spojování plastů je tvořeno nýtovacím tělesem 1, které sestává z dutého jádra 101, které je pevně uchyceno, s výhodou navařeno, v nosném návleku 103. Ve vnitřním prostoru jádra 101 je umístěna topná patrona 102, která svojí spodní částí přesahuje přes dolní čelo nosného návleku 103, přičemž je upravena, například opatřena spodním vnějším závitem 105, pro rozebíratelné připevnění tvarovaného nýtovacího nástroje 2. Dále je topná patrona 102 za účelem regulace průtoku chladicího média po celé své délce opatřena sadou separačních žeber 104. V horní části je návlek 103 opatřen nákružkem 106, který je upraven jednak pro umožnění připevnění k nosnému pouzdru 4 a jednak pro zajištění přítoku a odtoku kapalného chladicího média, a průchod kabelových vývodů topné patrony 102 a jejího integrovaného (neznázorněného) termočlánku, například je vybaven sadou průchozích otvorů 107. K čelu nákružku 106 jsou v axiálním směru rozebíratelně připevněny, například přišroubovány, trubičky 3, s výhodou nerezové, pro přívod a odvod chladicího média, jejichž koncové části jsou opatřeny přípojkami 31 pro uchycení hadiček 32 spojujících nýtovací zařízení s neznázorněným tlakovým zdrojem chladicího média. Všechny díly, tedy jádro 101, nosný návlek 103 i topná patrona 102, jsou vyrobeny z vysoce teplovodivého materiálu, zejména z mědi, hliníku nebo jejich slitin, zajišťujícího rychlou distribuci tepla.

Nedílnou součástí nýtovacího zařízení je duté nosné pouzdro 4, vyrobené s výhodou z nerezové oceli, které je rozebíratelně připevněno, například přišroubováno k nákružku 106 pomocí jeho horního vnějšího závitu 108 a slouží jednak jako kryt trubiček 3 a jednak k připevnění zařízení k výrobní jednotce. Příklad možného uspořádání celé nýtovací sestavy je znázorněn na obr. 6, kde pouzdro 4 je upevněno pomocí aretační matice 5 k rámu 6, na kterém je bočně uchycena svorkovnice 7 a na jeho horním rameni je axiálně posuvně ustaven pneumatický válec 8 sloužící k realizaci pracovního pohybu nýtovacího tělesa 1.

Při zahájení procesu nýtování dochází k nahřívání topné patrony 102, od které se teplo šíří do celého nýtovacího tělesa 1 a dále na výměnný nýtovací nástroj 2. Po nahřátí na stanovenou pracovní teplotu se spustí pohyb nýtovacího zařízení, při němž se tlakem nýtovacího nástroje 2 spojí plastové díly a v tomto okamžiku je chladicí kapalné médium přivedeno pod tlakem přes přívodní hadičku 32 a trubičku 3 do nýtovacího tělesa 1, kde proudí kanálky mezi návlekem 103 a jádrem 101, přičemž správný průtok kapalného média je regulován separačními žebry 104. Tímto způsobem dochází k dynamickému, téměř okamžitému, ochlazení celého nýtovacího tělesa 1 a nýtovacího nástroje 2, a tím i roztavené plastové lázně. Chladicí kapalina je po průchodu nýtovacím tělesem 1 odvedena přes trubičku 3 a hadičku 32 do neznázorněné zásobní nádrže a je možno ji po zchlazení znovu použít v dalším cyklu. Po zchlazení dojde k profouknutí celého zařízení vzduchem, když do stejného okruhu se jednoduše přivede pod tlakem vzduch a zbylá kapalina je vytlačena stejnou cestou jako při klasickém chlazení.

Celkovou koncepci uspořádání zařízení lze měnit podle požadavku na maximální velikost zástavbového prostoru a umístění ve výrobní lince, když další možný příklad provedení kompaktního nýtovacího tělesa 1 je znázorněn na obr. 5 představujícím řešení s kanálky pro regulaci průtoku chladicího média ve tvaru šroubovice a trubičkami 3 vyvedenými do společného přechodového dílu upraveného pro napojení hadiček 32. Separační žebra 104 tedy nemusí být rovná, jak je znázorněno na obr. 4a) a 4b), ale mohou být různě tvarovaná. Rovněž doplnění

- 3 CZ 310017 B6 nýtovacího tělesa 1 dalšími komponenty, jako jsou držák 6 nebo pneumatický válec 8 nemusí být identické s vyobrazením na obr. 6, ale tyto členy je možno vytvářet podle druhu a velikosti výrobní linky, do níž bude zařízení zabudováno.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro tepelné spojování plastů je určeno pro využití v různých průmyslových oborech, zejména pro zabudování do automatizovaných výrobních linek využívaných v automobilovém 10 průmyslu, ale i v jiných výrobních procesech zajišťujících velkosériovou výrobu tvarovaných plastových dílů.

Claims (4)

1. Zařízení pro tepelné spojování plastů, obsahující nosné pouzdro (4), ke kterému je rozebíratelně připevněno nýtovací těleso (1) tvořené návlekem (103), v němž je pevně uchyceno jádro (101) obsahující topnou patronu (102) přesahující přes dolní čelo návleku (103) a upravenou pro připevnění tvarovaného nýtovacího nástroje (2), přičemž v horní části je návlek (103) upraven pro zajištění průchodu kabelových vývodů topné patrony (102) a jejího integrovaného termočlánku a umožnění přítoku a odtoku kapalného chladicího média, vyznačující se tím, že vnitřní prostor návleku (103) tělesa (1) je v horní části opatřen nákružkem (106), k jehož čelu jsou z vnější strany v axiálním směru rozebíratelně připevněny trubičky (3) pro přívod a odvod kapalného chladicího média, přičemž jsou jednak konce trubiček (3) upraveny pro napojení hadiček (32) vyvedených do zdroje tlakového kapalného média, jednak je topná patrona (102) po celé své délce opatřena sadou separačních žeber (104), a jednak je nosné pouzdro (4) upraveno pro rozebíratelné upevnění k rámu (6) nýtovací jednotky.

2. Zařízení pro tepelné spojování plastů podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubičky (3) jsou na svých koncích opatřeny přípojkami (31) pro uchycení hadiček (32), přičemž jsou vyrobeny z nerezové oceli.

3. Zařízení pro tepelné spojování plastů podle nároku 1, vyznačující se tím, že díly tělesa (1), a to jádro (101), nosný návlek (103) i topná patrona (102), jsou vyrobeny z vysoce teplovodivého materiálu, zejména z mědi, hliníku nebo jejich slitin.

4. Zařízení pro tepelné spojování plastů podle nároku 1, vyznačující se tím, že čelo nákružku (106) je opatřeno sadou průchozích otvorů (107).