DE102013000018A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Gegenständen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Verbinden von Gegenständen mittels wenigstens eines plastifizierbaren Verbindungselements (13), wobei das Verbindungselement (13) zunächst erhitzt und dann mittels eines Formstempels (11) verformt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie zum Erhitzen des Verbindungselements (13) in einem Zuluftstrom (17) gleichmäßig dem Verbindungselement (13) zugeführt wird, wobei der Zuluftstrom (17) in einem geschlossenen System ausschließlich dem Verbindungselement (13) zugeführt wird, derart, dass im wesentlichen nur das Verbindungselement (13) erhitzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Gegenständen mittels wenigstens eines plastifizierbaren Verbindungselements, wobei das Verbindungselement zunächst erhitzt und dann mittels eines Formstempels verformt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
  • Aus der Praxis ist ein derartiges Verfahren beispielsweise vom thermischen Nieten von Kunststoffen bekannt. Dabei wird Heißluft verwendet, um Kunststoff zu erwärmen und verformbar zu machen, sodass ein Formstempel das Verbindungselement zur Verbindung der Kunststoffe verformen kann.
  • Ein Nachteil bekannter Verfahren und Vorrichtungen zum thermischen Nieten von Kunststoffen ist jedoch, dass es durch die Beaufschlagung des Kunststoffs mit Heißluft zu einer Beeinträchtigung des Kunststoffs kommen kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde Verfahren und Vorrichtungen der Eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, insbesondere unter Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein erfindungsgemäßes Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Es ist demnach vorgesehen, dass die thermische Energie zum Erhitzen des Verbindungselements in einem Zuluftstrom gleichmäßig dem Verbindungselement zugeführt wird, wobei der Zuluftstrom in einem geschlossenen System ausschließlich dem Verbindungselement zugeführt wird, derart, dass im Wesentlichen nur das Verbindungselement erhitzt wird.
  • Durch die gleichmäßige Zuführung der thermischen Energie zum Verbindungselement wird die gesamte Fläche desselben homogen erwärmt, wodurch die Aufheizzeit und die Dauer des Verbindungsvorgangs verkürzt wird.
  • Weiterhin wird durch die Zuführung der thermischen Energie in einem geschlossenen System verhindert, dass außer dem Verbindungselement weitere umliegende Bereiche der zu verbindenden Gegenstände durch die im Zuluftstrom geführte thermische Energie beeinträchtigt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die nach dem Erhitzen des Verbindungselements verbleibende thermische Energie in einem Abluftstrom vom Verbindungselement abgeführt wird.
  • Diese Maßnahme trägt ebenso dazu bei, dass der Beeinträchtigung von Bauteilbereichen, die das Verbindungselement umgeben entgegengewirkt wird.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Zuluftstrom und Ablaufstrom in voneinander getrennten Systemen geführt werden. Denkbar sind beispielsweise getrennte Kanäle, die innerhalb der Vorrichtung zum Verbindungselement und von diesem weg führen.
  • Eine weitere Besonderheit besteht in der Nutzung der im Abluftstrom enthaltenen thermischen Energie. Diese wird über eine Wärmetauscheinrichtung dem Zuluftstrom zugeführt.
  • Diese Lösung hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Verfahrens verbessert wird und zudem die Aufheizzeit des Systems sich verringert. Weiterhin hat diese Lösung außerdem den Vorteil, dass die Systeme zur Erzeugung der thermischen Energie entlastet werden, wodurch sich insgesamt deren Lebensdauer erhöht.
  • Der Einsatz der Wärmetauscheinrichtung in diesem Kontext kann auch unabhängig von der gezielten Führung des Zuluftstroms erfolgen, weshalb ein eigenständiger Schutz für diese Lösung beansprucht wird.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen und der Beschreibung im Übrigen entnommen werden.
  • Besonders geeignet ist das Verfahren bzw. die Vorrichtung zum Einsatz beim thermischen Nieten von Kunststoffen unter Verwendung von Heißluft.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:
  • 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zum thermischen Nieten von Kunststoffen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beschrieben an einer Vorrichtung zum thermischen Nieten von Kunststoffen unter Verwendung von Heißluft. Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt 1 nur die wesentlichen Elemente der Vorrichtung, auf die es für die Erfindung im vorliegenden Teil an kommt.
  • Die Vorrichtung 10 weist einen Formstempel 11 auf. Der Formstempel 11 ist an einer Achse 12 angeordnet und in Längsrichtung der Achse 12 bewegbar. Auf diese Weise kann der Formstempel 11 auf das Verbindungselement 13 einwirken und verformen. Das Verbindungselement 13 ist Teil eines größeren Bauteils 14, welches nur schematisch angedeutet ist.
  • Die Vorrichtung 10 verfügt an einem freien Ende im Arbeitsbereich des Formstempels 11 über eine Mündung 15, mit der die Vorrichtung 10 bündig auf das Bauteil 14 aufgesetzt wird, sodass das Verbindungselement 13 seitlich vom Mündungsbereich umgeben ist.
  • Die Vorrichtung 10 weist ferner Zuluftkanäle 16 auf, über die ein Zuluftstrom 17 dem Verbindungselement 13 zugeführt wird. Der Zuluftstrom 17 wird auf dem Weg zum Verbindungselement 13 im Bereich einer nicht im Detail gezeigten Heißlufterzeugungseinheit 18 erhitzt. Es versteht sich, dass die Heißlufterzeugungseinheit 18 nicht zwangsläufig unmittelbar der Vorrichtung 10 zugeordnet sein muss, sondern auch außerhalb derselben und über Leitungen mit dieser verbunden sein kann.
  • Im Bereich der Mündung 15 wird der Zuluftstrom 17 gegen das Verbindungselement 13 gelenkt, sodass das Verbindungselement 13 gleichmäßig erwärmt wird und durch den Formstempel 11 verformt werden kann.
  • Vorzugsweise sind ein oder mehrere Zuluftkanäle 16 vorgesehen, die sich umlaufend um das Verbindungselement 13 erstrecken. Vorzugsweise kann ein Zuluftkanal 16 vorgesehen sein, der sich ringförmig um das Verbindungselement 13 erstreckt. Im Mündungsbereich kann der Zuluftkanal 16 Düsen aufweisen, mit denen der Zuluftstrom 17 seitlich gegen das Verbindungselement 13 geführt wird.
  • Nach dem Erhitzen und wenigstens teilweisen Plastifizieren des Verbindungselements 13 kommt der Formstempel 11 zum Einsatz, der vorzugsweise unbeheizt ist und verformt das Verbindungselement zur Herstellung einer Nietverbindung. Dieser Vorgang ist aus dem Stand der Technik bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung im Detail.
  • Die im Zuluftstrom 17 zum Verbindungselement 13 zugeführte thermische Energie wird danach vom Verbindungselement 13 abgeführt. Hierzu weist die Vorrichtung 10 Abluftkanäle 19 auf, durch die der Abluftstrom 20 vom Verbindungselement 13 weggeführt wird. Wie die Zuluftkanäle 16 können auch die Abluftkanäle 19 ringförmig um das Verbindungselement 13 bzw. die Achse 12 angeordnet sein. Gegebenenfalls können auch mehrere Abluftkanäle 19 vorgesehen sein.
  • Im vorliegenden Fall verläuft der Abluftkanal 19 innerhalb des Zuluftkanals 16. Beide Kanäle 16, 19 sind voneinander getrennt durch entsprechende Wandungen innerhalb der Vorrichtung 10.
  • Der Zuluftstrom 17 wird auf diese Weise in einem geschlossenen System bis an das Verbindungselement 13 geführt und homogen gegen diesen geblasen. Dadurch wird eine gleichmäßige Erwärmung des Verbindungselements 13 erzielt. Die verbleibende thermische Energie wird in einem weiteren geschlossenen System innerhalb des Zuluftkanals 16 abgeführt.
  • Eine weitere Besonderheit besteht in der Anordnung einer Wärmetauscheinrichtung 21. Die Wärmetauscheinrichtung 21 ist im Detail in 1 nicht gezeigt, sondern lediglich deren Position. Mit Hilfe der Wärmetauscheinrichtung 21 wird die im Abluftstrom 20 geführte thermische Energie dem Zuluftstrom 17 zugeführt. Auf diese Weise wird die Heißlufterzeugungseinheit 18 entlastet. Hierbei können aus dem Stand der Technik bekannte Wärmetauscheinrichtungen 21 zum Einsatz kommen.
  • Alternativ kann die Wärmetauscheinrichtung 21 auch außerhalb der Vorrichtung 10 angeordnet und mit dem Zuluftkanal 16 und dem Abluftkanal 19 über Leitungen verbunden sein.
  • Eine weitere Besonderheit kann darin bestehen, dass der Stempel 11 gekühlt werden kann. Vorzugsweise kann dabei Kühlluft über einen Kanal im Inneren der Achse 12 bis zum Stempel 11 geführt werden. Die Austretende Kühlluft kann dann im Abluftstrom 20 vom Stempel 11 abgeführt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vorrichtung
    11
    Formstempel
    12
    Achse
    13
    Verbindungselement
    14
    Bauteil
    15
    Mündung
    16
    Zuluftkanal
    17
    Zuluftstrom
    18
    Heißlufterzeugungseinheit
    19
    Abluftkanal
    20
    Abluftstrom
    21
    Wärmetauscheinrichtung

Claims (13)

  1. Verfahren zum Verbinden von Gegenständen mittels wenigstens eines plastifizierbaren Verbindungselements (13), wobei das Verbindungselement (13) zunächst erhitzt und dann mittels eines Formstempels (11) verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie zum Erhitzen des Verbindungselements (13) in einem Zuluftstrom (17) gleichmäßig dem Verbindungselement (13) zugeführt wird, wobei der Zuluftstrom (17) in einem geschlossenen System ausschließlich dem Verbindungselement (13) zugeführt wird, derart, dass im wesentlichen nur das Verbindungselement (13) erhitzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass danach die verbleibende thermische Energie in einem Abluftstrom (20) vom Verbindungselement (13) abgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zufluftstrom (17) und Abluftstrom (20) in voneinander getrennten Systemen zum Verbindungselement (13) geleitet bzw. von diesem weg geleitet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftstrom (17) und der Abluftstrom (20) jeweils in voneinander getrennten Kanälen (16, 19) geleitet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (11) nach dem Plastifizieren des Verbindungselements (13) gekühlt wird, wobei die entsprechende Kühlluft im Abluftstrom (20) vom Stempel (11) abgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft dem Stempel (11) durch eine Achse (12) getrennt vom Abluftstrom (20) und/oder dem Zuluftstrom (17) zugeführt wird.
  7. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abluftstrom (20) vorhandene thermische Energie über eine Wärmetauscheinrichtung (21) an den Zuluftstrom (17) abgegeben wird.
  8. Vorrichtung zum Verbinden von Gegenständen mittels wenigstens eines plastifizierbaren Verbindungselements (13), wobei das Verbindungselement (13) erhitzbar und mittels eines Formstempels (11) verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie zum Erhitzen des Verbindungselements (13) von einer Heißlufterzeugungseinheit (18) in einem Zuluftstrom (17) gleichmäßig dem Verbindungselement (13) zuführbar ist, wobei der Zuluftstrom (17) in einem geschlossenen System ausschließlich dem Verbindungselement (13) zuführbar ist, derart, dass im wesentlichen nur das Verbindungselement (13) erhitzt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Erhitzen des Verbindungselements (13) verbleibende thermische Energie in einem Abluftstrom (20) vom Verbindungselement (13) abführbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) voneinander getrennte Kanäle (16, 19) zur Zuführung bzw. Abführung des Zuluftstroms (17) bzw. des Abluftstroms (20) aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stempel (11) durch eine Achse (12) Kühlluft zuführbar ist.
  12. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Wärmetauscheinrichtung (21) zur Abgabe von thermischer Energie aus dem Abluftstrom (20) zum Zuluftstrom (17).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung zum thermischen Nieten von Kunststoffen unter Verwendung von Heißluft.
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