CZ2019103A3

CZ2019103A3 - Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním

Info

Publication number: CZ2019103A3
Application number: CZ2019-103A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Štencl
Original assignee: METESS s.r.o.
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-09-02
Also published as: SK500462019U1; CZ309312B6; SK8790Y1

Abstract

Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním obsahující přívod (11) chladicího vzduchu a nosnou trubku (1), na jejímž jednom konci je uvnitř nosné trubky (1) mechanicky ukotven topný element (2) a vně nosné trubky (1) uspořádán výměnný tvarovací nástroj (7). Ten je vybavený na čele dutou tvarovací částí pro vytvoření hlavy nýtu, přičemž na druhém konci nosné trubky (1) je umístěn přívod elektrické energie. Na topný element (2) je nalisován tvarovaný návlek (4), který je pro zvýšení účinku obtékaného chladicího vzduchu opatřen na povrchu alespoň jedním svislým kanálkem a jeho část, vystupující v axiálním směru z nosné trubky (1), je uspořádána pro připevnění výměnného tvarovacího nástroje (7). Druhý konec nosné trubky (1) je opatřen osazením (17), pro ukotvení zařízení v nosné desce (15) nýtovací jednotky, ve kterém je zašroubována průchodka (18) uspořádaná k mechanickému uchycení přívodních vodičů (19) elektrické energie a k jejich utěsnění proti úniku chladicího vzduchu. Ve střední části je nosná trubka (1) opatřena dvěma drážkami (9) s těsnicími elementy (22), mezi nimiž je v nosné trubce (1) vytvořen průchozí otvor (14), přes nějž je převlečen rotační přívod (11) chladicího vzduchu do vnitřního prostoru nosné trubky (1) opatřený přívodní hadičkou (13) a zajištěný na nosné trubce (1) v axiálním směru pojistnými kroužky (10).

Description

Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním, kde alespoň jeden díl spoje, případně oba, jsou zhotoveny z termoplastu, využívající k tepelnému ohřevu nýtovacího nástroje uzpůsobeného ke tvarování hlavy plastového nýtu elektrickou energii.

Dosavadní stav techniky

Dosud se ke spojování plastových dílů navzájem, nebo plastových dílů s díly z jiných materiálů hojně, zejména v automobilovém průmyslu, používají nýtová spojení. U těchto nýtových spoj ů má jeden z dílů na svém povrchu v místě budoucího spoje vytvořen 15 (vylisován) plastový nýt ve tvaru válce, komolého kužele, nebo jiného tvaru než kruhového průřezu, přičemž je výhodné, když osa plastového nýtu je kolmá na plochu připojovaného dílu, a pokud jsou díly navzájem spojovány větším počtem nýtů, potom je vhodné, když osy všech nýtů jsou rovnoběžné. Připojovaný díl, nebo připojované díly mají naopak v místě budoucího spoje vytvořeny (vylisovány) otvory, kterými při spojení prochází nýt z 20 prvního (základního) dílu. Vlastní spojení se vytváří tak, že nýt, respektive nýty, se za využití tepelné energie nýtovacími nástroji plasticky deformují a následně ochladí, přičemž se vytvarují hlavy nýtů, například ve tvaru kulového vrchlíku, komolého kužele apod. Vytvarováním hlav nýtů jsou oba plastové díly (nebo i více dílů) vzájemně spojeny.

V současnosti používané nýtovací nástroje mají trubkovitý tvar, kde na jednom konci trubky je umístěn tepelný topný element, který má hladké stěny a jeho pevnou součástí je i tvarovací část, jež má na konci reciproký tvar odpovídající požadovanému tvaru budoucí hlavy nýtu. Přívody elektrické energie a chladícího vzduchu jsou zde umístěny na protilehlé straně trubky.

Jsou též známy výměnné tvarovací nástroje na tvarování hlav plastových nýtů opatřené závitem pro našroubování na nýtovací zařízení, které j sou v současnosti obvykle zhotoveny z oceli, slitin hliníku nebo slitin mědi. Na povrchu je takovýto výměnný tvarovací nástroj opatřen tvrdší vrstvou vytvořenou galvanickým nebo chemickým postupem, případně tepelným zpracováním nebo naprašováním ve vakuu.

Nýtovací nástroj, jakožto součást nýtovací jednotky, by měl být konstruován tak, aby bylo možno nýtovací jednotky umístit co nejblíže k sobě, a tím docílit vytváření hlav i u nýtů, které j sou blízko sebe, respektive mají velkou hustotu rozmístění.

Stávající kumulace přívodů energií na jednom konci trubky nýtovacího nástroje však zabírá mnoho prostoru, což neumožňuje umístit nýtovací nástroje tak blízko sebe, jak to vyžadují aplikace nýtování s velkou hustotou nýtů. Proto je nutno nýtování takovýchto spojovaných dílů provádět odděleně ve více krocích, což sice umožní zvětšit odstup jednotlivých nýtovacích nástroj ů v každém kroku, ale tento postup vede ke zvyšování nákladů plynoucích z nutnosti použití více přípravků, do kterých se spojované díly zakládají, s čímž jsou spojeny vícenáklady na zvyšování počtu manipulačních úkonů mezi jednotlivými nýtovacími pozicemi a zábor místa pro další strojní zařízení. Nevýhodou dosud používaného topného elementu nástroje je skutečnost, že z důvodu snadné výroby má topný element hladké stěny, kolem kterých proudí chladící vzduch nesystémově, což prodlužuje dobu chlazení a zvyšuje náklady na spotřebu chladícího vzduchu.

Dosud používané výměnné tvarovací nástroje jsou zhotovovány z materiálů majících velký součinitel tepelné vodivosti a co nej vyšší tvrdost. Protože však v neupraveném stavu nesplňují požadavek na potřebnou povrchovou tvrdost, musejí být opatřeny odolnější povrchovou vrstvou, která má zároveň snižovat nebo zabraňovat ulpívání či lepení nýtovaného plastu na jejich povrchu.

- 1 CZ 2019 - 103 A3

Typ nanesené povrchové vrstvy a její životnost přitom závisí na druhu nýtovaného plastu a jeho lepivosti k materiálu výměnného tvarovacího nástroje. Jelikož i tyto nanesené povrchové vrstvy mají omezenou životnost, je proto třeba výměnné tvarovací nástroje často měnit, poněvadž by při jejich opotřebení docházelo ke změně tvaru hlav nýtů a nalepování nýtovaného materiálu na tvarovací nástroj.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním, obsahující přívod chladícího vzduchu a nosnou trubku, na jejímž jednom konci je uvnitř nosné trubky mechanicky ukotven topný element a vně nosné trubky uspořádán výměnný tvarovací nástroj vybavený na čele dutou tvarovací částí pro vytvoření hlavy nýtu, přičemž na druhém konci nosné trubky je umístěn přívod elektrické energie, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na topný element je nalisován tvarovaný návlek, který je pro zvýšení účinku obtékaného chladícího vzduchu opatřen na povrchu alespoň jedním svislým kanálkem a jeho část, vystupující v axiálním směru z nosné trubky, je uspořádána pro připevnění výměnného tvarovacího nástroje. Druhý konec nosné trubky je opatřen osazením, pro ukotvení zařízení v nosné desce nýtovací jednotky. Do této osazené části trubky je zašroubována průchodka uspořádaná k mechanickému uchycení přívodních vodičů elektrické energie a k jejich utěsnění proti úniku chladícího vzduchu. Ve střední části je nosná trubka opatřena dvěma drážkami s těsnícími elementy, mezi nimiž je v nosné trubce vytvořen průchozí otvor, přes nějž je převlečen rotační přívod chladícího 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 chladícího účinku jsou s výhodou svislé kanálky tvarovaného návleku topného elementu opatřeny střídavě uspořádanými žebry, nebo mají tvar meandrů, a nebo má kanálek tvar šroubovice.

Z hlediska snadné výměny výměnného tvarovacího nástroje je výhodné, jestliže část tvarovaného návleku, vystupující v axiálním směru z nosné trubky, je vybavena vnějším závitem nebo má válcový tvar. V této souvislosti je též výhodné pakliže výměnný tvarovací nástroj je opatřen vnitřním závitem pro uchycení na vystupující části tvarovaného návleku z nosné trubky. Pro správnou fúnkci je pak výhodné, když je nosné těleso výměnného tvarovacího nástroje zhotoveno z kovu s vysokou tepelnou vodivostí, například ze slitin hliníku nebo mědi, v jehož zahloubení je mechanicky upevněna tableta zhotovená ze slinovaného tvrdokovu nebo keramického materiálu. Jako výhodné se též jeví, když je celé těleso výměnného tvarovacího nástroje zhotoveno monoliticky z tvrdokovu nebo keramického materiálu.

Předmětný vynález na zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním se od známých řešení liší rozdělením přívodů energií na dvě místa, což umožňuje uspořádat nýtovací nástroje v menších vzdálenostech od sebe, a tak nýtovat na jednom stroji více nýtů současně. Novou konstrukcí zařízení se tedy dociluje vyšší hustoty při zástavbě nýtovacích jednotek, přičemž se zvýší variabilnost v trasování přívodů energií do zařízení a uspořádáním svislých kanálků v návleku topného elementu dochází ke zrychlení chlazeni, což vede k úspoře tlakového chladícího vzduchu a ke zkrácení pracovního cyklu.

Novou konstrukcí výměnného tvarovacího nástroje se dosáhne kratšího času operace nýtování, zvýší se životnost nástroje a zlepší rozměrová a tvarová stabilita hlav nýtů nýtovaného spoje a zejména se odstraní lepení vysoce lepivých plastů na výměnný tvarovací nástroj, čímž se sníží četnost údržbových zásahů během výrobního procesu.

Objasnění výkresů

- 2 CZ 2019 - 103 A3

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, kde na obr. 1 je znázorněn svislý řez zařízením pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním, které je zde uchyceno v držáku nýtovací jednotky, včetně přívodů energií. Na obr. 2a je ve zvětšeném měřítku zobrazen topný element s nalisovaným tvarovaným návlekem, kde svislé kanálky na jeho povrchu jsou opatřeny střídavě uspořádanými žebry. Na obr. 2b mají svislé kanálky tvar meandrů a na obr. 2c má svislý kanálek tvar šroubovice. Obr. 3 zachycuje část nýtovacího zařízení a dva plastové díly připravené k vytvoření nýtového spoje předmětným zařízením. Z obr. 4a je ve zvětšeném měřítku patrný výměnný tvarovací nástroj sestávající z nosného tělesa, například ze slitin hliníku nebo mědi, v jehož zahloubení je mechanicky upevněna tableta zhotovená ze slinovaného tvrdokovu nebo keramického materiálu a na obr. 4b je též ve zvětšeném měřítku vyobrazen výměnný tvarovací nástroj, který má celé těleso zhotoveno monoliticky z tvrdokovu nebo keramického materiálu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním sestává, jak je zřejmé z obr. 1, z nosné trubky 1, na jejímž jednom konci je mechanicky, pomocí prolisů 6 ukotven topný element 2, na který je nalisován tvarovaný návlek 4, jenž je pro zvýšení účinku obtékaného chladícího vzduchu opatřen na povrchu obvykle jedním až třemi klikatými svislými kanálky, kterých však v závislosti na j ej ich šířce může být i více. Tyto svislé kanálky tvarovaného návleku 4 topného elementu 2 j sou, jak je patrné z obr. 2a, 2b a 2c, opatřeny buď střídavě uspořádanými žebry 5, nebo mají tvar meandrů 23, a nebo kanálek vykazuje tvar šroubovice 24, přičemž kanálky svým tvarem prodlužují dráhu, kterou chladící vzduch obtéká topný element 2, čímž je výrazně zvyšován jeho chladící účinek. Část nalisovaného tvarovaného návleku 4, vystupující v axiálním směru z nosné trubky j_, je uspořádána pro připevnění výměnného tvarovacího nástroje 7. V daném případě je tato část návleku 4 opatřena vnějším závitem 25, ale může mít i válcový tvar, sloužící k uchycení výměnného tvarovacího nástroje 7, který je na čele vybaven dutou tvarovací částí 8 pro vytvoření hlavy nýtu 20. Druhý konec nosné trubky 1 je opatřen osazením 17, které slouží k ukotvení zařízení v nosné desce 15 nýtovací jednotky, kde je osazení 17 k nosné desce 15 přitlačováno svěrkou 16, která je umístěna pod nosnou deskou 15, Pro snazší výměnu a manipulaci vykazují koncové části nosné desky 15 a přítlačné svěrky 16 otvory, respektive vybrání ve tvaru U, v nichž je osazení 17 nosné trubky 1 uchyceno. Shora je do osazené části nosné trubky 1 zašroubována průchodka 18, uspořádaná k mechanickému uchycení přívodních vodičů 19 elektrické energie a k jejich utěsnění proti úniku chladícího vzduchu. Průchodku 18 je možno protáhnout otvorem v nosné desce 15. což též usnadňuje montáž a výměnu zařízení. Ve střední části je nosná trubka 1 opatřena dvěma drážkami 9 s těsnícími elementy 22, mezi nimiž jev nosné trubce 1 vytvořen průchozí otvor 14, přes nějž je převlečen rotační přívod 11 chladícího vzduch do vnitřního prostoru nosné trubky 1, Rotační přívod 11 je na nosné trubce 1 v axiálním směru zajištěn pojistnými kroužky 10. přičemž je opatřen spojkou 12, do které je zasunuta hadička 13 přívodu chladícího tlakového vzduchu.

Materiálově je celá konstrukce zařízení provedena tak, aby odolávala provozní teplotě, která dosahuje v závislosti na druhu nýtovaných plastů až 300°C, přičemž nosná trubka 1 je zhotovena z antikorozní oceli.

Výměnný tvarovací nástroj 7 má nosné těleso 3 zhotoveno buď z kovu s vysokou tepelnou vodivostí, například ze slitin hliníku nebo mědi, jak je znázorněno na obr. 4a, v jehož zahloubení je mechanicky upevněna, například zalisováním nebo zalemováním, případně tvrdým pájením, tableta 27 ze slinovaného tvrdokovu nebo keramického materiáu - technické keramiky, která má, jak již bylo výše zmíněno, na svém čele dutou tvarovací část 8. jejíž tvar a objem odpovídá tvaru a požadované velikosti hlavy nýtu 20, přičemž výměnný tvarovací nástroj 7 je opatřen vnitřním závitem 26 pro uchycení na vystupující části tvarovaného návleku 4 z nosné trubky L Nebo má, viz obr. 4b, výměnný tvarovací nástroj 7 celé těleso 3 zhotoveno monoliticky z tvrdokovu nebo keramického materiálu - technické keramiky.

Zařízení podle tohoto vynálezu při vytváření nýtovaného spoje pracuje, jak vyplývá z obr. 3, tak,

- 3 CZ 2019 - 103 A3 že se nejprve začne zvyšovat teplota jeho topného elementu 2 a tím současně i výměnného tvarovacího nástroje 7, který je našroubován nebo jinak mechanicky uchycen, například svěmým spojením, na tvarovaný návlek 4 topného elementu 2, a nýtovací jednotka přisune ve směru šipky nýtovací nástroj 7 k nýtovanému spoji ve směru jeho osy na dotek s nýtem 20. Pohyb zařízení se v 5 tomto stavu na krátkou dobu zastaví, přičemž tento okamžik slouží ke zjištění nepoškozenosti tvaru nebo přítomnosti nýtu 20. Po uvedení materiálu plastového nýtu 20 do plastifíkačního stavu se zařízení pohybuje dále ve směru šipky ke spojovaným dílům, až na ně dosedne a výměnným tvarovacím nástrojem 7 vytvoří hlavu nýtu 20 nýtového spoje. Po dosažení této pozice začne hadičkou 13 proudit chladící vzduch přes rotační přívod 11 do vnitřního prostoru nosné trubky L ίο Dále chladící vzduch proudí svislými kanálky tvarovaného návleku 4 topného elementu 2 a ochlazuje vytvořený nýtový spoj. Po ochlazení spoje nýtovací jednotka odsune výměnný tvarovací nástroj 7 zpět do výchozí polohy.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním obsahující přívod chladícího vzduch a nosnou trubku, na jejímž jednom konci je uvnitř nosné trubky mechanicky ukotven topný element a vně nosné trubky uspořádán výměnný tvarovací nástroj vybavený na čele dutou tvarovací částí pro vytvoření hlavy nýtu, přičemž na druhém konci nosné trubky je umístěn přívod elektrické energie, vyznačující se tím, že na topný element (2) je nalisován tvarovaný návlek (4), který je pro zvýšení účinku obtékaného chladícího vzduch opatřen na povrchu alespoň jedním svislým kanálkem a jeho část, vystupující v axiálním směru z nosné trubky (1), je uspořádána pro připevnění výměnného tvarovacího nástroje (7), přičemž druhý konec nosné trubky (1) je opatřen osazením (17), pro ukotvení zařízení v nosné desce (15) nýtovací jednotky, ve kterém je zašroubována průchodka (18) uspořádaná k mechanickému uchycení přívodních vodičů (19) elektrické energie a k jejich utěsnění proti úniku chladícího vzduchu, přičemž ve střední části je nosná trubka (1) opatřena dvěma drážkami (9) s těsnícími elementy (22), mezi nimiž je v nosné trubce (1) vytvořen průchozí otvor (14), přes nějž je převlečen rotační přívod (11) chladícího vzduchu do vnitřního prostoru nosné trubky (1) opatřený přívodní hadičkou (13) a zajištěný na nosné trubce (1) v axiálním směru pojistnými kroužky (10).
2. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním podle nároku 1, vyznačující se tím, že svislé kanálky tvarovaného návleku (4) topného elementu (2) j sou opatřeny střídavě uspořádanými žebry (5).
3. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním podle nároku 1, vyznačující se tím, že svislé kanálky tvarovaného návleku (4) topného elementu (2) mají tvar meandrů
4. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním podle nároku 1, vyznačující se tím, že svislý kanálek tvarovaného návleku (4) topného elementu (2) má tvar šroubovice
5. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že část tvarovaného návleku (4), vystupující v axiálním směru z nosné trubky (1), je vybavena vnějším závitem (25) nebo má válcový tvar.
6. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním podle nároků 1 a 5, vyznačující se tím, že výměnný tvarovací nástroj (7) je opatřen vnitřním závitem (26) pro uchycení na vystupující části tvarovaného návleku (4) z nosné trubky (1), přičemž má nosné těleso (3) zhotoveno z kovu s vysokou tepelnou vodivostí, například ze slitin hliníku nebo mědi, v jehož zahloubení je mechanicky upevněna tableta (27) ze slinovaného tvrdokovu nebo keramického materiálu.
7. Zařízení pro tepelné spojování dílů z plastů nýtováním podle nároků 1 a 5, vyznačující se tím, že výměnný tvarovací nástroj (7) je opatřen vnitřním závitem (26) pro uchycení na vystupující části tvarovaného návleku (4) z nosné trubky (1), přičemž má celé těleso (3) zhotoveno monoliticky z tvrdokovu nebo keramického materiálu.