DE102016101945B4 - Hot riveting stamp and hot riveting device - Google Patents

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects

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Abstract

Heißnietstempel (402) aufweisend einen Fuß (412) mit einer Arbeitsfläche (403), die mittels einer Heizeinheit (404) erhitzbar ist, wobei die Heizeinheit (404) in oder an dem Heißnietstempel (402) angeordnet ist und wobei die Arbeitsfläche (403) des Fußes (412) an die zu erzeugende Nietkopfkontur angepasst ist, und einen Aufnahmebereich, mittels dessen der Heißnietstempel (402) an einer Vorrichtung befestigbar ist, wobei zwischen dem Aufnahmebereich und dem Fuß (413) mit der Arbeitsfläche (403) eine thermische Trenneinheit (408) vorgesehen ist, welche eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Fuß (412) mit der Arbeitsfläche (403) und dem Aufnahmebereich verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Trenneinheit (408) von einem Bereich mit einer Reduzierung des Materialquerschnitts mittels der Ausbildung von Gitterstrukturen gebildet ist.A hot riveting punch (402) comprising a foot (412) having a work surface (403) that is heatable by a heating unit (404), the heating unit (404) being disposed in or on the hot riveting punch (402), and wherein the work surface (403) of the foot (412) is adapted to the rivet head contour to be generated, and a receiving area, by means of which the Heißnietstempel (402) is attachable to a device, wherein between the receiving area and the foot (413) with the working surface (403) is a thermal separation unit ( 408) is provided, which prevents direct heat transfer between the foot (412) with the work surface (403) and the receiving area, characterized in that the thermal separation unit (408) is formed by a region with a reduction of the material cross section by means of the formation of lattice structures is.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heißnietstempel und eine Heißnietvorrichtung.The present invention relates to a Heißnietstempel and a Heißnietvorrichtung.

Das Heißnieten, auch Heißverstemmen genannt, ist ein gängiges Verfahren in der heutigen Kunststofffügetechnik. Bei einem solchen Kunststofffügeprozess werden thermoplastische Kunststoffbauteile miteinander bzw. mit metallischen Komponenten form-, stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden, wobei keine Zusatzmaterialien wie Schrauben oder Klebstoffe benötigt werden.Hot riveting, also called hot caulking, is a common process in today's plastic joining technology. In such a plastic joining process, thermoplastic components are connected with each other or with metallic components positively, materially and / or non-positively, with no additional materials such as screws or adhesives are needed.

Eine form-, stoff- und/oder kraftschlüssige Verbindung wird durch die unter Einwirkung von Kraft und Wärme umgeformten Kunststoffnieten bzw. -zapfen, die auch als Nietdome bezeichnet werden, realisiert. Die Einbringung der notwendigen Kraft und Wärme in den Kunststoff erfolgt dabei durch beheizte Heißnietstempel.A positive, material and / or non-positive connection is realized by the plastic rivets or pins, which are also called rivet domes, under the influence of force and heat. The introduction of the necessary force and heat in the plastic takes place by heated Heißnietstempel.

Das Heißnieten stellt ein vergleichsweise einfaches und robustes sowie gleichzeitig ein thermisch und mechanisch schonendes Fügeverfahren dar, welches die Erzeugung von qualitativ hochwertigen strukturellen Verbindungen zwischen Kunststoffen, Kunststoffen und Metallen oder Kunststoffen und anderen Materialien ermöglicht.Hot riveting represents a comparatively simple and robust, as well as a thermally and mechanically gentle joining process, which enables the production of high-quality structural connections between plastics, plastics and metals or plastics and other materials.

Das Heißnieten ist vor allem in der Automobilzulieferindustrie, in der Medizintechnik und in der Mikroelektronik eine breit angewendete Fügetechnologie.Hot riveting is a widely used joining technology, above all in the automotive supply industry, in medical technology and in microelectronics.

Bekannt ist vor allem das Heißluftnieten. Beim Heißluftnieten werden Nieten aus einem thermoplastischen Kunststoff verwendet. Um den Niet in den plastischen Zustand überzuführen, wird ein Lufterhitzer mit einem Luftaustrittsrohr verwendet, das von der Seite schräg auf den Niet gerichtet ist. Da der Niet üblicherweise nur von einer Seite mit Heißluft angeströmt wird, nimmt das Erwärmen des Niets eine entsprechend lange Heizzeit in Anspruch. Die Pressposition des Stempels muss solange eingehalten werden, bis der verformte plastische Niet erstarrt ist. Hierzu wird die Kaltluft über ein Rohr mit einer Düse seitlich gegen den Niet geblasen, auf den der Stempel gepresst ist. Damit erfordert auch das Abkühlen des Niets eine entsprechend lange Kühlzeit. Aufgrund der langen Heizzeit und der langen Kühlzeit lässt die Taktzeit einer solchen Vorrichtung zu wünschen übrig. Zudem nimmt das Rohr mit der Düse neben dem Stempel Platz in Anspruch, sodass ein Nieten mit einem geringen Nietabstand nicht erfolgen kann.Above all, hot air riveting is known. Hot air riveting uses rivets made of a thermoplastic material. In order to bring the rivet in the plastic state, an air heater is used with an air outlet pipe, which is directed from the side obliquely on the rivet. Since the rivet is usually supplied with hot air from only one side, heating the rivet requires a correspondingly long heating time. The pressing position of the punch must be maintained until the deformed plastic rivet has solidified. For this purpose, the cold air is blown through a pipe with a nozzle laterally against the rivet on which the punch is pressed. Thus, the cooling of the rivet requires a correspondingly long cooling time. Due to the long heating time and the long cooling time, the cycle time of such a device leaves something to be desired. In addition, the pipe with the nozzle takes up space next to the punch, so that riveting with a small rivet spacing can not take place.

In der DE 103 52 821 A1 ist eine Vorrichtung zum Heißluftnieten beschrieben. Die Vorrichtung ist mit einem Lufterhitzer zur Erzeugung eines den Niet anströmenden Heißluftstrahls, einem Arbeitszylinder, an dessen Kolbenstange ein Stempel befestigt ist, der zwischen einer Pressposition, in der er gegen den vom Heißluftstrahl erwärmten Niet gepresst ist, und einer Ruheposition, in der er von dem Niet abgehoben ist, bewegbar ist, und mit einer Luftkühlung zur Erzeugung eines Kaltluftstrahls, der den Niet in der Pressposition des Stempels anströmt, ausgestattet. Es ist außerdem wenigstens eine Austrittsöffnung am Umfang des Stempels zum Austritt der Kaltluft und einen Luftführungskanal vorhanden, in dem der Stempel in der Pressposition angeordnet ist, zur Führung des aus der Austrittsöffnung des Stempels austretenden Kaltluftstrahls zum Niet dient.In the DE 103 52 821 A1 a device for hot air riveting is described. The device is provided with an air heater for generating a rivet flowing hot air jet, a working cylinder, on the piston rod, a punch is fixed between a pressing position in which it is pressed against the hot air jet heated rivet, and a rest position in which he the rivet is lifted, is movable, and equipped with an air cooling for generating a cold air jet, which flows against the rivet in the pressing position of the punch. There is also at least one outlet opening on the circumference of the punch to the outlet of the cold air and an air duct, in which the punch is arranged in the pressing position, serves to guide the emerging from the outlet opening of the punch cold air jet to the rivet.

Aus der DE 10 2010 061 164 A1 ist ein Verfahren zur Durchführung einer Kunststoffheißvernietung bekannt, wobei ein überstehender Nietabschnitt erwärmt und mittels eines Nietkopfes zu einem Nietkopf umgeformt wird. Der Nietkopf wird kraftgesteuert verfahren und ein sich nach Berühren des Nietabschnittes ergebender Haltezeitraum als Wegausgangspunkt erfasst. Ein sich im Zuge des Aufschmelzens des Nietabschnittes ergebender Verfahrweg des Nietkopfes bis zum Erreichen eines Anschlags wird mit einem vorgegebenen Mindestverfahrweg zur Überprüfung einer vollständigen Vernietung verglichen. Der Nietkopf wird in einer vollständigen Ausführung bis zum Berühren des Nietabschnittes kalt verfahren, d.h. ohne hierbei aktiv beheizt zu werden. Durch den kalten Zustand des Nietkopfes bzw. einer die Schmelztemperatur des Nietes nicht erreichenden Niedertemperatur, wird eine exakte Ermittlung des Wegausgangspunktes ermöglicht. Die Erfassung des Wegausgangspunktes und der sich daraus ergebende Verfahrweg bis zum Erreichen eines Anschlags werden mittels eines analogen Sensors (analoger Initiator, Potentiometer, Laser, Lichtschranke usw.) ermittelt. Die Signale des Sensors werden bevorzugt mittels eines Mikrocontrollers ausgewertet, wobei mit Hilfe eines Algorithmus das Aufsetzen des Nietkopfes auf den Nietabschnitt erkannt und hiernach das Umformen des Nietabschnittes als Wegstrecke erfasst wird. Zum Aufheizen des Nietkopfes wird nach dem Erreichen des Wegausgangspunktes während eines definierten Zeitabschnittes der Nietkopf aufgeheizt. Mit Erreichen der gewünschten Temperatur wird der Nietkopf für den Nietprozess verfahren.From the DE 10 2010 061 164 A1 is a method for performing a Kunststoffheißvernietung known, wherein a protruding rivet section is heated and formed by means of a rivet head to a rivet head. The rivet head is moved force-controlled and recorded after touching the rivet section resulting holding period as a way starting point. A movement path of the rivet head resulting in the course of the melting of the rivet section until it reaches a stop is compared with a predetermined minimum travel distance for checking a complete riveting. The rivet head is moved cold in a complete version until the rivet section is touched, ie without being actively heated. Due to the cold condition of the rivet head or a low temperature which does not reach the melting temperature of the rivet, an exact determination of the path starting point is made possible. The detection of the path starting point and the resulting path to reaching a stop are determined by means of an analog sensor (analog initiator, potentiometer, laser, light barrier, etc.). The signals of the sensor are preferably evaluated by means of a microcontroller, whereby the placement of the rivet head on the rivet section is detected by means of an algorithm, and thereafter the forming of the rivet section is detected as a path. To heat the rivet head, the rivet head is heated after reaching the path starting point during a defined period of time. When the desired temperature is reached, the rivet head is moved for the riveting process.

Aus der DE 295 07 066 U1 ist ein Nietstempel mit einer aktiven Kühlung bekannt. Am Nietstempel ist eine Ringdüse vorgesehen, durch die zur Abkühlung des Nietstempels über einen Anschlussstutzen Luft eingeblasen werden kann. Damit kann der Nietstempel in seiner oberen, ausgefahrenen Position gekühlt werden. Nachdem der Nietkopf gebildet worden ist und der Nietstempel noch auf den Nietkopf drückt, wird der Nietkopf nicht gekühlt, sondern nur sich selbst überlassen.From the DE 295 07 066 U1 is a riveting stamp with an active cooling known. At Nietstempel an annular nozzle is provided, can be blown through the air to cool the Nietstempels via a connecting piece. This allows the riveting punch to be cooled in its upper, extended position. After the rivet head has been formed and the rivet still presses on the rivet head, the rivet head is not cooled, but only left to itself.

Aus DE 196 32 238 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen von Leichtmetallnieten bekannt. Es wird eine Anordnung zur gleichzeitigen Ausbildung mehrerer Schließkörper je auf einem Nietschaft offenbart, der als integrierender Bestandteil eines im Leichtmetall-Druck-Verfahren hergestellten Motorteils ausgebildet wird. Es wird zur Herstellung des Niets ein aufgeheizter Nietdöpper aufgesetzt. Out DE 196 32 238 A1 For example, a method and apparatus for deforming light metal rivets is known. It is disclosed an arrangement for the simultaneous formation of a plurality of closing body depending on a rivet shank, which is formed as an integral part of an engine part produced in the light metal pressure method. It is put on the production of the rivet, a heated Nietdöpper.

Aus der DE 10 2014 101 750 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Gegenständen durch Kunststoffheißvernietung sowie eine Vorrichtung zur Heißvernietung bekannt. Es werden hierbei die Heißnietköpfe mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung der kongruenten Oberflächen der Nietdome bis zum Erreichen einer definierten Startposition, unter Beachtung vorgegebener oder voreingestellter definierter Koordinaten, mindestens eines Heißnietkopfes verfahren. Sodann wird mit einer geringeren Geschwindigkeit bis zum Berühren der Oberfläche mindestens eines Nietdomes vorgeschoben. Sodann werden die Heißnietköpfe bis zur Anlage des Heißnietkopfes an dem Nietdom auf eine Solltemperatur aufgeheizt und die aufgeheizten Heißnietköpfe werden mit einer weiteren Vorschubbewegung, unter Aufbringung einer geregelten, konstanten oder einer progressiv ansteigenden Druckkraft, bis zum Erreichen eines definierten Verformungsgrades mindestens eines Nietdomes, vorgeschoben.From the DE 10 2014 101 750 A1 is a method for joining objects by Kunststoffheißvernietung and a device for Heißvernietung known. In this case, the hot rivet heads are moved at a first speed in the direction of the congruent surfaces of the rivet domes until a defined starting position is reached, taking into account predetermined or preset defined coordinates, at least one hot rivet head. Then it is advanced at a slower speed to contact the surface of at least one rivet dome. Then the hot rivet heads are heated to a desired temperature until the hot rivet head abuts the rivet dome, and the heated hot rivet heads are advanced with a further feed motion, applying a controlled, constant or progressively increasing pressure force, until a defined degree of deformation of at least one rivet dome is reached.

Bei den bekannten Heißnietverfahren erfolgt eine indirekte Erwärmung der Arbeitsfläche des Stempels, was aufgrund insbesondere der relativ großen zu erwärmenden Masse des Stempels eine entsprechend lange Zeit in Anspruch nimmt. Zudem ist der Stempel üblicherweise mit anderen gut wärmeleitenden Komponenten direkt verbunden, wodurch nicht nur die Wärmeverluste hoch sind, sondern auch insbesondere bei thermisch sensiblen Komponenten deren Funktionsfähigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt werden können.
Der resultierende Wirkungsgrad einer derartigen Stempelbeheizung ist daher sehr gering. Es beträgt die erforderliche elektrische Leistung einer Heizpatrone üblicherweise ca. zweihundert Watt. Das Abkühlen des Stempels erfolgt üblicherweise, indem Kaltluft über ein Rohr mit einer Düse seitlich gegen die Nietstelle mit angepresstem Stempel geblasen wird. Die an dem Stempel vorbeiströmende Luft kann jedoch nur wenig Wärme aufnehmen, was den Nachteil mit sich bringt, dass entweder lange angeblasen oder ein hoher Luftvolumenstrom verwendet werden muss. Damit erfordert auch das Abkühlen des Nietkopfs eine entsprechend lange Zeit.In the known Heißnietverfahren there is an indirect heating of the working surface of the punch, which takes due to in particular the relatively large mass of the stamp to be heated a correspondingly long time to complete. In addition, the stamp is usually directly connected to other good heat-conducting components, which not only the heat losses are high, but also their thermal performance and life can be affected especially in thermally sensitive components.
The resulting efficiency of such a stamp heating is therefore very low. It is the required electrical power of a heating cartridge usually about two hundred watts. Cooling of the stamp is usually done by cold air is blown through a pipe with a nozzle laterally against the riveting with pressed stamp. However, the air flowing past the stamp can absorb only a small amount of heat, which entails the disadvantage that either long blown or a high air volume flow must be used. Thus, the cooling of the rivet head requires a correspondingly long time.

Aufgrund der langen Aufheiz- und Kühlzeiten lässt die Prozesszykluszeit der bekannten Heißnietanlagen von durchschnittlich ca. sechzig Sekunden zu wünschen übrig, und die die Taktzeitanforderungen der Industrie, insbesondere der Automobilzulieferindustrie, werden deutlich überschritten.Due to the long heating and cooling times, the process cycle time of the known hot riveting systems leaves an average of about sixty seconds to be desired, and the cycle time requirements of the industry, in particular the automotive supply industry, are significantly exceeded.

Nachteilig ist weiterhin, wie ausgeführt, die geringe Energieeffizienz. Das Heißnietverfahren stellt daher keinen energieeffizienten Fügeprozess dar. Außerdem sind vergleichsweise lange Prozesszeiten notwendig, wodurch das Verfahren als unwirtschaftlich einzustufen ist.Another disadvantage is, as stated, the low energy efficiency. The hot riveting process therefore does not represent an energy-efficient joining process. In addition, comparatively long process times are necessary, which makes the process uneconomical.

Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung den bekannten Heißnietprozess, insbesondere im Kunststoffbereich, zu verbessern und sowohl die Prozesszykluszeit beim Heißnieten als auch den dazu erforderlichen Energieaufwand zu reduzieren.It is therefore an object of this invention to improve the known Heißnietprozess, especially in the plastic sector, and to reduce both the process cycle time during hot riveting and the energy required for this purpose.

Diese Aufgabe wird durch einen Heißnietstempel mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Heißnietvorrichtung mit den Merkmalen der Patentanspruches 9 gelöst.This object is achieved by a Heißnietstempel with the features of claim 1 and a Heißnietvorrichtung with the features of claim 9.

Der erfindungsgemäße Heißnietstempel weist einen Fuß mit einer Arbeitsfläche auf, die mittels einer Heizeinheit erhitzbar ist. Die Heizeinheit ist in oder an dem Heißnietstempel angeordnet. Die Arbeitsfläche des Fußes bzw. im oder am Fuß ist an die zu erzeugende Nietkopfkontur angepasst. Es ist außerdem ein Aufnahmebereich vorhanden, mittels dessen der Heißnietstempel an oder in einer Vorrichtung befestigbar ist Zwischen dem Aufnahmebereich und dem Fuß mit der Arbeitsfläche ist eine thermische Trenneinheit vorgesehen, welche eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Fuß mit der Arbeitsfläche und dem Aufnahmebereich verhindert.The Heißnietstempel invention has a foot with a work surface, which is heated by a heating unit. The heating unit is arranged in or on the Heißnietstempel. The working surface of the foot or in or on the foot is adapted to the Nietkopfkontur to be generated. There is also a receiving area, by means of which the hot riveting die can be fastened to or in a device. Between the receiving area and the foot with the working surface, a thermal separation unit is provided, which prevents a direct heat transfer between the foot with the working surface and the receiving area.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 2 ist, dass die thermische Trenneinheit aus einer Schicht mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Material des Fußes und des Aufnahmebereichs des Heißnietstempels besteht und/oder von einem Bereich mit einer Reduzierung des Materialquerschnitts mittels der Ausbildung von Gitterstrukturen gebildet ist.It is advantageous according to the embodiment according to claim 2, that the thermal separation unit consists of a layer with reduced thermal conductivity compared to the material of the foot and the receiving area of the Heißnietstempels and / or is formed by a region with a reduction of the material cross-section by means of the formation of lattice structures.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 3 ist, dass der Heißnietstempel mindestens einen Kanal besitzt, der den Heißnietstempel in seiner Längsachse im Innern durchläuft und mindestens eine Öffnung besitzt, die in der Nähe der Arbeitsfläche des Fußes angeordnet ist.It is advantageous according to the embodiment of claim 3 that the Heißnietstempel has at least one channel which passes through the Heißnietstempel in its longitudinal axis in the interior and has at least one opening which is arranged in the vicinity of the working surface of the foot.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 4 ist, dass der Fuß des Heißnietstempels eine Verjüngung aufweist, oberhalb derer die Öffnung des Kanals ausmündet.Advantageous according to the embodiment according to claim 4, that the foot of Heißnietstempels has a taper, above which opens the opening of the channel.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 5 ist, dass die Heizeinheit ein keramisches Heizelement ist und/oder dass die Heizeinheit im Fuß des Heißnietstempels angeordnet ist. It is advantageous according to the embodiment according to claim 5, that the heating unit is a ceramic heating element and / or that the heating unit is arranged in the foot of Heißnietstempels.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 6 ist, dass der Fuß des Heißnietstempels gegenüber dem Aufnahmebereich des Heißnietstempels gekröpft angeordnet ist.It is advantageous according to the embodiment according to claim 6, that the foot of the Heißnietstempels opposite the receiving area of the Heißnietstempels is arranged cranked.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 7 ist, dass die thermische Trenneinheit im Kröpfungsbereich integriert ist.It is advantageous according to the embodiment according to claim 7 that the thermal separation unit is integrated in the offset area.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 8 ist, dass im Fuß des Heißnietstempels eine von außen zugängliche Aussparung vorhanden ist, in welche die Heizeinheit einsetzbar ist.It is advantageous according to the embodiment according to claim 8, that in the foot of Heißnietstempels an externally accessible recess is provided, in which the heating unit is used.

Die erfindungsgemäße Heißnietvorrichtung nach Patentanspruch 9 besitzt eine Befestigungskomponente zur kraft- und/oder formschlüssigen Aufnahme mindestens eines Heißnietstempels. Es ist außerdem eine Trägerplatte vorhanden, an welcher mindestens eine Befestigungskomponente anordenbar ist. Es ist eine Arretiervorrichtung zur kraftschlüssigen Aufnahme mindestens zweier Fügepartner, die mittels mindestens eines Niets verbindbar sind, vorhanden. Die Fügepartner weisen Durchbrüche, vorzugsweise in Form von Bohrungen auf, durch welche ein Nietdom führbar ist, der die beiden Fügepartner verbindet. Es ist in der Heißnietvorrichtung mindestens ein Heißnietstempel so angeordnet, dass dieser in einer Position der Vorrichtung auf dem mindestens einen Nietdom zum Liegen kommt. Dies ist die Verformungsposition. Es ist eine Antriebseinheit vorhanden, die von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei mittels der Antriebseinheit, gesteuert über die elektronische Steuereinheit, die Trägerplatte in Richtung auf die Arretiervorrichtung oder von dieser weg bewegbar ist. Die elektronische Steuereinheit steuert die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempels über dessen Heizeinheit, wobei die Steuereinheit die Vorrichtung in einem Zyklus mit mehreren einander nachfolgenden Arbeitsschritten betreibt. Zunächst fügt die Steuereinheit die mindestens zwei Fügepartner über eine mechanische Betätigungseinheit in die Arretiervorrichtung ein und führt den Nietdom entsprechend ein; in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Nietdom bereits eingeführt. Anschließend oder zeitgleich steuert die elektronische Steuereinheit die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempel auf eine voreinstellbare Prozesstemperatur und hält diese Temperatur nach Erreichen der Prozesstemperatur durch geeignete Ansteuerung der Heizeinheit des mindestens einen Heißnietstempels nahezu konstant. Sodann steuert die Steuereinheit die Trägerplatte mittels der Antriebseinheit auf die Fügepartner und presst den mindestens einen Heißnietstempel mit einer vordefinierten Kraft auf den mindestens einen Nietdom des Niets und belässt dies für einen voreinstellbaren Zeitraum. Danach leitet die elektronische Steuereinheit über einen einstellbaren Zeitraum aus dem mindestens einen Luftkanal des mindestens einen Heißnietstempels Kühlluft, wodurch der Fuß des mindestens einen Heißnietstempels und der Niet gekühlt werden. Anschließend entfernt die Steuereinheit die Trägerplatte mittels der Antriebseinheit von den Fügepartnern, entnimmt diese aus der Arretiervorrichtung und fügt erneut mindestens zwei Fügepartner über eine mechanische Betätigungseinheit in die Arretiervorrichtung ein. Sodann wird der Prozess erneut gestartet.The Heißnietvorrichtung invention according to claim 9 has a fastening component for non-positive and / or positive reception of at least one Heißnietstempels. There is also a carrier plate available, on which at least one fastening component can be arranged. There is a locking device for frictionally receiving at least two joining partners, which are connectable by means of at least one rivet present. The joining partners have openings, preferably in the form of holes, through which a rivet is feasible, which connects the two joining partners. At least one hot riveting punch is arranged in the hot riveting device such that it comes to rest in a position of the device on the at least one rivet dome. This is the deformation position. There is a drive unit available, which is controlled by an electronic control unit, wherein by means of the drive unit, controlled by the electronic control unit, the support plate in the direction of the locking device or away from it is movable. The electronic control unit controls the heating of the at least one Heißnietstempels via the heating unit, wherein the control unit operates the device in a cycle with a plurality of successive steps. First, the control unit inserts the at least two joining partners via a mechanical actuating unit in the locking device and introduces the Nietdom accordingly; In an advantageous embodiment of the invention, the rivet dome is already introduced. Subsequently or at the same time, the electronic control unit controls the heating of the at least one Heißnietstempel to a presettable process temperature and keeps this temperature after reaching the process temperature by suitable control of the heating unit of the at least one Heißnietstempels almost constant. Then, the control unit controls the carrier plate by means of the drive unit to the joining partners and presses the at least one Heißnietstempel with a predefined force on the at least one Nietdom of the rivet and leaves this for a presettable period. Thereafter, the electronic control unit over an adjustable period of time from the at least one air duct of the at least one Heißnietstempels cooling air, whereby the foot of the at least one Heißnietstempels and the rivet are cooled. Subsequently, the control unit removes the support plate by means of the drive unit from the joining partners, removes them from the locking device and again inserts at least two joining partners into the locking device via a mechanical actuation unit. Then the process is restarted.

Vorteilhaft gemäß der Ausführung nach Patentanspruch 10 ist, dass die Prozesstemperatur zum Ausbilden des Nietkopfes nach etwa sieben Sekunden wird erreicht und der Abkühlvorgang in etwa zehn Sekunden in Anspruch nimmt.Advantageous according to the embodiment of claim 10 is that the process temperature for forming the rivet head after about seven seconds is reached and the cooling process takes about ten seconds.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der abhängigen Ansprüche, der weiteren Beschreibung sowie anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels, welches anhand von Figuren erläutert wird.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the further description and with reference to a specific embodiment, which will be explained with reference to figures.

Es zeigt:

  • 1 eine Heißnietvorrichtung nach dem Stand der Technik;
  • 2 einen Prozesszyklus nach dem Stand der Technik während eines Heißnietvorgangs;
  • 3 Temperatur-Zeit-Verläufe in Knotenpunkten eines Stempels nach dem Stand der Technik;
  • 4 eine erfindungsgemäße Heißnietvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Heißnietstempel;
  • 5 einen Prozesszyklus währen eines Heißnietvorgangs mit einer erfindungsgemäßen Heißnietvorrichtung und einem erfindungsgemäßen Heißnietstempel;
  • 6 Temperatur-Zeit-Verläufe in Knotenpunkten eines erfindungsgemäßen Heißnietstempels; und
  • 7 einen erfindungsgemäßen Heißnietstempel in einer perspektivischen Ansicht.
It shows:
  • 1 a Heißnietvorrichtung according to the prior art;
  • 2 a process cycle of the prior art during a Heißnietvorgangs;
  • 3 Temperature-time profiles in nodes of a stamp according to the prior art;
  • 4 a Heißnietvorrichtung invention with a Heißnietstempel invention;
  • 5 a process cycle during a Heißnietvorgangs with a Heißnietvorvorrichtung invention and a Heißnietstempel according to the invention;
  • 6 Temperature-time courses in nodes of a Heißnietstempels invention; and
  • 7 a Heißnietstempel invention in a perspective view.

Die nachfolgende Beschreibung anhand des konkreten Ausführungsbeispiels stellt keine Limitierung der Erfindung auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel dar.The following description with reference to the concrete embodiment does not represent a limitation of the invention to this specific embodiment.

In 1 ist eine Heißnietvorrichtung 101 nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Heißnietvorrichtung 101 gemäß 1 umfasst einen zylindrisch ausgebildeten Stempel 102 mit einer entsprechend der jeweiligen Nietkopfkontur nach innen gewölbten Arbeitsfläche. Im Innern des Stempels 102 ist eine Heizeinheit 104 angeordnet, die mit Strom versorgt den Stempel 102 und insbesondere dessen Arbeitsfläche erhitzt. Der Stempel 102 ist über eine Befestigungskomponente 105 an einer Trägerplatte 106 befestigt. Durch die Trägerplatte 106 ist ein Kühlrohr 107 geführt, das bis in die Nähe des Endes des Stempels 102 geführt und diesem zugebogen ist, sodass aus dem Kühlrohr 107 ein Luftstrom 108 gerichtet zugeführt werden kann. Der Stempel 102 ist über einem Nietdom 109 angeordnet, mittels dessen zwei Fügepartner 110, 111 mechanisch zu verbinden sind. Der Stempel 102 und dessen Arbeitsfläche werden auf eine Temperatur erhitzt bei welcher der Nietdom 109 schmilzt bzw. verformbar wird. Es wird dann der Stempel 102 mit der Arbeitsfläche auf den Nietdom 109 gedrückt und dieser verformt sich und verbindet die beiden Fügepartner 110, 111. Anschließend wird der Stempel 102 zurückgefahren und es wird der Nietdom 109 mit dem Luftstrom 108 gekühlt, sodass dieser wieder „fest“ wird.
Die Trägerplatte 106 ist verfahrbar in Richtung auf den Nietdom 109. An der Trägerplatte 106 kann ein Stempel 102 oder mehrere Stempel befestigt sein.
Es sind die Arbeitspositionen am Nietdom und die Ruheposition des Stempels 102 zu unterscheiden. Die Beheizung bzw. Erwärmumg des Stempels 102 erfolgt in der Ruheposition vor bzw. nach dem Nietvorgang, z.B. während die gefügten Fügepartner 110, 111 aus der Heißnietvorrichtung 101 entnommen werden. Durch die mit Bezugszeichen 112 versehenen Pfeile ist der Wärmefluss dargestellt, der sich bei der Erwärmung und dem Halten der Temperatur im Stempel ergibt, dargestellt. Es ist klar ersichtlich, dass durch den Wärmefluss ein erheblicher Teil der Wärmemenge in die angrenzenden Komponenten und die Umgebung abfließt und nicht vorrangig dem Heißnietprozess dient, sondern einen reinen Energieverlust darstellt.In 1 is a hot-riveting device 101 represented according to the prior art. The hot riveting device 101 according to 1 includes a cylindrically shaped punch 102 with a according to the respective Nietkopfkontur inwardly curved work surface. Inside the stamp 102 is a heating unit 104 arranged, which supplies the stamp 102 and in particular its working surface heated. The Stamp 102 is about one mounting component 105 on a carrier plate 106 attached. Through the carrier plate 106 is a cooling tube 107 that led to near the end of the stamp 102 guided and bent it, so from the cooling tube 107 an airflow 108 directed can be supplied. The Stamp 102 is over a rivet dome 109 arranged, by means of which two joining partners 110 . 111 are mechanically connect. The Stamp 102 and its working surface are heated to a temperature at which the rivet dome 109 melts or deforms. It will then be the stamp 102 with the work surface on the rivet dome 109 pressed and this deforms and connects the two joining partners 110 . 111 , Subsequently, the stamp 102 it goes back and it becomes the rivet dome 109 with the airflow 108 cooled, so that it is "solid" again.
The carrier plate 106 is movable in the direction of the rivet dome 109 , On the carrier plate 106 can a stamp 102 or several stamps attached.
These are the working positions on the rivet dome and the resting position of the punch 102 to distinguish. The heating or heating of the stamp 102 takes place in the rest position before or after the riveting process, for example while the joined joining partners 110 . 111 from the Heißnietvorrichtung 101 be removed. By the with reference numerals 112 Arranged arrows, the heat flow is shown, resulting in the heating and maintaining the temperature in the stamp shown. It can be clearly seen that the heat flow drains a considerable part of the amount of heat into the adjacent components and the environment and does not serve primarily the Heißnietprozess, but represents a pure energy loss.

In 2 ist ein Heißnietvorgang mit einer Heißnietvorrichtung gemäß 1 dargestellt. Es ist der Stempel 201 dargestellt, der über einem Nietdom 202 angeordnet ist, der zwei Fügepartner 203, 204 verbinden soll. Der Stempel 201, der Nietdom 202 und die Fügepartner 203, 204 sind nebeneinander dargestellt, jeweils bei einem Verfahrensschritt, nämlich dem Verfahrensschritt des Erwärmens 205, des Umformens 206, des Abkühlens 207 und des Abhebens bzw. erneuten Erwärmens 208 des Stempels 201. Es ist außerdem die Temperatur T über die Zeit t in Sekunden dargestellt. Zunächst, bei t0, hat der Stempel 201 die Temperatur T1. Im Verfahrensschritt des Erwärmens 205 wird der Stempel 201 auf die Temperatur T2 erwärmt. Hierfür wird ein Zeitintervall t0 bis t1 benötigt. Bei dieser Temperatur T2 ist der Nietdom 202 verformbar.In 2 is a Heißnietvorgang with a Heißnietvorrichtung according to 1 shown. It is the stamp 201 pictured over a rivet dome 202 is arranged, the two joining partners 203 . 204 should connect. The Stamp 201 , the Nietdom 202 and the joining partners 203 . 204 are shown side by side, each in a process step, namely the process step of heating 205 , of reshaping 206 , cooling off 207 and lifting or reheating 208 of the stamp 201 , It's also the temperature T over time t displayed in seconds. First, at t0 , has the stamp 201 the temperature T1 , In the process step of heating 205 becomes the stamp 201 to the temperature T2 heated. This is a time interval t0 to t1 needed. At this temperature T2 is the rivet dome 202 deformable.

Bei t1 ist der Stempel 201 auf die Niettemperatur T2 gebracht und es wird der Verfahrensschritt des Umformens 206 gestartet. Hierzu wird der Stempel 201 auf den Nietdom 203 verfahren und auf diesen mit einer vordefinierten Kraft gepresst. Es wird die Niettemperatur T2 beibehalten. Dies erfolgt während des Zeitintervalls t1 bis t2.at t1 is the stamp 201 on the riveting temperature T2 and it becomes the process step of forming 206 started. This is the stamp 201 on the rivet dome 203 procedure and pressed on this with a predefined force. It will be the riveting temperature T2 maintained. This happens during the time interval t1 to t2 ,

Anschließend erfolgt der Verfahrensschritt des Abkühlens 207. Hierzu wird die Temperatur des Stempels 201 reduziert. Es wird Kühlluft zum Nietdom 202 geleitet. Der Stempel 201 verbleibt im Zeitintervall t2 bis t3 auf dem Nietdom 202 bis die Temperatur T1 erreicht wird.Subsequently, the process step of cooling takes place 207 , This is the temperature of the punch 201 reduced. Cooling air becomes a rivet dome 202 directed. The Stamp 201 remains in the time interval t2 to t3 on the rivet dome 202 until the temperature T1 is reached.

Sodann wird im nächsten Verfahrensschritt des Abhebens bzw. erneuten Erwärmens 208 des Stempels 201 im Zeitintervall nach t3 der Stempel 201 in die Ausgansposition zurückgefahren. Es werden die beiden Fügepartner 202, 203 entnommen und neue Fügepartner in die Vorrichtung eingelegt. Der Stempel 201 wird wieder auf die Niettemperatur T2 gebracht.Then, in the next process step of lifting or reheating 208 of the stamp 201 in the time interval after t3 the stamp 201 moved back to the starting position. It will be the two joining partners 202 . 203 removed and inserted new joining partners in the device. The Stamp 201 gets back to the riveting temperature T2 brought.

Es wird also der Stempel 201, sobald er die Niettemperatur T2 erreicht hat, die innerhalb eines Verformbarkeitstemperaturbereichs des zu bearbeitenden Kunststoffmaterials des Nietdoms 202 liegt, auf die beiden Fügepartner 203,204 abgesenkt und formt den Nietdom 202 zu einem Nietkopf um. Anschließend wird der Stempel 201 und der Nietkopf durch Anblasen mit Luft auf die Temperatur T1 unterhalb des Verformbarkeitstemperaturbereichs abgekühlt und in einem nachfolgenden Schritt von dem ausgeformten und erstarrten Nietkopf abgehoben.
Die Zeitdauer des Erwärmens 205 beträgt ca. zehn Sekunden, die Zeitdauer des Umformens 206 beträgt ca. zwanzig Sekunden, die Zeitdauer des Abkühlens 207 beträgt ca. zehn Sekunden und die Zeitdauer des Abhebend bzw. Erwärmens 208 beträgt ca. zwanzig Sekunden. Die gesamte Zykluszeit ergibt sich damit zu sechzig Sekunden.It will be the stamp 201 as soon as he rivet temperature T2 has reached within a ductility temperature range of the plastic material to be processed of the rivet dome 202 lies on the two joining partners 203 . 204 lowered and forms the rivet dome 202 to a rivet head. Subsequently, the stamp 201 and the rivet head by blowing with air to the temperature T1 cooled below the ductility temperature range and lifted in a subsequent step of the molded and solidified rivet head.
The duration of heating 205 is about ten seconds, the duration of the forming 206 is about twenty seconds, the duration of the cooling 207 is about ten seconds and the duration of the lift off or warming 208 is about twenty seconds. The entire cycle time is thus sixty seconds.

Als Heizeinrichtung wird in der Regel eine elektrisch beheizte metallische Heizpatrone verwendet, die in den Stempel 201 integriert ist. Diese muss jedoch aufgrund einer relativ geringen Leistungsdichte massiv ausgeführt werden, um den Stempel 201 auf die notwendige Niettemperatur T2 zu erwärmen. Durch die Wärmeleitung von der Heizpatrone erfolgt dann eine indirekte Erwärmung der Arbeitsfläche des Stempels 201, was aufgrund eines relativ großen Abstandes und einer hohen zu erwärmenden Masse eine entsprechend lange Zeit in Anspruch nimmt. Zudem ist der Stempel 201 üblicherweise mit anderen gut wärmeleitenden Komponenten direkt verbunden, wodurch nicht nur die Wärmeverluste enorm hoch sind, sondern auch insbesondere bei thermisch sensiblen Komponenten deren Funktionsfähigkeit und Lebensdauer beeinträchtigt werden können. Der resultierende Wirkungsgrad einer derartigen Stempelbeheizung ist somit sehr gering. So beträgt die erforderliche elektrische Leistung einer Heizpatrone im Durchschnitt zweihundert Watt. Das Abkühlen des Stempels 201 erfolgt üblicherweise, indem Kaltluft über ein Rohr mit einer Düse seitlich gegen die Nietstelle mit angepresstem Stempel 201 geblasen wird. Die an dem Stempel 201 vorbeiströmende Luft kann jedoch nur wenig Wärme aufnehmen, was den Nachteil mit sich bringt, dass entweder lange angeblasen oder ein hoher Luftvolumenstrom verwendet werden muss. Damit erfordert auch das Abkühlen des Nietkopfs eine entsprechend lange Zeit.As a heater usually an electrically heated metallic heating cartridge is used, in the stamp 201 is integrated. However, due to a relatively low power density, this must be made massive to the punch 201 to the necessary riveting temperature T2 to warm up. By the heat conduction from the heating cartridge then takes place an indirect heating of the working surface of the punch 201 , which takes a correspondingly long time due to a relatively large distance and a high mass to be heated. In addition, the stamp 201 Usually directly connected to other components with good thermal conductivity, which not only the heat losses are enormously high, but also their thermal efficiency and lifetime can be impaired especially in thermally sensitive components. The resulting efficiency of such a stamp heating is thus very low. Thus, the required electrical power of a heating cartridge is on average two hundred watts. Cooling the stamp 201 is usually done by cold air via a pipe with a nozzle laterally against the riveting point with pressed stamp 201 is blown. The on the stamp 201 passing air, however, can absorb only a small amount of heat, which has the disadvantage that either long-blown or a high air flow volume must be used. Thus, the cooling of the rivet head requires a correspondingly long time.

Aufgrund der langen Aufheiz- und Kühlzeiten lässt die Prozesszykluszeit der herkömmlichen Heißnietanlage von durchschnittlich ca. sechzig Sekunden zu wünschen übrig.Due to the long heating and cooling times, the process cycle time of the conventional hot riveting plant leaves an average of about sixty seconds to be desired.

In 3 ist schematisch ein Stempel 301 dargestellt, der dem Stempel aus 1 und 2 entspricht. Es ist eine Konturdarstellung gewählt, die die Temperaturverteilung im Stempel 301 im quasistationären Temperaturzustand, der zumeist nach einer Betriebsdauer von dreißig Minuten erreicht wird, visualisiert. Es zeigt sich, dass die größte Temperatur und damit Wärme nicht an der Spitze 302 des Stempels 301, sondern im mittleren Bereich des Stempels 301 konzentriert. Es liegt die maximale Temperatur im Stempel 301 um etwa einhundert Grad C höher als die notwendige Prozesstemperatur. Des Weiteren fließt ein wesentlicher Teil der Wärme in die umgebenden Anlagenkomponenten. Durch eine große thermische Masse (Wärmeleitung) und eine große erwärmte „freie“ Oberfläche (Konvektion und Strahlung) treten sehr hohe Wärmeverluste auf.In 3 is schematically a stamp 301 shown, the stamp out 1 and 2 equivalent. It is a contour representation chosen, the temperature distribution in the stamp 301 in the quasi-stationary temperature state, which is usually reached after a service life of thirty minutes, visualized. It turns out that the greatest temperature and therefore heat is not at the top 302 of the stamp 301 but in the middle area of the stamp 301 concentrated. It is the maximum temperature in the stamp 301 at about a hundred degrees C higher than the necessary process temperature. Furthermore, a significant part of the heat flows into the surrounding plant components. Due to a large thermal mass (heat conduction) and a large heated "free" surface (convection and radiation) very high heat losses occur.

In 3 sind Temperatur-Zeit-Verläufe in vier Knotenpunkten P1, P2, P3, P4 in unterschiedlichen Bereichen des Stempels 301 dargestellt. Daraus werden die Temperaturunterschiede innerhalb des Stempels 301 gezeigt. Beispielsweise beträgt die maximale Temperaturdifferenz zwischen der Arbeitsfläche 303 des Stempels 301 und dem Stempelinneren beim Erwärmen bis zu einhundert Grad C. Darüber werden die umgebenden Anlagenkomponenten im Dauerbetrieb auf eine Temperatur im Bereich von 150 Grad C oder sogar höher erwärmt, was zu einer Beeinträchtigung deren Funktionsfähigkeit und Lebensdauer führen kann.In 3 are temperature-time curves in four nodes P1 . P2 . P3 . P4 in different areas of the stamp 301 shown. From this, the temperature differences within the stamp become 301 shown. For example, the maximum temperature difference between the work surface 303 of the stamp 301 and the interior of the stamp when heated up to one hundred degrees C. In addition, the surrounding plant components are heated in continuous operation to a temperature in the range of 150 degrees C or even higher, which can lead to an impairment of their functionality and life.

Es ist der Temperaturverlauf an den vier Knotenpunkten P1, P2, P3, P4 über den Zeitverlauf eines Heißnietvorgangs dargestellt. Es zeigt sich eine permanente Temperaturerhöhung an der Arbeitsfläche 303 des Stempels 301 während des Umformvorgangs, die durch eine große thermische Trägheit des massiven Stempels 301 verursacht wird. Dies zeigt, dass der Heißnietvorgang nur schwer regelbar ist und damit ein Problem insbesondere im Hinblick auf die Qualität der Nietverbindungen darstellt.It is the temperature profile at the four nodes P1 . P2 . P3 . P4 shown over the time course of a Heißnietvorgangs. It shows a permanent increase in temperature at the work surface 303 of the stamp 301 during the forming process, due to a large thermal inertia of the solid stamp 301 is caused. This shows that the Heißnietvorgang is difficult to control and thus represents a problem, in particular with regard to the quality of the riveted joints.

In 4 ist eine erfindungsgemäße Heißnietvorrichtung 401 mit einem erfindungsgemäßen Heißnietstempel 402 dargestellt. Die Heißnietvorrichtung 401 umfasst den Heißnietstempel 402 mit einer entsprechend der jeweiligen Nietkopfkontur, vorzugsweise nach innen gewölbten, angepassten Arbeitsfläche 403. Im Innern des Heißnietstempels 402 ist eine Heizeinheit 404 angeordnet, die, mit Strom versorgt, den Heißnietstempel 402 und insbesondere dessen Arbeitsfläche 403 erhitzt. Der Neißnietstempel 402 ist über eine Befestigungskomponente 405 an einer Trägerplatte 406 befestigt. Im Heißnietstempel 402 verlaufen zwei Kühlrohre 407 bzw. Kühlkanäle, die vorzugsweise mit Kühlluft versorgt werden.In 4 is a Heißnietvorrichtung invention 401 with a Heißnietstempel invention 402 shown. The hot riveting device 401 includes the hot riveting stamp 402 with an according to the respective Nietkopfkontur, preferably inwardly curved, adapted working surface 403 , Inside the hot rivet stamp 402 is a heating unit 404 arranged, which, supplied with power, the Heißnietstempel 402 and in particular its work surface 403 heated. The Neißnietstempel 402 is about a fastening component 405 on a carrier plate 406 attached. In hot riveting stamp 402 run two cooling tubes 407 or cooling channels, which are preferably supplied with cooling air.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehr als zwei Kühlrohre 407 bzw. Kühlkanäle innerhalb des Heißnietstempels 402 vorgesehen. Dies ermöglicht eine besonders effektive Abkühlung durch Zuführung von Kühlluft.In an advantageous embodiment of the invention are more than two cooling tubes 407 or cooling channels within the Heißnietstempels 402 intended. This allows a particularly effective cooling by supplying cooling air.

Es kann aber in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nur ein Kühlrohr 407 bzw. Kühlkanal vorgesehen sein, was die Herstellung des Heißnietstempels 402 vereinfacht.However, in a further advantageous embodiment of the invention, it can only be a cooling tube 407 or cooling channel be provided, which is the production of Heißnietstempels 402 simplified.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen. Dass das oder die Kühlrohre 407 bzw. -kanäle in Wendeln den Heißnietstempel 402 durchlaufen. Hierdurch ist der Heißnietstempel 402 schnell abkühlbar. Vorzugsweise sind die Wendeln im Fuß 412 des Heißnietstempels 402 vorhanden, da nur dieser schnell abzukühlen ist.In a further advantageous embodiment of the invention is provided. That or the cooling tubes 407 or channels in coils the Heißnietstempel 402 run through. This is the Heißnietstempel 402 quickly cooled. Preferably, the coils are in the foot 412 of the riveting stamp 402 available, since only this is cool down quickly.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlrohre 407 bzw. Kühlkanäle einen geschlossenen Kreislauf bilden und über eine Pumpe ein gekühltes Medium den Kreislauf durchfließt. Somit kann gezielt eine schnelle Abkühlung erreicht werden.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the cooling pipes 407 or cooling channels form a closed circuit and a cooled medium flows through a circuit through a pump. Thus, a targeted rapid cooling can be achieved.

Es ist eine thermische Trenneinheit 408 vorgesehen. Diese ist oberhalb der Heizeinheit 404 im Heißnietstempel 402 angeordnet und verhindert, dass Wärme von der Heizeinheit 404 in Bereich des Heißnietstempels 402 oberhalb der thermischen Trenneinheit 408 ungehindert abgeleitet wird. Dadurch verbleibt die von der Heizeinheit 404 eingebrachte Wärmeenergie weitgehend in dem Bereich des Heißnietstempels 402, der für den Heißnietvorgang zuständig ist. Die thermische Trenneinheit 408 ist vorzugsweise in Form einer thermischen Trennschicht ausgestaltet. Diese wird bereits beim Herstellungsprozess des Heißnietstempels 402 erzeugt bzw. integriert.It is a thermal separation unit 408 intended. This is above the heating unit 404 in the hot riveting stamp 402 arranged and prevents heat from the heating unit 404 in the area of the hot riveting stamp 402 above the thermal separation unit 408 is derived unhindered. This leaves the heating unit 404 introduced heat energy largely in the area of the Heißnietstempels 402 , who is responsible for the hot riveting process. The thermal separation unit 408 is preferably designed in the form of a thermal separating layer. This is already in the process of manufacturing the Heißnietstempels 402 created or integrated.

Es wird gezielt nur der Fuß 412 des Heißnietstempels 402 über die Heizeinheit 404 erhitzt. Durch die thermische Trenneinheit 408 wird ein Energieverlust durch Abstrahlung und Konvektion reduziert, zumal die Oberfläche des Heißnietstempels 402, die erhitzt ist, sich nur auf den Fuß 412 unterhalb der thermischen Trenneinheit 408 beschränkt. Außerdem ist die Masse dieses Teiles des Heißnietstempels 402 weit geringer als die Masse des gesamten Heißnietstempels 402, sodass auch eine geringere Energie notwendig ist um den Heißnietstempel 402, dessen für den Nietvorgang relevanten Teil, nämlich den Fuß 412, zu erhitzen und weniger Zeit um diesen anschließend wieder abzukühlen.It is targeted only the foot 412 of the riveting stamp 402 over the heating unit 404 heated. Through the thermal separation unit 408 Energy loss through radiation and convection is reduced, especially as the surface of the hot rivet punch 402 that is heated, only on the foot 412 below the thermal separation unit 408 limited. In addition, the bulk of this part of the hot riveting stamp is 402 far less than the mass of the entire Heißnietstempels 402 , so that a lower energy is necessary to the Heißnietstempel 402 whose part relevant for the riveting process, namely the foot 412 to heat up and less time to then cool it again.

Der Heißnietstempel 402 ist mit der Trägerplatte 406 über die Befestigungskomponente 405 verbunden. Durch die Trägerplatte 406 ist Kühlluft in die Kühlrohre 407 bzw. Kühlkanäle zuführbar, ebenso erfolgt hierüber die Zuführung des elektrischen Stroms für die elektrisch betriebene Heizeinheit 404.The hot riveting stamp 402 is with the carrier plate 406 via the fastening component 405 connected. Through the carrier plate 406 is cooling air in the cooling tubes 407 or cooling channels fed, as well as the supply of the electric current for the electrically operated heating unit 404 ,

Die Kühlrohre 407 bzw. -kanäle enden über einer Verjüngung des Fußes 412 des Heißnietstempels 402, sodass aus den Kühlrohren 407 bzw. -kanälen ein Luftstrom gerichtet entlang des Fußes 412 des Heißnietstempels 402 im Bereich der Arbeitsfläche 403 zugeführt werden kann und damit der Fuß 412 des Heißnietstempels 402 und ein Nietdom 409, der zwei Fügepartner 410, 411 verbindet, gekühlt werden kann.
Zugleich erfolgt eine Kühlung des gesamten Heißnietstempels 402.The cooling pipes 407 or channels end above a taper of the foot 412 of the riveting stamp 402 , so from the cooling tubes 407 or channels a stream of air directed along the foot 412 of the riveting stamp 402 in the area of the work surface 403 can be supplied and thus the foot 412 of the riveting stamp 402 and a rivet dome 409 , the two joining partners 410 . 411 connects, can be cooled.
At the same time there is a cooling of the entire Heißnietstempels 402 ,

Der Heißnietstempel 402 ist über einem Nietdom 409 angeordnet, mittels dessen die zwei Fügepartner 410, 411 mechanisch zu verbinden sind. Der Heißnietstempel 402 und dessen Arbeitsfläche 403 werden auf eine Temperatur erhitzt bei welcher der Nietdom 409 schmilzt bzw. verformbar wird. Es wird dann der Heißnietstempel 402 mit der Arbeitsfläche 403 auf den Nietdom 409 gedrückt und dieser verformt sich und verbindet die beiden Fügepartner 410, 411. Anschließend wird der Heißnietstempel 402 mittels des Luftstroms aus den Kühlluftrohren 407 bzw. -kanälen, der durch einblasen von kühler Luft in die Luftrohre 407 bzw. -kanäle erzeugbar ist, gekühlt. Sobald der Fuß 412 des Heißnietstempels 402 soweit abgekühlt ist, dass der Nietdom 409 eine Temperatur besitzt, bei welcher dieser nicht mehr verformbar ist, wird der Heißnietstempel 402 zurückgefahren.The hot riveting stamp 402 is over a rivet dome 409 arranged, by means of which the two joining partners 410 . 411 are mechanically connect. The hot riveting stamp 402 and its work surface 403 are heated to a temperature at which the rivet dome 409 melts or deforms. It is then the Heißnietstempel 402 with the work surface 403 on the rivet dome 409 pressed and this deforms and connects the two joining partners 410 . 411 , Subsequently, the Heißnietstempel 402 by means of the air flow from the cooling air pipes 407 or channels, by blowing cool air into the air pipes 407 or channels can be generated, cooled. As soon as the foot 412 of the riveting stamp 402 as far as cooled, that the rivet dome 409 has a temperature at which this is no longer deformable, the Heißnietstempel 402 scaled back.

Die Trägerplatte 406 ist verfahrbar in Richtung auf den Nietdom 409. An der Trägerplatte 406 kann ein Heißnietstempel 402 oder es können mehrere Heißnietstempel befestigt oder angeordnet sein.The carrier plate 406 is movable in the direction of the rivet dome 409 , On the carrier plate 406 can be a hot riveting stamp 402 or several Heißnietstempel can be attached or arranged.

Der Heißnietstempel 402 besitzt somit eine Innenkühlung über die Kühlluftrohre 407 bzw. -kanälen und eine thermischen Trennung durch die thermische Trenneinheit 408 zu den anliegenden Komponenten.The hot riveting stamp 402 thus has an internal cooling over the cooling air pipes 407 or channels and a thermal separation by the thermal separation unit 408 to the adjacent components.

Der Heißnietstempel 402 wird durch additive Fertigungsverfahren hergestellt. Da additive Verfahren eine deutlich größere Gestaltungsfreiheit gegenüber konventionellen Technologien bieten, lassen sich damit problemlos hochkomplexe Kühlluftrohre 407 bzw. Kühlluftkanäle und Gitterstrukturen in das Innere des Heißnietstempels 402 integrieren. Mit der Kühlluftzufuhr durch die in den Heißnietstempel 402 verlaufenden Kühlluftrohren 407 bzw. Kühlluftkanälen und die in unmittelbarer Nähe der Nietkontaktfläche angeordneten Austrittsöffnungen 413 wird die Fügezone effektiv gekühlt, wodurch die Kühlzeit wesentlich herabgesetzt werden kann. Mittels der thermischen Trennung über die thermische Trenneinheit 408 im Inneren des Heißnietstempels 402 wird die direkte Wärmeübertragung in die mit dem Heißnietstempel 402 in Kontakt stehenden Anlagenkomponenten, wie z.B. der Befestigungskomponente 405 und der Trägerplatte 406, erheblich reduziert. Auf Grund einer geringeren thermischen Masse, die im Wesentlichen aus dem Fuß 412 des Heißnietstempels 402 besteht, können somit die Erwärmung und die Abkühlung des Nietkopfbereichs des Nietdoms 409 schneller erfolgen, woraus eine kürzere Prozesszykluszeit resultiert.The hot riveting stamp 402 is manufactured by additive manufacturing processes. Since additive processes offer significantly greater design freedom compared to conventional technologies, it is thus easy to set up highly complex cooling air tubes 407 or cooling air ducts and grid structures in the interior of the Heißnietstempels 402 integrate. With the cooling air supply through the in the Heißnietstempel 402 extending cooling air pipes 407 or cooling air ducts and arranged in the immediate vicinity of the Nietkontaktfläche outlet openings 413 The joining zone is effectively cooled, whereby the cooling time can be significantly reduced. By means of thermal separation via the thermal separation unit 408 inside the hot rivet stamp 402 is the direct heat transfer in the with the Heißnietstempel 402 in contact plant components, such as the fastening component 405 and the carrier plate 406 , considerably reduced. Due to a lower thermal mass, essentially from the foot 412 of the riveting stamp 402 Thus, the heating and cooling of the Nietkopfbereichs the rivet dome can thus 409 faster, resulting in a shorter process cycle time.

Durch die nunmehr konkret auf den Einzelfall einstellbare Erhitzung des Heißnietstempels 402, wobei nur noch die Masse des Fußes 412 des Heißnietstempels 402 zu erwärmen ist, kann die Heizleistung der Heizeinheit 404 reduziert werden, was zu einer Verkleinerung der Heizeinheit 404 und damit auch zu einer Verkleinerung der Abmessungen des Heißnietstempels 402 führt und damit zu einem geringeren Energieverbrauch. Zum anderen wird eine Reduzierung der Erwärmungs- und Abkühlzeit erreicht, wodurch die gesamte Prozesszykluszeit reduziert werden kann.By now specifically on the individual case adjustable heating of Heißnietstempels 402 , leaving only the mass of the foot 412 of the riveting stamp 402 To heat up, the heating power of the heating unit can 404 be reduced, resulting in a reduction of the heating unit 404 and thus also to a reduction in the dimensions of the Heißnietstempels 402 leads to lower energy consumption. On the other hand, a reduction of the heating and cooling time is achieved, whereby the entire process cycle time can be reduced.

Es ist der Kühlluftstrom 414 dargestellt, der durch die Kühlluftrohre 407 bzw. -kanäle durch den Heißnietstempel 402 geführt und an den Austrittsöffnungen 413 austritt und geleitet von der Form und Ausrichtung der Austrittsöffnungen 413 entlang dem Fuß 412 des Heißnietstempels 402 und an den Nietdom 409 bzw. den diesen umgebenden Bereich geführt wird.It is the cooling air flow 414 represented by the cooling air pipes 407 or channels through the Heißnietstempel 402 guided and at the outlet openings 413 leaking and guided by the shape and orientation of the outlet openings 413 along the foot 412 of the riveting stamp 402 and to the rivet dome 409 or the surrounding area is performed.

Ein erfindungsgemäßer Heißnietstempel 402 kann somit leichter und mit kleinerem Volumen gestaltet werden. Dementsprechend wird für seinen Vorschub weniger Kraft benötigt. Aufgrund des geringeren Raumbedarfs des Heißnietstempels 402 durch die kleinere Stempelgröße des bzw. schlankere Bauform des Heißnietstempels 402 und den Entfall der äußeren Kühleinrichtung über externe Kühlluftrohre, wie beim Stand der Technik der Fall, kann ein erfindungsgemäßer Heißnietstempel 402 an unzugänglicheren Stellen angeordnet werden. Hierdurch wird die Anpassbarkeit der Heißnietvorrichtung 401 an unterschiedlichste Nietaufgaben erhöht.
Der erfindungsgemäße Heißnietstempel 402 besitzt eine geringere thermische Trägheit, aufgrund der geringeren Masse, die zu erhitzen ist und erfordert daher einen niedrigeren Regelaufwand.An inventive Heißnietstempel 402 can thus be designed lighter and with smaller volume. Accordingly, less power is needed for its feed. Due to the smaller space requirement of the Heißnietstempels 402 due to the smaller punch size of the or slimmer design of Heißnietstempels 402 and the elimination of the outer cooling device via external cooling air pipes, as is the case in the prior art, a Heißnietstempel according to the invention 402 be arranged in more inaccessible places. This makes the adaptability of the Heißnietvorrichtung 401 increased to a variety of riveting tasks.
The Heißnietstempel invention 402 has a lower thermal inertia, due to the lower mass that is to be heated and therefore requires a lower control effort.

Zur Beheizung des Heißnietstempels 402 wird als Heizeinheit 404 ein keramisches Heizelement verwendet, welches in der Lage ist, eine hohe Leistungsdichte zu realisieren. Dies ermöglicht es, die Heizeinheit 404 mit geringerer Masse und kleineren Abmessungen im Vergleich zu herkömmlichen Heizpatronen oder Heizeinheiten auszulegen. Hierbei wird die beheizte Zone des Heizelementes 404 an die Geometrie des Heißnietstempels 402 und insbesondere dessen Fußes 412 derart angepasst, dass ausschließlich der Bereich des Heißnietstempels 402 in der Nähe der Arbeitsfläche 403 erwärmt wird. Ein größerer Heizwirkungsgrad und die Minimierung der zu erwärmenden Masse ermöglichen somit eine signifikante Reduzierung der zur Erwärmung des Heißnietstempels 402, eben nur dessen Fuß 412, auf die erforderliche Temperatur benötigten Zeitspanne und Energiemenge.For heating the Heißnietstempels 402 is called heating unit 404 uses a ceramic heating element capable of realizing a high power density. This allows the heating unit 404 be designed with lower mass and smaller dimensions compared to conventional heating cartridges or heating units. Here, the heated zone of the heating element 404 to the geometry of the Heißnietstempels 402 and in particular its foot 412 adapted so that only the area of the Heißnietstempels 402 near the work surface 403 is heated. Greater heating efficiency and minimization of the mass to be heated thus allow a significant reduction in the heating of the hot riveting punch 402 just his foot 412 , Time required for the required temperature and amount of energy.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermische Trenneinheit 408 durch eine Schicht eines Materials mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Material, aus dem der Korpus des Heißnietstempels 402 gefertigt ist, besteht. Es kann daher für die Trennschicht ein Material mit Edelstahlanteilen eingesetzt werden. Es kann aber auch durch eine Gitterstruktur im Innern des Heißnietstempels 402 ein solcher Bereich geschaffen werden. Es kann aber auch die thermische Trenneinheit 408 etabliert werden indem neben dem Einsatz eines mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit ausgestatteten Materials für die thermische Trenneinheit 408 eine Reduzierung des Materialquerschnitts und des wärmeleitfähigen Wirkbereichs erfolgt.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the thermal separation unit 408 by a layer of a material having reduced thermal conductivity with respect to the material from which the body of the Heißnietstempels 402 is made exists. It can therefore be used for the release layer, a material with stainless steel components. But it can also be through a grid structure inside the Heißnietstempels 402 such an area can be created. But it can also be the thermal separation unit 408 be established by in addition to the use of a material with a lower thermal conductivity material for the thermal separation unit 408 a reduction of the material cross-section and the heat-conductive effective range takes place.

In 5 ist ein Prozesszyklus während eines Heißnietvorgangs mit einer erfindungsgemäßen Heißnietvorrichtung und einem erfindungsgemäßen Heißnietstempel gemäß 4 dargestellt. Es ist ein Heißnietstempel 501, der dem Heißnietstempel 402 in 4 entspricht, schematisch dargestellt, der über einem Nietdom 502 angeordnet ist, der zwei Fügepartner 503, 504 verbinden soll. Der Heißnietstempel 501, der Nietdom 502 und die Fügepartner 503, 504 sind nebeneinander dargestellt, jeweils bei einem Verfahrensschritt, nämlich dem Verfahrensschritt des Erwärmens 505, des Umformens 506, des Abkühlens 507 und des Abhebens bzw. erneuten Erwärmens 508 des Heißnietstempels 501. Der Heißnietstempel 501 besitzt die thermische Trenneinheit 510.
Es ist außerdem die Temperatur T über die Zeit t in Sekunden dargestellt. Zunächst, bei t0, hat der Heißnietstempel 501 an seinem Fuß 509 und im Bereich der Arbeitsfläche 511 die Temperatur T1. Im Verfahrensschritt des Erwärmens 505 wird der Heißnietstempel 501 an seinem Fuß 509 und im Bereich der Arbeitsfläche 511 auf die Temperatur T2 erwärmt. Bei dieser Temperatur T2 ist der Nietdom 502 verformbar. Hierfür wird ein Zeitintervall t0 bis t1 benötigt. Bei t1 ist der Heißnietstempel 501 an seinem Fuß 509 und im Bereich der Arbeitsfläche 511 auf die Niettemperatur T2 gebracht und es wird der Verfahrensschritt des Umformens 506 gestartet. Hierzu wird der Heißnietstempel 501 auf den Nietdom 503 verfahren und auf diesen mit einer vordefinierten Kraft gepresst. Hierbei wird die Niettemperatur T2 beibehalten. Dies erfolgt während des Zeitintervalls t1 bis t2. Anschließend erfolgt der Verfahrensschritt des Abkühlens 507. Hierzu wird die Temperatur des Heißnietstempels 501 reduziert. Es wird Kühlluft zum Nietdom 502 durch den Heißnietstempel 501 und dessen Kühlluftrohre geleitet. Der Heißnietstempel 501 verbleibt im Zeitintervall t2 bis t3 auf dem Nietdom 502 bis die Temperatur T1 erreicht wird. Sodann wird im nächsten Verfahrensschritt des Abhebens bzw. erneuten Erwärmens 508 des Heißnietstempels 501 im Zeitintervall nach t3 wird der Heißnietstempel 501 in die Ausgansposition zurückgefahren. Es werden die beiden Fügepartner 503, 504 entnommen und neue Fügepartner in die Vorrichtung eingelegt.In 5 is a process cycle during a Heißnietvorgangs with a Heißnietvorrichtung invention and a Heißnietstempel invention 4 shown. It is a hot riveting stamp 501 who liked the hot riveting stamp 402 in 4 corresponds, shown schematically, the above a rivet dome 502 is arranged, the two joining partners 503 . 504 should connect. The hot riveting stamp 501 , the Nietdom 502 and the joining partners 503 . 504 are shown side by side, each in a process step, namely the process step of heating 505 , of reshaping 506 , cooling off 507 and lifting or reheating 508 of the riveting stamp 501 , The hot riveting stamp 501 owns the thermal separation unit 510 ,
It's also the temperature T over time t displayed in seconds. First, at t0, has the Heißnietstempel 501 at his foot 509 and in the area of the work surface 511 the temperature T1 , In the process step of heating 505 becomes the hot riveting stamp 501 at his foot 509 and in the area of the work surface 511 to the temperature T2 heated. At this temperature T2 is the rivet dome 502 deformable. This is a time interval t0 to t1 needed. at t1 is the hot riveting stamp 501 at his foot 509 and in the area of the work surface 511 on the riveting temperature T2 and it becomes the process step of forming 506 started. For this purpose, the Heißnietstempel 501 on the rivet dome 503 procedure and pressed on this with a predefined force. This is the riveting temperature T2 maintained. This happens during the time interval t1 to t2 , Subsequently, the process step of cooling takes place 507 , For this, the temperature of the Heißnietstempels 501 reduced. Cooling air becomes a rivet dome 502 by the hot riveting stamp 501 and directed its cooling air pipes. The hot riveting stamp 501 remains in the time interval t2 to t3 on the rivet dome 502 until the temperature T1 is reached. Then, in the next process step of lifting or reheating 508 of the riveting stamp 501 in the time interval after t3 the Heißnietstempel 501 moved back to the starting position. It will be the two joining partners 503 . 504 removed and inserted new joining partners in the device.

Es wird also der Heißnietstempel 501, sobald dessen Arbeitsfläche 511 die Niettemperatur T2 erreicht hat, die innerhalb eines Verformbarkeitstemperaturbereichs des zu bearbeitenden Kunststoffmaterials des Nietdoms 502 liegt, auf die beiden Fügepartner 503, 504 abgesenkt und es wird der Nietdom 502 zu einem Nietkopf umgeformt. Anschließend wird der Fuß 409 des Heißnietstempels 501 im Bereich der Arbeitsfläche 511 durch Anblasen mit Luft durch die Luftkanäle des Heißnietstempels 501 auf die Temperatur T1 unterhalb des Verformbarkeitstemperaturbereichs des Nietdoms 502 abgekühlt und in einem weiteren Schritt von dem ausgeformten und erstarrten Nietkopf abgehoben.So it is the Heißnietstempel 501 as soon as its working surface 511 the riveting temperature T2 has reached within a ductility temperature range of the plastic material to be processed of the rivet dome 502 lies on the two joining partners 503 . 504 lowered and it becomes the rivet dome 502 transformed into a rivet head. Then the foot becomes 409 of the riveting stamp 501 in the area of the work surface 511 by blowing air through the air channels of the Heißnietstempels 501 to the temperature T1 below the ductile temperature range of the rivet dome 502 cooled and lifted in a further step of the molded and solidified rivet head.

Der Zeitbedarf für den Verfahrensschritt des Umformens 506 ist prozessbedingt konstant. Der Zeitbedarf für den Verfahrensschritt des Erwärmens 505 und des Abkühlens 507 ist aber erheblich reduziert, was im Vergleich zur Dauer eines herkömmlichen Heißnietvorgangs nach dem Stand der Technik von ca. sechzig Sekunden auf nunmehr nur noch ca. siebenunddreißig Sekunden zu einer Zeitbedarfsreduzierung von ca. achtunddreißig Prozent führt. Es lässt sich die Zeit zum Erwärmen 505 auf ca. sieben Sekunden und die Zeit zum Abkühlen 507 auf ca. zehn Sekunden abkürzen.
Weiterhin ergibt sich ein veränderter Temperaturverlauf in der Umformphase 506. In den ersten ca. sechs bis sieben Sekunden steigt die Temperatur im Fuß 509 des Heißnietstempels 501 noch weiter an, danach aber sinkt sie langsam ab. Damit weist der erfindungsgemäße Heißnietstempel 501 eine geringere thermische Trägheit auf und erfordert daher einen niedrigeren Regelaufwand.The time required for the process step of forming 506 is constant due to the process. The time required for the process step of heating 505 and cooling 507 but is significantly reduced, which compared to the duration of a conventional Heißnietvorgangs according to the prior art of about sixty seconds now leads to only about thirty-seven seconds to a time requirement reduction of about thirty-eight percent. It takes time to warm up 505 to about seven seconds and the time to cool down 507 Shorten to about ten seconds.
Furthermore, there is a changed temperature profile in the forming phase 506 , In the first six to seven seconds, the temperature in the foot rises 509 of the riveting stamp 501 even further, but then it slowly sinks. Thus, the Heißnietstempel invention 501 a lower thermal inertia and therefore requires a lower control effort.

Zur Beheizung des Heißnietstempels 501 wird ein keramisches Heizelement eingesetzt, welches in der Lage ist, eine hohe Leistungsdichte zu realisieren. Dies ermöglicht es, die Heizeinheit mit geringerer Masse und kleineren Abmessungen im Vergleich zu herkömmlichen Heizpatronen oder Heizeinheiten auszulegen. Hierbei wird die beheizte Zone des Heizelementes an die Geometrie des Heißnietstempels 501 derart angepasst, dass ausschließlich der Bereich des Heißnietstempels 501 in der Nähe der Arbeitsfläche erwärmt wird. Ein größerer Heizwirkungsgrad und die Minimierung der zu erwärmenden Masse ermöglichen somit eine signifikante Reduzierung der zur Erwärmung des Heißnietstempels 501 auf die erforderliche Temperatur benötigten Zeitspanne und Energie. For heating the Heißnietstempels 501 a ceramic heating element is used, which is able to realize a high power density. This makes it possible to design the heating unit with lower mass and smaller dimensions compared to conventional heating cartridges or heating units. Here, the heated zone of the heating element to the geometry of Heißnietstempels 501 adapted so that only the area of the Heißnietstempels 501 is heated near the work surface. Greater heating efficiency and minimization of the mass to be heated thus allow a significant reduction in the heating of the hot riveting punch 501 required time and energy to the required temperature.

Außerdem besitzt der Heißnietstempel 501 eine Innenkühlung mittels der Kühlrohre bzw. -kanäle und die thermische Trennung mittels der thermischen Trenneinheit 510 zu anliegenden Komponenten. Durch die Anwendung von additiven Fertigungsverfahren zum Aufbau des Heißnietstempels 501 lassen sich damit problemlos hochkomplexe Kühlluftrohre bzw. Kühlluftkanäle und Gitterstrukturen in das Innere des Heißnietstempels 501 integrieren. Mit einer Kühlluftzufuhr durch die im Heißnietstempels 501 verlaufenden Rohre bzw. Kanäle und die in unmittelbarer Nähe der Nietkontaktfläche angeordneten Austrittsöffnungen wird die Fügezone effektiv gekühlt, wodurch die Kühlzeit wesentlich herabgesetzt werden kann. Mittels der thermischen Trennung im Inneren des Heißnietstempels 501 wird die direkte Wärmeübertragung in die mit dem Heißnietstempel 501 in Kontakt stehenden Anlagenkomponenten erheblich reduziert. Auf Grund einer geringeren thermischen Masse können somit die Erwärmung und die Abkühlung des Nietkopfbereichs schneller erfolgen, woraus eine kürzere Prozesszykluszeit resultiert.In addition, has the Heißnietstempel 501 an internal cooling by means of the cooling tubes or channels and the thermal separation by means of the thermal separation unit 510 to adjacent components. Through the use of additive manufacturing processes to build the Heißnietstempels 501 can be easily complex cooling air pipes or cooling air ducts and grid structures in the interior of the Heißnietstempels 501 integrate. With a cooling air supply through the in the Heißnietstempels 501 extending tubes or channels and arranged in the immediate vicinity of the Nietkontaktfläche outlet openings the joining zone is effectively cooled, whereby the cooling time can be significantly reduced. By means of the thermal separation inside the Heißnietstempels 501 is the direct heat transfer in the with the Heißnietstempel 501 considerably reduced in contact with plant components. Due to a lower thermal mass, the heating and cooling of the rivet head area can thus take place more quickly, resulting in a shorter process cycle time.

In 6 sind Temperatur-Zeit-Verläufe in Knotenpunkten eines erfindungsgemäßen Heißnietstempels dargestellt. Aus den in 6 dargestellten Temperatur-Zeit-Verläufen werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Heißnietstempels gegenüber dem Stand der Technik ersichtlich.In 6 are temperature-time courses in nodes of a Heißnietstempels invention shown. From the in 6 shown temperature-time courses are the advantages of the Heißnietstempels invention over the prior art can be seen.

Es ist schematisch ein Heißnietstempel 601 dargestellt, der einem Heißnietstempel gemäß der Ausführung von 4 bzw. 5 entspricht. Es ist eine Konturdarstellung gewählt, welche die Temperaturverteilung im Heißnietstempel 601 im quasistationären Temperaturzustand zeigt. Die größte Temperatur und damit Wärme verbleibt im Fuß 603 des Heißnietstempels 601. Dies erfolgt durch die eingebrachte thermische Trenneinheit 604, die im Heißnietstempel 601 eingebracht ist. Die Hitze die von der Heizeinheit eingebracht wird, wird im Fuß 603 und damit bei der Arbeitsfläche 602 gehalten.
In 6 sind Temperatur-Zeit-Verläufe in vier Knotenpunkten P1, P2, P3, P4 in unterschiedlichen Bereichen des Heißnietstempels 601 dargestellt.
Es wird die maximale Temperatur in der Nähe der Arbeitsfläche 602 des Heißnietstempels erreicht, also dort, wo eine Wärmeübertragung auf den Nietdom bei einem Heißnietvorgang stattfindet. Mit zunehmender Entfernung von der beheizten Zone des Heißnietstempels 601 sinkt die Temperatur stetig. Während die Temperatur im mittleren Bereich des Heißnietstempels sich um ca. zwanzig Grad C reduziert, beträgt die Temperatur am oberen Rand des Heißnietstempels im Durchschnitt einhundert Grad C weniger.
Die Erwärmung der mit dem Heißnietstempel 601 in Kontakt stehenden Komponenten in oberen Bereich des Heißnietstempels 601 ist wesentlich geringer, wodurch eine deutliche Reduzierung der Wärmeverluste erfolgt.
Es ist daher eine Verkürzung der Aufheiz- und Abkühlzeiten jeweils um bis zu fünfzig Prozent erzielbar.It is schematically a Heißnietstempel 601 shown, the a Heißnietstempel according to the execution of 4 respectively. 5 equivalent. It is selected a contour representation, which shows the temperature distribution in Heißnietstempel 601 in the quasi-stationary temperature state. The highest temperature and thus heat remains in the foot 603 of the riveting stamp 601 , This is done by the introduced thermal separation unit 604 in the hot rivet stamp 601 is introduced. The heat that is introduced by the heating unit becomes in the foot 603 and thus at the work surface 602 held.
In 6 are temperature-time curves in four nodes P1 . P2 . P3 . P4 in different areas of the Heißnietstempels 601 shown.
It will set the maximum temperature near the work surface 602 reaches the Heißnietstempels, ie where a heat transfer to the rivet dome takes place during a Heißnietvorgang. With increasing distance from the heated zone of the Heißnietstempels 601 the temperature drops steadily. While the temperature in the middle area of the Heißnietstempels by about twenty degrees C reduced, the temperature at the top of the Heißnietstempels averages one hundred degrees C fewer.
The heating of the hot riveting stamp 601 in contact components in the upper area of the Heißnietstempels 601 is much lower, resulting in a significant reduction in heat losses.
It is therefore possible to shorten the heating and cooling times in each case by up to fifty percent.

Es wird nur ein relativ kleiner Bereich um die Arbeitsfläche 602 des Heißnietstempels 601 auf eine Temperatur knapp oberhalb der erforderlichen Verformbarkeitstemperatur des Kunststoffs erwärmt. Im Mittelteil des Heißnietstempels 601 fällt die Temperatur kontinuierlich ab. Dadurch erfahren die anliegenden Vorrichtungskomponenten keine übermäßige Erwärmung. It will only be a relatively small area around the work surface 602 of the riveting stamp 601 heated to a temperature just above the required ductility of the plastic. In the middle part of the hot riveting stamp 601 the temperature drops continuously. As a result, the adjoining device components do not experience excessive heating.

Der quasistationäre Temperaturzustand wird bereits nach ca. zehn Minuten erreicht. Im Fuß 603 des Heißnietstempels 601, bei den Knotenpunkten P1 und P2 wird die erforderliche Prozesstemperatur erreicht, die Peripherie des Heißnietstempels 601 bei den Knotenpunkten P3 und P4 wird nur geringfügig erwärmt.The quasi-stationary temperature condition is reached after about ten minutes. In the foot 603 of the riveting stamp 601 , at the nodes P1 and P2 the required process temperature is reached, the periphery of the hot riveting punch 601 at the nodes P3 and P4 is heated only slightly.

In 7 ist ein Heißnietstempel in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Heißnietstempel 701 besteht aus einem Fußbereich 702 und einem Befestigungsbereich 703. Der Befestigungsbereich 703 dient zur Anordnung des Heißnietstempels 701 an einer Befestigungskomponente einer Vorrichtung. Der Fußbereich 702 ist an dem Befestigungsbereich 703 seitlich abgesetzt angeordnet. Es ist in dieser Absetzung eine thermische Trenneinheit angeordnet.In 7 a Heißnietstempel is shown in a perspective view. The hot riveting stamp 701 consists of a foot area 702 and a mounting area 703 , The attachment area 703 serves to arrange the Heißnietstempels 701 on a fastening component of a device. The foot area 702 is at the attachment area 703 arranged offset laterally. It is arranged in this deposition a thermal separation unit.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Fußbereich 702 zum Befestigungsbereich 703 gekröpft. In der Abkröpfung ist die thermische Trenneinheit angeordnet.In an advantageous embodiment of the invention, the foot area 702 to the attachment area 703 cranked. In the bend the thermal separation unit is arranged.

Im Fußbereich 702 ist eine Aussparung 704 vorhanden. In diese Aussparung 704 ist eine Heizeinheit einbringbar, welche zur Erwärmung des Fußbereichs 702 dient. Die Heizeinheit kann in Form einer Heizpatrone ausgestaltet sein. Es kann eine elektrisch betriebene Heizeinheit zum Einsatz kommen.In the foot area 702 is a recess 704 available. In this recess 704 a heating unit can be introduced, which is used to heat the foot area 702 serves. The heating unit can be designed in the form of a heating cartridge. An electrically operated heating unit can be used.

Der Fußbereich 702 weist eine gestufte Verjüngung 705 mit einem umlaufenden Rand auf. Aus dem Rand treten Öffnungen von Luftkanälen aus, die auf das untere Ende des Fußbereichs gerichtet sind. The foot area 702 has a stepped rejuvenation 705 with a circumferential edge. From the edge emerge openings of air channels, which are directed to the lower end of the foot area.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermische Trenneinheit durch eine Schicht eines Materials mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Material, aus dem der Korpus des Heißnietstempels gefertigt ist, besteht. Es kann daher für die Trennschicht ein Material mit Edelstahlanteilen eingesetzt werden.In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the thermal separation unit consists of a layer of a material with reduced thermal conductivity compared to the material from which the body of the Heißnietstempels is made. It can therefore be used for the release layer, a material with stainless steel components.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bereich des Übergangs zwischen Fußbereich 702 und Befestigungsbereich 703 die thermische Trenneinheit etabliert, wobei neben dem Einsatz eines mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit ausgestatteten Materials für die thermische Trenneinheit eine Reduzierung des Materialquerschnitts und des wärmeleitfähigen Wirkbereichs erfolgt.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the area of the transition between foot area 702 and attachment area 703 established the thermal separation unit, wherein in addition to the use of a material equipped with a lower thermal conductivity material for the thermal separation unit, a reduction of the material cross-section and the heat-conductive effective range takes place.

Es wird im Folgenden eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Heißnieten beschrieben, ohne auf eine Darstellung in einer Figur zu verweisen. Die Vorrichtung zum Heißnieten verwendet einen oder mehrere der vorherig beschriebenen Heißnietstempel. Die Heißnietstempel, die in der Heißnietvorrichtung, wie eingangs beschrieben, angeordnet sind, werden mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung der kongruenten Oberflächen der Nietdome bis zum Erreichen einer definierten Startposition, unter Beachtung vorgegebener oder voreingestellter definierter Koordinaten, mindestens eines Heißnietstempels verfahren und sodann mit einer geringeren Geschwindigkeit bis zum Berühren der Oberfläche mindestens eines Nietdomes vorgeschoben. Während des Rücklaufs und/oder während des Vorschubs bis zur Anlage des Heißnietstempels an dem Nietdom oder nach dem Vorschub bis zum Nietdom werden die Heißnietstempel auf eine Solltemperatur aufgeheizt. Die Heißnietstempel werden mit einer Vorschubbewegung, unter Aufbringung einer geregelten, konstanten oder einer progressiv ansteigenden Druckkraft, auf die Nietdome verfahren, bis die Verformung der Nietdome erreicht ist oder bis zum Erreichen eines definierten Verformungsgrades des mindestens einen Nietdomes.A hot-riveting device according to the invention will be described below, without referring to a representation in a figure. The hot riveting apparatus uses one or more of the previously described hot riveting dies. The Heißnietstempel, which are arranged in the Heißnietvorrichtung, as described above, are moved at a first speed in the direction of the congruent surfaces of the rivet dome until reaching a defined starting position, taking into account predetermined or preset defined coordinates, at least one Heißnietstempels and then with a lower speed to touch the surface of at least one Nietdomes advanced. During the return and / or during the feed to the plant of the Heißnietstempels at the rivet or after the feed to the rivet dome hot riveting are heated to a desired temperature. The Heißnietstempel be moved with a feed movement, applying a controlled, constant or a progressively increasing pressure force on the rivet mandrel until the deformation of the rivet dome is reached or until reaching a defined degree of deformation of the at least one Nietdomes.

Durch die stufenweise Änderung der Verfahrgeschwindigkeit wird erreicht, dass die Heißnietstempel sehr schnell den Ausgangspunkt erreichen, da die Koordinaten vorgegeben oder beim Einrichten der Vorrichtung durch einen Sensor erfasst werden und in einer Speichereinheit der Steuereinheit, die vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit ist, gespeichert werden.
Es ist auch eine zeitliche Zuordnung im Verfahrensablauf der Verfahrensschritte der Vorrichtung zum Heißnieten vorgesehen, so dass auch der Zeitpunkt, zu welchen der Vorschub unterbrochen werden soll, festgelegt werden kann. Ab diesem Zeitpunkt kann ein langsameres Verfahren einsetzen und/oder auch ein
Aufheizen oder ein Fortführen der Aufheizung des Heißnietstempels oder der Heißnietstempel, die in der Vorrichtung angeordnet sind, wie beschrieben in oder an der Trägerplatte. Die Verfahrgeschwindigkeit zwischen der Ausgangsposition und dem Anschlag des Heißnietstempels auf der Oberfläche eines Hohl- oder Vollnietes aus Kunststoff oder der Endposition nach Abschluss der Verformung erfolgt gegenüber dem ersten Vorschub langsamer.
Mit dem Anliegen des Heißnietstempels am Nietdom wird über die Steuerung veranlasst, dass der Servomotor mit einer progressiven oder mittels einer geregelten gleichbleibenden Druckkraft den Nietdom in gewünschter Weise durch den Heißnietstempel, insbesondere dessen Arbeitsfläche, vorgegeben verformt.The gradual change of the travel speed ensures that the Heißnietstempel very quickly reach the starting point, since the coordinates are given or detected when setting up the device by a sensor and stored in a memory unit of the control unit, which is preferably an electronic control unit.
It is also a temporal assignment in the process flow of the method steps of the device for hot riveting provided so that the time at which the feed is to be interrupted, can be set. From this point on, a slower procedure can be used and / or entered
Heating or continuing the heating of the hot riveting punch or hot riveting dies arranged in the apparatus as described in or on the support plate. The speed of movement between the starting position and the stop of the Heißnietstempels on the surface of a hollow or rivet made of plastic or the final position after completion of the deformation takes place more slowly compared to the first feed.
With the concern of the Heißnietstempels rivet on the ruling is caused by the control that the servo motor with a progressive or by means of a regulated constant compressive force the rivet mandrel in the desired manner by the Heißnietstempel, in particular its working surface, given deformed.

Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung einer ansteigenden Beschleunigungskurve bei der Vernietung der Nietprozess im Vergleich zu einer Nietung mit konstanter Verformzeit zeitlich wesentlich verkürzt werden kann, ebenso wenn mit gleichbleibender Druckkraft auf den Nietkopf gedrückt wird.It has been found that when using a rising acceleration curve in the riveting of the riveting process can be significantly reduced in time compared to a rivet with a constant deformation time, as well as when pressed with constant compressive force on the rivet head.

Um den Nietprozess weiter zu beschleunigen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass bereits während der ersten beiden Bewegungsabschnitte der Heißnietkopf bzw. jeder der vorhandenen Heißnietköpfe aufgeheizt oder auf Solltemperatur nachgeheizt wird, während die Aufheizung schon während der Rückführphase der Druckplatte nach der Verformung erfolgt.In order to further accelerate the riveting process, it has proved to be advantageous for the hot rivet head or each of the existing hot rivet heads to be heated or reheated to desired temperature during the first two movement sections, while the heating takes place during the return phase of the pressure plate after the deformation.

Die Erfindung umfasst aber auch eine Vorrichtung zum Verbinden von Gegenständen durch Kunststoffheißvernietung mittels Umformung erwärmter thermoplastischer Nietdome mittels einer Vorrichtung mit einer definierten Anzahl von Heißnietköpfen unterschiedlicher Höhe und Querschnittsform, die nach dem Einlegen der Gegenstände in die Vorrichtung und der Nieten in kongruente Durchbrüche in den Gegenständen oder nach Durchstecken der an einem Gegenstand fixierten Nietdome durch Durchbrüche in den weiteren Gegenständen zunächst bis zum Berühren der Oberfläche mindestens eines Nietdomes verfahren werden und sodann wegabhängig bis zum Erreichen des Anschlages den Verformungsprozess jedes Nietdomes durch die aufgeheizten Heißnietköpfe bewirken.However, the invention also encompasses a device for joining articles by plastic hot riveting by means of forming heated thermoplastic rivet domes by means of a device having a defined number of hot rivet heads of different height and cross-sectional shape, which after insertion of the articles into the device and the rivets into congruent openings in the articles or after passing through the rivet dome fixed to an object through openings in the further objects, first to contact the surface of at least one rivet dome, and then, depending on the distance, until reaching the stop, effecting the deformation process of each rivet dome by the heated hot rivet heads.

Nachfolgend wird die Vorrichtung zum Heißnieten anhand der Figur 4 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Heißnietvorrichtung besitzt eine Befestigungskomponente zur kraft- und/oder formschlüssigen Aufnahme mindestens eines Heißnietstempels 402. Es ist außerdem eine Trägerplatte 406 vorhanden, an welcher mindestens eine Befestigungskomponente 405 anordenbar ist. Es ist eine Arretiervorrichtung, nicht in 4 dargestellt, zur kraftschlüssigen Aufnahme mindestens zweier Fügepartner 410, 411 die mittels mindestens eines Niets verbindbar sind, vorhanden. Die Fügepartner 410, 411 weisen Durchbrüche, vorzugsweise in Form von Bohrungen auf, durch welche ein Nietdom 409 führbar ist, der die beiden Fügepartner 410, 411 verbindet. Es ist in der Heißnietvorrichtung 401 mindestens ein Heißnietstempel 402 so angeordnet, dass dieser in einer Position der Vorrichtung auf dem mindestens einen Nietdom 409 zu liegen kommt. Dies ist die Verformungsposition. Es ist eine Antriebseinheit vorhanden, die von einer elektronischen Steuereinheit, nicht in 4 dargestellt, ansteuerbar ist, wobei mittels der Antriebseinheit, gesteuert über die elektronische Steuereinheit, die Trägerplatte 406 in Richtung auf die Arretiervorrichtung oder von dieser weg bewegbar ist. Die elektronische Steuereinheit steuert die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempels 402 über dessen Heizeinheit 404, wobei die Steuereinheit die Vorrichtung in einem Zyklus mit mehreren einander nachfolgenden Arbeitsschritten betreibt. Zunächst fügt die Steuereinheit die mindestens zwei Fügepartner 410, 411 über eine mechanische Betätigungseinheit in die Arretiervorrichtung ein und führt den Nietdom 409 entsprechend ein; in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Nietdom 409 bereits eingeführt. Anschließend oder zeitgleich steuert die elektronische Steuereinheit die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempels 402 auf eine voreinstellbare Prozesstemperatur und hält diese Temperatur nach Erreichen der Prozesstemperatur durch geeignete Ansteuerung der Heizeinheit 404 des mindestens einen Heißnietstempels 402 nahezu konstant. Sodann steuert die Steuereinheit die Trägerplatte 406 mittels der Antriebseinheit auf die Fügepartner 410, 411 und presst den mindestens einen Heißnietstempel 402 mit einer vordefinierten Kraft auf den mindestens einen Nietdom 409 des Niets und belässt dies für einen voreinstellbaren Zeitraum. Danach leitet die elektronische Steuereinheit über einen einstellbaren Zeitraum aus dem mindestens einen Luftkanal 407 des mindestens einen Heißnietstempels 402 Kühlluft, wodurch der Fuß 412 des mindestens einen Heißnietstempels 402 und der Niet gekühlt werden. Anschließend entfernt die Steuereinheit die Trägerplatte 406 mittels der Antriebseinheit von den Fügepartnern 410, 411 entnimmt diese aus der Arretiervorrichtung und fügt erneut mindestens zwei Fügepartner 410, 411 über eine mechanische Betätigungseinheit in die Arretiervorrichtung ein. Sodann wird der Prozess erneut gestartet.
Die Prozesstemperatur zum Ausbilden des Nietkopfes wird nach etwa sieben Sekunden erreicht und der Abkühlvorgang nimmt in etwa zehn Sekunden in Anspruch.Hereinafter, the device for hot riveting with reference to the figure 4 described.
The Heißnietvorrichtung invention has a fastening component for non-positive and / or positive receiving at least one Heißnietstempels 402 , It is also a carrier plate 406 present, on which at least one fastening component 405 can be arranged. It is a locking device, not in 4 shown, for frictionally receiving at least two joining partners 410 . 411 which are connectable by means of at least one rivet available. The joining partners 410 . 411 have openings, preferably in the form of holes through which a rivet dome 409 is feasible, the two joining partners 410 . 411 combines. It is in the hot riveting device 401 at least one hot riveting stamp 402 arranged so that this in a position of the device on the at least one Nietdom 409 to come to rest. This is the deformation position. There is a drive unit that is provided by an electronic control unit, not in 4 shown, is controllable, wherein by means of the drive unit, controlled by the electronic control unit, the carrier plate 406 in the direction of the locking device or is movable away from it. The electronic control unit controls the heating of the at least one Heißnietstempels 402 via its heating unit 404 wherein the control unit operates the device in a cycle having a plurality of subsequent operations. First, the control unit adds the at least two joining partners 410 . 411 via a mechanical actuator in the locking device and leads the rivet dome 409 accordingly; in an advantageous embodiment of the invention, the rivet dome 409 already introduced. Subsequently or at the same time, the electronic control unit controls the heating of the at least one Heißnietstempels 402 to a presettable process temperature and keeps this temperature after reaching the process temperature by suitable control of the heating unit 404 the at least one Heißnietstempels 402 almost constant. Then, the control unit controls the carrier plate 406 by means of the drive unit to the joining partners 410 . 411 and squeeze the at least one hot riveting stamp 402 with a predefined force on the at least one rivet dome 409 of the rivet and leaves it for a presettable period of time. Thereafter, the electronic control unit over an adjustable period of time from the at least one air duct 407 the at least one Heißnietstempels 402 Cooling air, causing the foot 412 the at least one Heißnietstempels 402 and the rivet to be cooled. Subsequently, the control unit removes the carrier plate 406 by means of the drive unit from the joining partners 410 . 411 removes these from the locking device and adds again at least two joining partners 410 . 411 via a mechanical actuator in the locking device. Then the process is restarted.
The process temperature for forming the rivet head is reached after about seven seconds, and the cooling process takes about ten seconds.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
HeißnietvorrichtungHeißnietvorrichtung
102102
Stempelstamp
104104
Heizeinheitheating unit
105105
Befestigungskomponentemounting component
106106
Trägerplattesupport plate
107107
Kühlrohrcooling pipe
108108
Kühlluftcooling air
109109
Nietdomrivet pin
110110
Fügepartnerjoining partner
111111
Fügepartnerjoining partner
112112
Wärmefluss heat flow
201201
Stempelstamp
202202
Nietdomrivet pin
203203
Fügepartnerjoining partner
204204
Fügepartnerjoining partner
205205
Erwärmen (Phase des Erwärmens)Heating (heating phase)
206206
Umformen (Phase des Umformens)Forming (phase of forming)
207207
Abkühlen (Phase des Abkühlens)Cooling (phase of cooling)
208208
Anheben bzw. erneutes Erwärmen (Phase des Abhebens bzw. erneuten Erwärmens)Raising or reheating (lifting or reheating phase)
t, t0, t1, t2, t3t, t0, t1, t2, t3
Zeitpunkttime
T, T1, T2T, T1, T2
Temperatur temperature
301301
Stempelstamp
302302
Spitzetop
303303
Arbeitsflächeworking surface
P1, P2, P3, P4P1, P2, P3, P4
Knotenpunkte hubs
401401
HeißnietvorrichtungHeißnietvorrichtung
402402
HeißnietstempelHeißnietstempel
403403
Arbeitsflächeworking surface
404404
Heizeinheitheating unit
405405
Befestigungskomponentemounting component
406406
Trägerplattesupport plate
407407
Kühlluftrohr bzw. KühlluftkanalCooling air pipe or cooling air duct
408408
thermische Trenneinheitthermal separation unit
409409
Nietdomrivet pin
410410
Fügepartnerjoining partner
411411
Fügepartnerjoining partner
412412
Fuß des HeißnietstempelsFoot of the riveting stamp
413413
Austrittsöffnung (des Kühlluftrohrs bzw. Kühlluftkanals)Outlet opening (of the cooling air pipe or cooling air duct)
414414
KühlluftstromCooling air flow
415415
Wärmefluss heat flow
501501
HeißnietstempelHeißnietstempel
502502
Nietdomrivet pin
503503
Fügepartnerjoining partner
504504
Fügepartnerjoining partner
505505
Erwärmen (Phase des Erwärmens)Heating (heating phase)
506506
Umformen (Phase des Umformens)Forming (phase of forming)
507507
Abkühlen (Phase des Abkühlens)Cooling (phase of cooling)
508508
Anheben bzw. erneutes Erwärmen (Phase des Abhebens bzw. erneuten Erwärmens)Raising or reheating (lifting or reheating phase)
509509
Fuß (des Heißnietstempels)Foot (of the riveting stamp)
510510
thermische Trenneinheitthermal separation unit
511511
Arbeitsfläche working surface
t, t0, t1, t2, t3t, t0, t1, t2, t3
Zeitpunkttime
T, T1, T2T, T1, T2
Temperatur temperature
601601
HeißnietstempelHeißnietstempel
602602
Arbeitsflächeworking surface
603603
Fuß (des Heißnietstempels)Foot (of the riveting stamp)
604604
thermische Trenneinheit thermal separation unit
P1, P2, P3, P4P1, P2, P3, P4
Knotenpunkte hubs
701701
HeißnietstempelHeißnietstempel
702702
Fußbereichfooter
703703
Befestigungsbereichfastening area
704704
Aussparungrecess
705705
Verjüngungrejuvenation

Claims (10)

Heißnietstempel (402) aufweisend einen Fuß (412) mit einer Arbeitsfläche (403), die mittels einer Heizeinheit (404) erhitzbar ist, wobei die Heizeinheit (404) in oder an dem Heißnietstempel (402) angeordnet ist und wobei die Arbeitsfläche (403) des Fußes (412) an die zu erzeugende Nietkopfkontur angepasst ist, und einen Aufnahmebereich, mittels dessen der Heißnietstempel (402) an einer Vorrichtung befestigbar ist, wobei zwischen dem Aufnahmebereich und dem Fuß (413) mit der Arbeitsfläche (403) eine thermische Trenneinheit (408) vorgesehen ist, welche eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Fuß (412) mit der Arbeitsfläche (403) und dem Aufnahmebereich verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Trenneinheit (408) von einem Bereich mit einer Reduzierung des Materialquerschnitts mittels der Ausbildung von Gitterstrukturen gebildet ist.A hot riveting punch (402) comprising a foot (412) having a work surface (403) that is heatable by a heating unit (404), the heating unit (404) being disposed in or on the hot riveting punch (402), and wherein the work surface (403) of the foot (412) is adapted to the rivet head contour to be generated, and a receiving area, by means of which the Heißnietstempel (402) is attachable to a device, wherein between the receiving area and the foot (413) with the working surface (403) is a thermal separation unit ( 408) is provided, which prevents direct heat transfer between the foot (412) with the work surface (403) and the receiving area, characterized in that the thermal separation unit (408) is formed by a region with a reduction of the material cross section by means of the formation of lattice structures is. Heißnietstempel (402) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Trenneinheit (408) aus einer Schicht mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Material des Fußes (413) und des Aufnahmebereichs des Heißnietstempels (402) gebildet ist.Hot riveting stamp (402) after Claim 1 , characterized in that the thermal separation unit (408) is formed from a layer of reduced thermal conductivity to the material of the foot (413) and the receiving area of the Heißnietstempels (402). Heißnietstempel (402) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißnietstempel (402) mindestens einen Kanal (407) besitzt, der den Heißnietstempel (402) in seiner Längsachse im Innern durchläuft und mindestens eine Öffnung (413) besitzt, die in der Nähe der Arbeitsfläche (403) des Fußes (412) angeordnet ist.Hot riveting stamp (402) after Claim 1 characterized in that the hot riveting punch (402) has at least one channel (407) passing through the hot riveting punch (402) in its longitudinal axis and having at least one opening (413) proximate the working surface (403) of the foot (412) is arranged. Heißnietstempel (402) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (412) des Heißnietstempels (402) eine Verjüngung aufweist, oberhalb derer die Öffnung (413) des Kanals (407) ausmündet.Hot riveting stamp (402) after Claim 3 , characterized in that the foot (412) of the hot rivet punch (402) has a taper above which the opening (413) of the channel (407) opens. Heißnietstempel (402) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (404) ein keramisches Heizelement ist und/oder dass die Heizeinheit (404) im Fuß des Heißnietstempels (402) angeordnet ist.A hot riveting punch (402) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating unit (404) is a ceramic heating element and / or that the heating unit (404) is located in the base of the hot riveting punch (402). Heißnietstempel (402) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (412) des Heißnietstempels (402) gegenüber dem Aufnahmebereich des Heißnietstempels (402) gekröpft angeordnet ist.Hot riveting punch (402) according to one of the preceding claims, characterized in that the foot (412) of the hot rivet punch (402) is arranged offset in relation to the receiving area of the hot rivet punch (402). Heißnietstempel (402) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Trenneinheit (408) im Kröpfungsbereich integriert ist. Hot riveting stamp (402) after Claim 6 , characterized in that the thermal separation unit (408) is integrated in the cranking area. Heißnietstempel (402) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fuß (412) des Heißnietstempels (402) eine von außen zugängliche Aussparung (704) vorhanden ist, in welche die Heizeinheit (404) einsetzbar ist.Hot riveting punch (402) according to one of the preceding claims, characterized in that in the foot (412) of the Heißnietstempels (402) an externally accessible recess (704) is provided, in which the heating unit (404) can be inserted. Heißnietstempelvorrichtung mit einer Befestigungskomponente (405) zur kraft- und/oder formschlüssigen Aufnahme mindestens eines Heißnietstempels (402) mit den Merkmalen eines der vorangehenden Patentansprüche und einer Trägerplatte (406) an welcher mindestens eine Befestigungskomponente (405) anordenbar ist, einer Arretiervorrichtung zur kraftschlüssigen Aufnahme mindestens zweier Fügepartner (410, 411) die mittels mindestens eines Niets verbindbar sind, wobei der mindestens eine Heißnietstempel (402) so in der Vorrichtung angeordnet ist, dass dieser in einer Position der Vorrichtung auf dem mindestens einen Niet zu liegen kommt, einer Antriebseinheit, die von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei mittels der Antriebseinheit, gesteuert über die elektronische Steuereinheit die Trägerplatte (406) in Richtung auf die Arretiervorrichtung oder von dieser weg bewegbar ist, wobei die elektronische Steuereinheit außerdem die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempels (402) steuert, wobei die Steuereinheit die Vorrichtung in einem Zyklus mit mehreren einander nachfolgenden Arbeitsschritten betreibt, wobei zunächst die Steuereinheit die mindestens zwei Fügepartner (411, 412) über eine mechanische Betätigungseinheit in die Arretiervorrichtung einlegt und die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempels (402) auf eine Prozesstemperatur vornimmt und diese Temperatur nach Erreichen der Prozesstemperatur durch geeignete Ansteuerung der Heizeinheit (404) des mindestens einen Heißnietstempels (402) beibehält, nach Erreichen der Prozesstemperatur die Steuereinheit die Trägerplatte (406) mittels der Antriebseinheit auf die Fügepartner (411, 412) verfährt und den mindestens einen Heißnietstempel (402) mit einer vordefinierten Kraft auf den mindestens einen Nietdom (409) des Niets presst und dort für einen voreinstellbaren Zeitraum belässt, danach über einen einstellbaren Zeitraum über den mindestens einen Kanal (407) des mindestens einen Heißnietstempels (402) Kühlluft einleitet, wodurch der Fuß (412) des mindestens einen Heißnietstempels (402) und der Niet gekühlt werden und anschließend die Steuereinheit die die Trägerplatte (406) mittels der Antriebseinheit von den Fügepartnern (411, 412) entfernt, erneut mindestens zwei Fügepartner (411, 412) über eine mechanische Betätigungseinheit in die Arretiervorrichtung einlegt und die Erwärmung des mindestens einen Heißnietstempels (402) auf die Prozesstemperatur startet.Heißnietstempelvorrichtung with a fastening component (405) for non-positive and / or positive receiving at least one Heißnietstempels (402) having the features of any of the preceding claims and a support plate (406) on which at least one fastening component (405) can be arranged, a locking device for frictional recording at least two joining partners (410, 411) which can be connected by means of at least one rivet, wherein the at least one Heißnietstempel (402) is arranged in the device so that it comes to lie in a position of the device on the at least one rivet, a drive unit, which is controlled by an electronic control unit, wherein by means of the drive unit, controlled by the electronic control unit, the carrier plate (406) is movable towards the locking device or away from the latter, wherein the electronic control unit also heating the at least one Heißn ietstempels (402) controls, wherein the control unit operates the device in a cycle with a plurality of successive steps, wherein first the control unit inserts the at least two joining partners (411, 412) via a mechanical actuating unit in the locking device and the heating of the at least one Heißnietstempels ( 402) to a process temperature and maintains this temperature after reaching the process temperature by suitable control of the heating unit (404) of the at least one Heißnietstempels (402), after reaching the process temperature, the control unit, the carrier plate (406) by means of the drive unit to the joining partners (411, 412) and presses the at least one Heißnietstempel (402) with a predefined force on the at least one Nietdom (409) of the rivet and leaves there for a pre-settable period, then for an adjustable period of at least one channel (407) of the least ns initiates a hot rivet punch (402) cooling air, whereby the foot (412) of the at least one Heißnietstempels (402) and the rivet are cooled and then the control unit which removes the carrier plate (406) by means of the drive unit from the joining partners (411, 412), again at least two joining partners (411, 412) via a mechanical actuating unit in the locking device and starts the heating of the at least one Heißnietstempels (402) to the process temperature. Heißnietstempelvorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Prozesstemperatur nach etwa sieben Sekunden erreicht und der Abkühlvorgang etwa zehn Sekunden beansprucht.Heißnietstempelvorrichtung after Claim 9 , characterized in that the device reaches the process temperature after about seven seconds and the cooling process takes about ten seconds.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023021011A1 (en) 2021-08-17 2023-02-23 Richard Bergner Holding GmbH & Co. KG System and method for processing workpieces, and processing station for a system of this kind

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107695208A (en) * 2017-09-22 2018-02-16 东莞帕姆蒂昊宇液态金属有限公司 A kind of amorphous product automatic thermal riveting connection device
CN114109018B (en) * 2021-12-21 2023-05-12 黄伟 Scaffold connecting device for building construction and application method thereof
CN117445420B (en) * 2023-12-20 2024-03-19 浙江明禾新能科技股份有限公司 Semi-automatic hot riveting machine

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2405033A (en) * 1944-07-13 1946-07-30 Ncr Co Hot riveter
JPS63194930A (en) * 1987-02-09 1988-08-12 Tohoku Munekata Kk Welding device for plastic
DE29507066U1 (en) 1995-04-27 1995-09-28 Paul Kiefel GmbH, 83395 Freilassing Device for riveting plastic parts
DE19632238A1 (en) 1996-08-09 1998-02-12 Alusuisse Bayrisches Druckgus Stud former for rocker cover mountings of internal combustion engine cylinder head cover
WO2002057066A1 (en) * 2001-01-18 2002-07-25 Munekata Ireland Limited Method of joining thermoplastics parts
US20040250939A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Keiji Konishi Thermo-welding equipment used for thermoplastic resin moled goods
DE10352821A1 (en) 2003-11-12 2005-06-23 Avw Systemtechnik Gmbh Riveting appliance for thermoplastic rivets has setting with peripheral air outlets for cold air to escape into an air guide channel containing the setting die
DE102010061164A1 (en) 2010-12-10 2012-06-14 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Method for carrying out plastic-heat riveting, involves heating projecting rivet section and deforming rivet section to rivet head by hot rivet head
DE102014101750A1 (en) 2014-02-12 2015-08-13 Ernst Gebert Method for joining objects by plastic hot riveting and a device for hot riveting

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2405033A (en) * 1944-07-13 1946-07-30 Ncr Co Hot riveter
JPS63194930A (en) * 1987-02-09 1988-08-12 Tohoku Munekata Kk Welding device for plastic
DE29507066U1 (en) 1995-04-27 1995-09-28 Paul Kiefel GmbH, 83395 Freilassing Device for riveting plastic parts
DE19632238A1 (en) 1996-08-09 1998-02-12 Alusuisse Bayrisches Druckgus Stud former for rocker cover mountings of internal combustion engine cylinder head cover
WO2002057066A1 (en) * 2001-01-18 2002-07-25 Munekata Ireland Limited Method of joining thermoplastics parts
US20040250939A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-16 Keiji Konishi Thermo-welding equipment used for thermoplastic resin moled goods
DE10352821A1 (en) 2003-11-12 2005-06-23 Avw Systemtechnik Gmbh Riveting appliance for thermoplastic rivets has setting with peripheral air outlets for cold air to escape into an air guide channel containing the setting die
DE102010061164A1 (en) 2010-12-10 2012-06-14 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Method for carrying out plastic-heat riveting, involves heating projecting rivet section and deforming rivet section to rivet head by hot rivet head
DE102014101750A1 (en) 2014-02-12 2015-08-13 Ernst Gebert Method for joining objects by plastic hot riveting and a device for hot riveting

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023021011A1 (en) 2021-08-17 2023-02-23 Richard Bergner Holding GmbH & Co. KG System and method for processing workpieces, and processing station for a system of this kind
DE102021209012A1 (en) 2021-08-17 2023-02-23 Richard Bergner Holding GmbH & Co. KG System and method for processing workpieces and processing station for such a system

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