-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heißklebevorrichtung mit mindestens einem kabellosen, mobilen Heißklebestift zur Verarbeitung von Heißklebesticks, und mit einer externen, elektrischen Heizstation.
-
Aus dem Stand der Technik sind stiftförmige Heißklebevorrichtungen zur Verarbeitung von Heißklebesticks bekannt. Die hierbei zum Betrieb notwendigen, gebräuchlicherweise zylindrischen Heißklebesticks bzw. Heißklebepatronen werden bei derartigen, stiftförmigen Heißklebevorrichtungen in eine üblicherweise widerstandsbeheizte Schmelzkammer eines entsprechenden Heißklebestiftes eingeschoben und darin abschnittsweise aufgeschmolzen. Weiterhin sind kabelgebundene und kabellose Heißklebestifte bekannt, wobei letztere ein komfortableres Arbeiten ermöglichen sollen.
-
Aus der
DE 1 779 467 ist ein kabelloser Handspender für thermoplastische Haft- oder Klebmittel bekannt. Dieser kabellose Handspender verfügt über ein tragbares Auftragsglied und ein normalerweise ortsfestes Heizglied. Das Auftragsglied besteht aus einem langen Griffelteil, das eine im Wesentlichen zylindrische Kammer für die Aufnahme einer vorgegebenen Menge eines festen thermoplastischen Haft- oder Klebstoffes begrenzt. Ein Heizeinsatz des ortsfesten Heizglieds hat ein durchgehendes konisches Loch, das sich durch eine Fußplatte erstreckt und zur Aufnahme eines Wärmeleitkopfes des tragbaren Auftragsgliedes ausgebildet ist. Dem Heizeinsatz in dem ortsfesten Heizglied wird mittels eines elektrischen Heizwiderstands Wärme zugeführt, die im Wege der Wärmeleitung auf den Wärmeleitkopf des tragbaren Auftragsglieds übertragen wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heißklebevorrichtung mit mindestens einem kabellosen, mobilen Heißklebestift zur Verarbeitung von Heißklebesticks, und mit einer externen, elektrischen Heizstation, wobei die Heizstation eine Halterung mit einer Induktivheizung zum zumindest bereichsweise berührungslosen Aufheizen des zumindest abschnittsweise in der Halterung aufnehmbaren Heißklebestifts aufweist.
-
Die Erfindung ermöglicht somit einen energieeffizienten, kabellosen Betrieb einer Vielzahl verschiedener Typen bzw. Arten von Heißklebestiften an nur einer Heizstation. Als verschiedene Typen von Heißklebestiften werden im Kontext dieser Beschreibung z.B. Heißklebestifte verstanden, die mit Heißklebesticks mit unterschiedlicher Farbe, mit verschiedenen Klebstoffeigenschaften und/oder mit abweichenden Füllkörpern versehen sind.
-
Bevorzugt weist der Heißklebestift ein stiftförmiges Stiftgehäuse mit einem Zuführabschnitt für Heißklebesticks und einem Halteabschnitt zum anwenderseitigen Ergreifen auf, wobei der Halteabschnitt unter Schaffung eines Ringspalts koaxial in einem Aufnahmeschacht der Halterung der Heizstation aufnehmbar ist. Hierdurch ist ein komfortables und ermüdungsfreies Arbeiten mit dem mobilen kabellosen Heißklebestift möglich.
-
Vorzugsweise ist zwischen dem Zuführabschnitt und dem Halteabschnitt des Stiftgehäuses ein Zentrierabschnitt ausgebildet, der formschlüssig im Aufnahmeschacht aufnehmbar ist, wobei zwischen dem Zuführabschnitt und dem Zentrierabschnitt eine Schulter ausgebildet ist, die zur Anlage an einer Stirnseite der Halterung der Heizstation vorgesehen ist. Infolgedessen ist die räumliche Lage eines in die Heizstation ordnungsgemäß eingesteckten Heißklebesticks radial und axial präzise sowie zuverlässig reproduzierbar definiert. Dies ist unter anderem für die Effektivität der Induktivheizung sowie die zuverlässige und eindeutige berührungslose Erkennung von unterschiedlichen Typen von Heißklebestiften, die z.B. mit verschiedenen Heißklebesticks bzw. Heißklebepatronen bestückt sind, von zentraler Bedeutung. Ein Außendurchmesser des Zuführabschnitts ist hierbei bevorzugt zumindest geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Zentrierabschnitts, der wiederum vorzugsweise zumindest geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Halteabschnitts dimensioniert ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Heizstation eine Grundplatte mit einem Ablagebereich für eine vorgegebene Anzahl an Heißklebestiften auf, und eine Längsmittelachse des Aufnahmeschachts der Halterung der Heizstation verläuft in Relation zur Grundplatte geneigt. Hierdurch kann dem Anwender eine Vielzahl unterschiedlicher Heißklebestifte geordnet und jederzeit leicht griffbereit zur Verfügung gestellt werden.
-
Bevorzugt umfasst die Induktivheizung mindestens eine erste Heizwicklung zum Aufschmelzen eines Heißklebesticks. Hierdurch ist ein schnelles, energieeffizientes endseitiges Aufschmelzen eines Heißklebesticks gewährleistet.
-
Bevorzugt umfasst die Induktivheizung eine zweite Heizwicklung zum Vorwärmen des Heißklebesticks. Durch das An- bzw. Vorwärmen eines Heißklebesticks bis in den Bereich einer vorgegebenen Erweichungstemperatur, die zwischen der Raumtemperatur aber vorzugsweise unterhalb der Schmelztemperatur des betreffenden Heißklebesticks liegt, kann die zum abschnittsweisen Verflüssigen des Heißklebesticks erforderliche Zeit signifikant verkürzt werden. Alternativ kann anstatt einer separaten zweiten Heizwicklung eine inhomogene Heizwicklung vorgesehen sein, die aufgrund einer örtlich variierenden magnetischen Flussdichte das Erzeugen von abschnittsweise unterschiedlichen Temperaturprofilen erlaubt.
-
Vorzugsweise ist im Bereich eines Einführabschnitts der Halterung der Heizstation mindestens eine erste Detektorwicklung angeordnet. Hierdurch lässt sich unter anderem eine Leererkennung des Aufnahmeschachts realisieren, so dass beispielsweise beim Einstecken eines Heißklebestifts mindestens eine Heizwicklung selbsttätig einschaltbar ist.
-
Bevorzugt ist im Bereich eines von dem Einführabschnitt der Halterung weggerichteten Endabschnitts des Aufnahmeschachts der Halterung der Heizstation mindestens eine zweite Detektorwicklung vorgesehen. Infolgedessen lassen sich in Abhängigkeit von einer jeweils verbauten Sensorik beliebige Daten von dem Heißklebestift auf die Heizstation, wie z.B. die aktuelle Temperatur einer zugeordneten Heizdüse oder Vorheizhülse etc., drahtlos übertragen. Die Heizwicklungen und die Detektorwicklungen sind bevorzugt auf einem integralen Wicklungsträger aufgebracht, der nach dem Wicklungsprozess in die im Wesentlichen hohlzylindrische Halterung der Heizstation axial einschiebbar und mit dieser verrastbar ist.
-
Vorzugsweise ist im Bereich eines Düsenabschnitts des Stiftgehäuses eine metallische Heizdüse angeordnet. Durch die mit einem elektrisch gut leitfähigen Metall gebildete Heizdüse ist im Zusammenwirken mit der ersten Heizwicklung eine besonders verlustarme, d.h. energieeffiziente induktive Beheizung des Heißklebestiftes möglich. Das Stiftgehäuse des Heißklebestifts besteht vorzugsweise aus einem gut wärmeisolierenden Kunststoff.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist im Bereich des Halteabschnitts des Stiftgehäuses eine metallische Vorheizhülse angeordnet. Hierdurch ist im Zusammenwirken mit der zweiten Heizwicklung erforderlichenfalls eine effiziente Vorwärmung bzw. Vorheizung des Heißklebesticks realisierbar, die unter anderem eine Verlängerung der Einsatzzeit eines in der Heizstation vollständig aufgeheizten Heißklebestifts erlaubt.
-
Bei einer Ausgestaltung ist im Stiftgehäuse mindestens ein Kodierelement angeordnet, wobei mittels des Kodierelements und der ersten Detektorwicklung zumindest zwei verschiedene Arten von Heißklebesticks eindeutig identifizierbar sind und das Vorhandensein von nicht bestimmungsgemäßen Fremdobjekten zuverlässig erfassbar ist. Aufgrund des vorzugsweise mit einem metallischen Material gebildeten Kodierelements ist zumindest das Erkennen unterschiedlicher Arten bzw. Typen von Heißklebesticks, die Leerdetektion des Aufnahmeschachts und das Erfassen von etwaigen, nicht bestimmungsgemäßen Fremdobjekten im Aufnahmeschacht, wie z.B. Schraubendreherklingen, Schrauben, Bohrer, Metalldrähte etc., realisierbar. Das Kodierelement ist zur lageunabhängigen Erfassung z.B. mit einem Metallring, mit einer Ringspule oder dergleichen realisiert.
-
Bevorzugt weist die Heizstation ein erstes Steuergerät auf. Infolgedessen können Steuer- und Regelungsprozesse innerhalb der Heißklebevorrichtung automatisiert ablaufen.
-
Vorzugsweise weist der Heißklebestift mindestens einen Temperatursensor und/oder eine AM-Kommunikationseinheit zur berührungslosen Kommunikation mit dem ersten Steuergerät auf. Hierdurch kann z.B. eine aktuelle Temperatur der Vorheizhülse und der Heizdüse drahtlos an das Steuergerät der Heizstation übermittelt werden. Die Übertragung der notwendigen Daten erfolgt hierbei vorzugsweise im Wege der Amplitudenmodulation (AM-Kommunikationseinheit). An der Heizstation können wahlweise Heißklebestifte mit einem Temperatursensor oder Heißklebestifte mit einem Temperatursensor und mit einer AM-Kommunikationseinheit zum Einsatz kommen.
-
Bevorzugt weist der Heißklebestift ein zweites Steuergerät auf, das von der Heizstation berührungslos mit elektrischer Energie versorgbar ist. Infolgedessen ist die Energieversorgung des zweiten in den Heißklebestift integrierten Steuergeräts gewährleistet, das zugleich den Temperatursensor mit elektrischer Energie speist.
-
Vorzugsweise weist die Heizstation mindestens eine optische und/oder eine akustische Signaleinheit auf. Hierdurch können dem Anwender z.B. die Betriebsbereitschaft der Heizstation, die Betriebsbereitschaft eines in die Halterung eingesetzten Heißklebestifts, das Erreichen eines Standbyzustands, die aktuelle Temperatur des Heißklebestifts, Fehlmeldungen etc. signalisiert werden. Die akustische Signaleinheit ermöglicht per Sprachausgabe mittels des ersten Steuergeräts eine besonders komfortable Anwenderführung, da kein Sichtkontakt erforderlich ist. Darüber hinaus kann mittels der akustischen Signaleinheit für den Fall, dass sich in der Halterung der Heizstation ein zur Verwendung mit der Heißklebevorrichtung nicht autorisierter metallischer Gegenstand bzw. ein nicht bestimmungsgemäßes Fremdobjekt befindet, ein markantes akustisches Warnsignal ausgegeben werden.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht einer Heißklebevorrichtung mit einer kabelgebundenen Heizstation und einem in diese ordnungsgemäß eingesteckten kabellosen mobilen Heißklebestift,
- 2 eine vergrößerte perspektivische sowie teilgeschnittene Ansicht der Heißklebevorrichtung von 1 mit der Heizstation und dem in diese ordnungsgemäß eingesteckten Heißklebestift,
- 3 ein elektrisches Prinzipschaltbild der Heißklebevorrichtung von 2 mit einer Heizwicklung und einer ersten und zweiten Detektorwicklung, und
- 4 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Schwingkreisgüte der zweiten Detektorwicklung von 3 in Abhängigkeit von der Temperatur.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine Heißklebevorrichtung 100 mit einer elektrischen Heizstation 200. Diese weist zumindest eine Halterung 202 auf, in die beispielhaft ein erster kabelloser, mobiler Heißklebestift 110 eingesteckt bzw. eingeführt ist. Der Heißklebestift 110 ist beispielhaft mit einem ersten Typ eines Heißklebesticks 112 bzw. einer Klebepatrone bestückt. Der erste Heißklebestick 112 kann z.B. mit einem hergebrachten Schmelzkleber gebildet sein, der bei Raumtemperatur eine feste Konsistenz aufweist und beim Erreichen einer Verarbeitungstemperatur in einem Bereich von z.B. 160°C bis zu 200°C aus dem festen in einen zähfließendpastösen, klebefähigen Zustand übergeht. Vorzugsweise verbleibt der Schmelzkleber bzw. Schmelzkunststoff nach dem Erreichen der Verarbeitungstemperatur auch ohne weitere Wärmezufuhr für einen Zeitraum von 5 bis 90 Sekunden verarbeitungsfähig.
-
Die Halterung 202 der Heizstation 200 ist bevorzugt auf einer Grundplatte 204 mit einem seitlichen Ablagebereich 206 angeordnet. Auf dem Ablagebereich 206 sind hier lediglich exemplarisch zwei weitere, aktuell von einem Anwender nicht benötigte Heißklebestifte 150, 152 in einer diesen jeweils zugeordneten, rinnenförmigen Längsvertiefung 154, 156 abgelegt. Der zweite Heißklebestift 150 ist beispielhaft mit einem zweiten Typ eines Heißklebesticks 158 und der Heißklebestift 152 mit einem dritten Typ eines Heißklebesticks 160 bestückt.
-
Die drei Heißklebesticks 112, 158, 160 sind bevorzugt mit verschiedenen Arten von Schmelzklebern, Spezialwachsen oder dergleichen in jeweils unterschiedlichen Farben, Lichtdurchlässigkeitsstufen, Schmelztemperaturen, Festigkeiten etc. gebildet. Darüber hinaus können unterschiedliche Feststoff- und/oder Füllpartikel, wie zum Glitzerpartikel, Mikrokristalle, Metallfolienpartikel etc., in die Heißklebesticks 112, 158, 160 eingelagert sein. Hierdurch ist es möglich, dass der Anwender mehrere Heißklebestifte 110, 150, 152 zeitnah in einem Arbeitsvorgang und jeweils angepasst an spezielle Anforderungen eines Werkstücks flexibel einsetzen kann.
-
Die Heizstation 200 verfügt erfindungsgemäß über eine berührungslose, elektrische Induktivheizung 210 zum zumindest bereichsweise berührungslosen Aufheizen des in die Halterung 202 eingesteckten Heißklebstifts 110. Da die Heizstation 200 separat vom Heißklebestift 110 ausgebildet ist, wird sie auch als „externe“ Heizstation bezeichnet.
-
Die Induktivheizung 210 ermöglicht im Vergleich zu konventionellen Widerstandsheizelementen kurze Aufheizphasen, eine gezielte Erwärmung sowie eine ausgezeichnete Regeldynamik bei einem zugleich deutlich erhöhten Wirkungsgrad. Weiterhin lassen sich auf einfache Art und Weise unterschiedliche Heizzonen durch inhomogene Magnetfelder, z.B. zum Vorwärmen und Aufschmelzen der Heißklebesticks 112, 158, 160, einrichten. Die Induktivheizung 210 ermöglicht darüber hinaus eine sehr kompakte stiftähnliche Bauform der Heißklebestifte 110, 150, 152, wobei deren Stiftgehäuse dennoch thermisch gut isolierbar bzw. einkapselbar sind, um insbesondere die Verbrennungsgefahr für den Anwender auszuschließen (s.g. „cool touch“ Heizklebestifte). Darüber hinaus weisen die Heißklebestifte 110, 150, 152 einen konstruktiv vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Aufbau auf, so dass die Heißklebevorrichtung 100 die parallele Verwendung mehrerer Heißklebestifte 110, 150, 152, die vorzugsweise mit Heißklebesticks 112, 158, 160 aus unterschiedlichen Schmelzklebern bestückt sind, ermöglicht.
-
Der erste Heißklebestift 110 verfügt bevorzugt über ein zumindest im Wesentlichen stabförmiges Stiftgehäuse 114 mit einem hohlzylindrischen Zuführabschnitt 116 für den Heißklebestick 112 und einen sich axial daran anschließenden Halteabschnitt 118 zum Ergreifen durch den Anwender. Der Halteabschnitt 118 ist unter Schaffung eines schmalen Ringspalts 120 in einem Aufnahmeschacht 122 der Halterung 202 der Heizstation 200 aufnehmbar. Zwischen dem im Wesentlichen hohlzylindrischen Zuführabschnitt 116 und dem ebenfalls hohlzylindrischen Halteabschnitt 118 ist an dem Stiftgehäuse 114 ein ebenfalls näherungsweise hohlzylindrischer Zentrierabschnitt 124 ausgeformt, der zumindest bereichsweise formschlüssig im Aufnahmeschacht 122 aufnehmbar ist. Zwischen dem durchmessergrößeren Zuführabschnitt 116 und dem durchmesserkleineren Zentrierabschnitt 124 weist das Stiftgehäuse 114 eine umlaufende geringfügig konische (Ring-)Schulter 126 auf, die im hier illustrierten, einsteckten Zustand des Heißklebestifts 110 an einer Stirnseite 128 der Halterung 202 der Heizstation 200 zumindest bereichsweise anliegt. Der konstruktive Aufbau des Stiftgehäuses 114 des ersten Heißklebestifts 110 korrespondiert hierbei exakt mit den der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten Stiftgehäusen der beiden anderen Heißklebestifte 150, 152. Eine Längsmittelachse 130 des Aufnahmeschachts 122 der Halterung 202 verläuft in Relation zur Grundplatte 204 geneigt, um für den Anwender ein ergonomisches Wechseln der Heißklebestifte 110, 150, 152 zu ermöglichen.
-
Der axiale Vorschub der Heißklebesticks 112, 158, 160 kann z.B. durch anwenderseitiges Eindrücken von der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichneten freien Enden der Heißklebesticks 112, 158, 160 in den Zuführabschnitt 116 des Heißklebestifts 110 und die übrigen, nicht bezeichneten Zuführabschnitte der Heißklebestifte der 150, 152 erfolgen. Alternativ kann eine dem Fachmann geläufige, mechanische Vorschubeinrichtung vorgesehen sein, die jeweils mittels mindestens eines Fingers des Anwenders im Bereich der jeweiligen Halteabschnitte der drei Heißklebestifte 110, 150, 152 betätigbar ist. In die Heizstation 200 ist ferner ein erstes elektronisches Steuergerät 270 integriert, das vorzugsweise mit einem Mikrocontroller 272 realisiert ist. Die Versorgung der Heizstation 200 mit elektrischer Energie erfolgt z.B. mittels einer Buchse 274, über die gegebenenfalls zugleich ein beidseitiger Datenaustausch zwischen dem Steuergerät 270 und einer externen Rechnereinheit, wie zum Beispiel einem PC, einem Tablet oder Smartphone, möglich ist. Die Buchse 274 kann zum Beispiel zur Aufnahme eines USB-2.0-Micro-B-Steckers ausgebildet sein, um weitverbreitete Smartphone-Ladegeräte zur elektrischen Speisung der Heizstation 200 nutzen zu können. Alternativ kann die Heizstation 200 auch für einen kabellosen bzw. netzunabhängigen Betrieb z.B. mit in die Grundplatte 204 integrierten Akkumulatoren und/oder Batterien ausgelegt sein. In der einfachsten Konstellation wird die Heizstation 200 direkt mittels eines in die Buchse 274 eingesteckten, nicht eingezeichneten Kabels und mit einem gleichfalls nicht dargestellten, speziell für die Heizstation 200 vorgesehenen Netzteil mit der zum Betrieb notwendigen elektrischen Energie versorgt.
-
Die Induktivheizung 210 umfasst hier beispielhaft eine erste Heizwicklung 220 zum endseitigen Aufschmelzen sowie eine zweite Heizwicklung 222 zum Vorwärmen des Heißklebesticks 112. Durch das Vorwärmen des Heißklebesticks 112 mittels der zweiten Heizwicklung 222 wird unter anderem die Einsatzdauer des Heißklebestifts 110 erhöht und zugleich die Zeit bis zum Erreichen der Betriebsbereitschaft verkürzt. Anstelle von zwei elektrisch getrennten Heizwicklungen 220, 222 kann auch lediglich eine inhomogen gewickelte Heizwicklung mit abschnittsweise unterschiedlicher Wicklungsdichte zur Erzeugung eines inhomogenen Magnetfelds zum Einsatz kommen. Die erste Heizwicklung 220 wirkt mittels eines magnetischen Wechselfeldes mit einer metallischen Heizdüse 224 zusammen, die eine im Wesentlichen hohlkegelige Formgebung mit einer endseitigen, düsenartigen Austrittsöffnung 226 im Bereich einer Kegelspitze aufweist, während die zweite Heizwicklung 222 durch ein magnetisches Wechselfeld mit einer metallischen, hohlzylindrischen Vorheizhülse 228 gekoppelt ist, derart, dass mit Hilfe der beiden Heizwicklungen 220, 222 jeweils Wirbelströme in die Heizdüse 224 und in die Vorheizhülse 226 induziert werden, die aufgrund der darin auftretenden ohmschen Verluste zu der gewünschten definierten Temperaturerhöhung der Heizdüse 224 und der Vorheizhülse 226 als weitere Komponenten der Induktivheizung 210 führen. Zur Erzeugung der notwendigen magnetischen Wechselfelder werden die Heizwicklungen 220, 222 mittels des ersten Steuergeräts 270 mit einem Strom mit einem geeigneten zeitlichen Verlauf, insbesondere Frequenz, Amplitude und Kurvenform, beaufschlagt.
-
Es wird jedoch noch darauf hingewiesen, dass die gewünschte definierte Temperaturerhöhung der Heizdüse 224 und der Vorheizhülse 226 nicht ausschließlich durch Wirbelstromverluste entsteht. Vielmehr leisten für den Fall, dass die Heizdüse 224 und die Vorheizdüse 226 aus ferromagnetischem Material ausgebildet sind, z.B. Eisen, Stahl usw., jeweils auftretende Hystereseverluste einen signifikanten Beitrag zur Erwärmung.
-
Durch die Austrittsöffnung 226 tritt im Bereich der Heizdüse 224 aufgeschmolzenes bzw. verflüssigtes Material des Heißklebesticks 112 definiert aus und kann von dem Anwender exakt dosiert einem zu bearbeitenden Werkstück zugeführt werden. Um einen optimalen Wärmeübergang zu ermöglichen, berührt der Heißklebestick 112 die Heizdüse 224 sowie die Vorheizhülse 228 direkt, wohingegen die Heizdüse 224 und die Vorheizhülse 228 zur thermischen Isolierung von dem Halteabschnitt 118 und von einem konischen Düsenabschnitt 132 des Stiftgehäuses 114 außenseitig allseitig umschlossen sind. Die optionale metallische Vorheizhülse 228 ermöglicht eine Verlängerung der Einsatzdauer des in der Heizstation 200 vollständig aufgeheizten Heißklebestifts 110 und verringert darüber hinaus die Neigung des aufgeschmolzenen Materials des Heißklebesticks 112 unkontrolliert aus der Austrittsöffnung 226 der Heizdüse 224 auszulaufen bzw. abzutropfen.
-
Die beiden zylindrischen Heizwicklungen 220, 222 sind exemplarisch in einem lockenwicklerartigen Wicklungsträger 230 aus einem Kunststoffmaterial aufgenommen, der wiederum in ein Ringgehäuse 232 der Halterung 202 der Heizstation 200 axial eingeschoben und vorzugsweise mit diesem verrastet ist. Der Wicklungsträger 230 bildet zugleich den innenseitig zylindrischen Aufnahmeschacht 122 der Halterung 202 aus. Das Ringgehäuse 232 der Halterung 202 ist über einen zumindest bereichsweise hohlen keilförmigen Sockel 234 mit der Grundplatte 204 der Heizstation 200 verbunden. Der Sockel 234 dient zugleich zur Aufnahme des ersten Steuergeräts 270, der Buchse 274 sowie einer optischen Signaleinheit 276 und/oder einer akustischen Signaleinheit 278. Darüber hinaus kann das Steuergerät 270 mit einer ersten drahtlosen AM-Kommunikationseinheit 280 gekoppelt sein, um z.B. einen drahtlosen Datenaustausch mit dem Heißklebestift 110 zu ermöglichen, wobei die AM-Kommunikationseinheit 280 von dem ersten Steuergerät 270 auf geeignete Art und Weise angesteuert wird.
-
Im Bereich eines Einführabschnitts 236 der Halterung 202 bzw. des durch den Wicklungsträger 230 definierten Aufnahmeschachts 122 befindet sich bevorzugt eine optionale erste Detektorwicklung 240 und im Bereich eines von dem Einführabschnitt 236 weggerichteten Endabschnitts 238 des vom Wicklungsträger 230 gebildeten Aufnahmeschachts 122 ist eine optionale zweite Detektorwicklung 242 positioniert. Die erste Detektorwicklung 240 wirkt in der hier gezeigten in die Halterung 202 der Heizstation 200 eingesteckten Position des Heißklebestifts 110 magnetisch mit einem im Bereich des Zentrierabschnitts 124 des Stiftgehäuses 114 angeordneten Kodierelement 244 zusammen. Das Kodierelement 244 ist hier lediglich exemplarisch mit einem Metallring 246 realisiert, kann alternativ aber auch eine Ringspule oder ein anderes ein Magnetfeld beeinflussendes Bauteil sein.
-
Mittels der ersten Detektorwicklung 240 lässt sich unter anderem eine Leererkennung des Aufnahmeschachts 122 verwirklichen, so dass beispielsweise beim Einstecken des Heißklebestifts 110 vorzugsweise beide Heizwicklungen 220, 222d mittels des Mikrocontrollers 272 selbsttätig eingeschaltet und zur Erreichung einer bestimmten Temperatur entsprechend geregelt werden können. Weiterhin ist durch die Detektorwicklung 240 nach dem „Schlüssel-Schlossprinzip“ zuverlässig ausgeschlossen, dass nicht für den bestimmungsgemäßen Gebrauch der Heizstation 200 gedachte, unautorisierte Fremdobjekte, wie z.B. Schraubendreherklingen, Bohrer, Schrauben, Metallstangen, Metalldrähte etc. mittels der Induktivheizung erhitzt werden. Weiterhin können mittels der ersten Detektorwicklung 240 die mit den unterschiedlichen Heißklebesticks 112, 158, 160 bestückten Heißklebestifte 110, 150, 152 zuverlässig erkannt und voneinander unterschieden werden, wenn in diese weitere, von dem Kodierelement 244 mittels der ersten Detektorwicklung 240 unterscheidbare Kodierelemente integriert sind. Somit können verschiedene Parametersätze in dem ersten Steuergerät 270 bzw. dem Mikrocontroller 272 genutzt werden, um einen optimalen Betrieb des jeweiligen Heißklebesticks 112, 158, 160 in dem jeweiligen Heißklebestift 110, 150, 152 zu ermöglichen. Dies erfolgt bevorzugt durch eine entsprechende Temperaturregelung der Induktivheizung 210 mithilfe des ersten Steuergeräts 270.
-
Ebenfalls ist es möglich, im Sinne eines verbesserten Verbrennungsschutzes z.B. den Heißklebestift 110 mit einer reduzierten Temperatur zu betreiben, wobei der Heißklebestick 112 dann mit alternativen Kleb- oder Kunststoffen, insbesondere mit Spezialwachsen oder dergleichen, gebildet ist, die eine deutlich reduzierte Schmelzenthalpie aufweisen. Darüber hinaus ist es möglich, mehrere Erwärmungsprofile in dem ersten Steuergerät 270 zu hinterlegen. Beim Einstecken eines der Heißklebestifte 110, 150, 152 in die Halterung 202 kann dann das diesem mittels des jeweiligen Kodierelements zugeordnete Erwärmungsprofil abgerufen und zur individuell angepassten Ansteuerung der Induktivheizung 210 mittels des ersten Steuergeräts 270 herangezogen werden. Derartige Erwärmungsprofile können unter anderem Informationen über den zeitlichen Verlauf der Heizleistung der Induktivheizung 210 beinhalten.
-
Im Gegensatz hierzu ermöglicht eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Ausführungsform der Heizstation 200, die nur die erste Heizwicklung 220 zum Aufschmelzen und die zweite Heizwicklung 222 zum Vorwärmen enthält, nur eine Leerdetektion des Aufnahmeschachts 122 der Halterung 202 sowie eine zuverlässige Erkennung von unautorisierten Fremdobjekten aufgrund von Magnetfeldveränderungen infolge von Geometrieabweichungen zwischen dem Fremdobjekt und den zum ordnungsgemäßen Betrieb in der Heißklebevorrichtung 100 autorisierten Heißklebestiften 110, 150, 152.
-
2 zeigt die Heißklebevorrichtung 100 von 1 mit der Heizstation 200, in deren Halterung 202 der mit dem Heißklebestick 112 bestückte Heißklebestift 110 von 1 eingesteckt, d.h. axial zentrisch zur Längsmittelachse 130 eingeführt, ist. Das Ringgehäuse 232 der Halterung 202 ist mittels des Sockels 234 mit der Grundplatte 204 der Heizstation 200 verbunden. In den Sockel 234 sind das bevorzugt mit dem Mikrocontroller 272 realisierte erste Steuergerät 270, die optische Signaleinheit 276, die akustische Signaleinheit 278, die Buchse 274 sowie die zeichnerisch lediglich symbolisch dargestellte AM-Kommunikationseinheit 280 integriert. Im hier verdeckten Ablagebereich der Grundplatte 204 lagern die zwei weiteren Heißklebestifte 150, 152 von 1.
-
Die Stirnseite 128 der Halterung 202 umfasst eine annähend kreisringförmige Stirnfläche 250 des Wicklungsträgers 230 sowie eine gleichfalls ungefähr kreisringförmige Stirnfläche 252 des Ringgehäuses 232. In dem Wicklungsträger 230 sind die beiden Heizwicklungen 220, 222 sowie die beiden Detektorwicklungen 240, 242 aufgenommen, wobei die erste Detektorwicklung 240 in einer ersten Ringnut 254 und die zweite Detektorwicklung 242 in einer zweiten Ringnut 256 des Wicklungsträgers 230 angeordnet ist. Die erste Ringnut 254 mit der ersten Detektorwicklung 240 befindet sich bevorzugt im Bereich des Einführabschnitts 236 der Halterung 202, während die zweite Ringnut 256 im Bereich des Endabschnitts 238 der Halterung 202 lokalisiert ist. Die erste Heizwicklung 220 liegt in einer ersten Ringkammer 258 und die zweite Heizwicklung 222 befindet sich in einer zweiten Ringkammer 260 des Wicklungsträgers 230, wobei die beiden vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen Ringkammern 258, 260 von einem radial auswärts gerichteten ersten Ringflansch 262 voneinander separiert sind. Die erste Ringnut 254 ist durch einen zweiten Ringflansch 264 des Wicklungsträgers 230 axial von der zweiten Ringkammer 260 getrennt und die zweite Ringnut 256 ist von der ersten Wicklungskammer 258 durch einen dritten Ringflansch 266 des Wicklungsträgers 230 separiert. Unter anderem durch die drei integral zum Wicklungsträger 230 ausgebildeten Ringflansche 262, 264, 266 ist dieser präzise in dem Ringgehäuse 232 der Halterung 202 der Heizstation 200 zentriert, was für eine ordnungsgemäße und sicher reproduzierbare Funktion der Induktivheizung 210 von zentraler Bedeutung ist.
-
Die erste Heizwicklung 220 ist magnetisch mit der metallischen Heizdüse 224 gekoppelt, wodurch diese soweit erhitzbar ist, dass der Heißklebestick 112 im Bereich einer Aufschmelzzone 140 des Heißklebestifts 110 verflüssigt wird und der aufgeschmolzene Heißklebstoff kontrolliert und exakt dosiert aus der Austrittsöffnung 226 der metallischen Heizdüse 224 in Richtung eines nicht dargestellten Werkstücks austreten kann. Die zweite Heizwicklung 222 ist magnetisch mit der metallischen Vorheizhülse 228 gekoppelt, wodurch eine Vorwärmzone 142 des Heißklebestifts 110 entsprechend temperiert bzw. vorgewärmt wird. In einer Zuführzone 144 des Heißklebestifts 110 erfolgt lediglich der axiale Vorschub des noch kalten und festen Heißklebesticks 112.
-
Die elektrische Ansteuerung der beiden Heizwicklungen 220, 222 erfolgt hierbei mittels des ersten Steuergeräts 270 bzw. des Mikrocontrollers 272, derart, dass die Heizleistung der unter anderem mit den beiden Heizwicklungen 220, 222 gebildeten Induktivheizung 210 der Heißklebevorrichtung 100 exakt an die jeweiligen Erfordernisse des aktuell in den Heißklebestift 110 eingesetzten Heißklebesticks 112 angepasst ist.
-
Mit Hilfe der ersten Detektorwicklung 240, die gleichfalls mit dem ersten elektrischen Steuergerät 270 auf geeignete Art und Weise gekoppelt ist, ist in Verbindung mit dem Kodierelement 244 im Heißklebestift 110 eine zuverlässige Leererkennung des vom Wicklungsträger 230 gebildeten Aufnahmeschachts 122 der Halterung 202 möglich. Hierdurch wird die Induktivheizung 210 vom ersten Steuergerät 270 erst aktiviert, wenn der Heißklebestift 110 ordnungsgemäß in den Aufnahmeschacht 122 der Halterung 202 eingeschoben ist. Weiterhin erlaubt die erste Detektorwicklung 240 im Zusammenwirken mit dem ersten Steuergerät 270 die eindeutige Detektion einer Vielzahl unterschiedlicher metallischer Fremdobjekte im Aufnahmeschacht 122, die nicht zur Verwendung mit der Heißklebevorrichtung 100 bestimmt sind. Darüber hinaus gestattet die erste Detektorwicklung 240 im Zusammenspiel mit dem in den Heißklebestift 110 integrierten Kodierelement 244 die eindeutige Erkennung der drei angelernten Heißklebestifte 110, 150, 152, sodass kontrolliert von dem ersten Steuergerät 270 ggfls. entsprechende Heizparameter der Induktivheizung 210 für jeden der Heißklebestifte 110, 150, 152 der Heißklebevorrichtung 100 individuell und vollautomatisch eingestellt werden können. Hierbei geht das erste Steuergerät 270 bzw. der Mikrocontroller 272 von einer vorab darin hinterlegten bzw. programmierten Zuordnung der hier drei Heißklebesticks 112, 158, 160 zu den hier drei Heißklebestiften 110, 150, 152 aus, die selbstverständlich anwenderseitig beliebig veränderbar und/oder erweiterbar ist.
-
Durch die zweite Detektorwicklung 242 ist optional eine bidirektionale Kommunikation zwischen einem lediglich punktiert angedeuteten vierten Heißklebestift 300 und dem ersten Steuergerät 270 bzw. dem Mikrocontroller 272 der Heizstation 202 der Heißklebevorrichtung 100 realisierbar. Zu diesem Zweck verfügt der Heißklebestift 300 bevorzugt über eine stifteigene Wicklung 302, die mit einer in den Heißklebestift 300 integrierten zweiten AM-Kommunikationseinheit 304 gekoppelt ist, die ihrerseits von einem ebenfalls in den Heißklebestift 300 integrierten zweiten elektronischen Steuergerät 306 auf geeignete Art und Weise angesteuert wird. Das zweite elektronische Steuergerät 306 ist vorzugsweise gleichfalls mit einem Mikrocontroller 308 realisiert. Ferner kann in den Heißklebestift 300 ein Temperatursensor 310 integriert sein, der vorzugsweise mit einem kostengünstig verfügbaren NTC-Widerstand 312 realisiert ist. Der NTC-Widerstand 312 ist thermisch mit einer metallischen Heizdüse 314 des Heißklebestifts 300 gekoppelt, wobei deren konstruktiver Aufbau im Übrigen wiederum mit dem Heißklebestift 110 und dessen metallischer Heizdüse 224 und Vorheizhülse 228 korrespondiert. Hierdurch ist es möglich, jederzeit die aktuelle Temperatur der Heizdüse 314 des Heißklebestifts 300 drahtlos über die Wicklung 302 und die zweite Detektorwicklung 242 der Heizstation 200 an das erste Steuergerät 270 zu übermitteln. Über die stifteigene Wicklung 302 können zugleich das zweite Steuergerät 306, die zweite AM-Kommunikationseinheit 304 und der NTC-Widerstand 312 durch induktive Kopplung mit der zweiten Detektorwicklung 242 der Heizstation 200 zuverlässig und drahtlos mit der zum Betrieb notwendigen elektrischen Energie gespeist werden.
-
An der erfindungsgemäßen Heißklebevorrichtung 100 können wahlweise sowohl die passiven Heißklebestifte 110, 150, 152 als auch der mit Eigenintelligenz ausgestattete Heißklebestift 300 mit integriertem Mikrocontroller 308 und Sensorik in Form des NTC-Widerstands 312 bzw. Heißleiters verwendet werden.
-
3 zeigt ein elektrisches Prinzipschaltbild der Heißklebevorrichtung 100 von 2 mit einem Heißklebestift 300, der illustrativ axial in die Halterung 202 der vereinfacht dargestellten Heizstation 200 der Heißklebevorrichtung 100 eingeführt ist. Im Bereich der ersten heizstationsseitigen Detektorwicklung 240 befindet sich kein relevantes Objekt, d.h. insbesondere kein Kodierelement, was mit einer - mit einer gestrichelten Linie angedeuteten - offenen Wicklung 320 veranschaulicht ist. Mithilfe der ersten Heizwicklung 220 erfolgt die wirkungsgradoptimale induktive Erhitzung der metallischen Heizdüse 314 zum schnellen Aufschmelzen eines Heißklebesticks 112, wohingegen mit der zweiten Detektorwicklung 242 hier eine aktuelle Temperatur ϑ der metallischen Heizdüse 314 detektiert und drahtlos von dem Heißklebestift 300 an die Heizstation 200 übermittelt wird.
-
Zu diesem Zweck ist der NTC-Widerstand 312 parallel zur stifteigenen Wicklung 302 geschaltet und bildet zusammen mit nicht dargestellten parasitären Kapazitäten einen Schwingkreis 322 aus. Parallel zu dem NTC-Widerstand 312 sind die stifteigene zweite AM-Kommunikationseinheit 304 und ein zu dieser in Reihe liegender Schalter 324, der bevorzugt als ein Schließer 326 ausgeführt ist, verdrahtet. Der NTC-Widerstand 312 steht - wie mit einem gestrichelten Oval angedeutet - in direktem thermischen Kontakt mit der Heizdüse 314 des Heißklebestifts 300, um die Temperatur des hier exemplarisch eingesetzten Heißklebestifts 112 möglichst verzögerungsfrei und mit hoher Messgenauigkeit zu erfassen.
-
Parallel zur zweiten AM-Kommunikationseinheit 304 und dem zu dieser in Reihe liegenden Schalter 324 ist das zweite Steuergerät 306 bzw. der Mikrocontroller 308 geschaltet. Der Schalter 324 ist bevorzugt von dem zweiten, stiftseitigen Steuergerät 306 bzw. dem Mikrocontroller 308 betätigbar. Eine Güte Q des Schwingkreises 322 hängt primär von dem aktuellen elektrischen Widerstandswert R des NTC-Widerstands 312 und damit von der jeweiligen Temperatur ϑ der Heizdüse 314 ab, wobei sich der Widerstandswert R im Fall des hier als Temperatursensor 310 zum Einsatz kommenden NTC-Widerstands 312 (Heißleiter) bei steigender Temperatur ϑ stark nichtlinear reduziert.
-
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verlaufs der Schwingkreisgüte der zweiten Detektorwicklung 242 von 3 in Abhängigkeit von der Temperatur. Auf der vertikalen Achse ist die Güte Q des Schwingkreises von 3 ausgehend von „0“ bis zu dem maximal möglichen Zahlenwert „1“ aufgetragen, während die Veränderung der Temperatur ϑ der Heizdüse bzw. des NTC-Widerstands durch einen zur Verlaufsrichtung der vertikalen Achse entgegengesetzt gerichteten Pfeil 328 symbolisiert ist. Für den Schwingkreis von 3 existieren dabei im Wesentlichen drei Gütebereiche.
-
Der erste Gütebereich 330 repräsentiert die Abwesenheit eines Heißklebestifts oder eines beliebigen anderen metallischen Objekts, einschließlich nicht autorisierter metallischer Fremdobjekte, die nicht für den Gebrauch mit der erfindungsgemäßen Heißklebevorrichtung bestimmt und zugelassen sind. In dem ersten Gütebereich stellt sich die höchste Güte des Schwingkreises von bis zu dem Wert „1“ ein, die leicht und eindeutig mittels des heizstationsseitigen ersten Steuergeräts und der ersten Detektorspule erfassbar ist.
-
In dem zweiten Gütebereich 332 ist ein Heißklebestift in der Halterung der Heißklebevorrichtung aufgenommen. Durch den parallel zu der stifteigenen Wicklung geschalteten NTC-Widerstand stellt sich eine temperaturabhängige Güte Q des Schwingkreises ein. Aufgrund der speziellen temperaturabhängigen, stark nichtlinearen NTC-Widerstandskennlinie ergibt sich bei einer niedrigen Temperatur ϑ im Bereich von 20°C eine höhere Güte Q, wohingegen sich bei einer deutlich höheren Temperatur ϑ im Bereich oberhalb von 100°C eine entsprechend niedrigere Güte Q des Schwingkreises einstellt. Somit ist es auf einfache Art und Weise möglich, eine aktuelle Temperatur ϑ der Heizdüse des Heißklebestifts drahtlos an das erste Steuergerät der Heizstation der Heißklebevorrichtung zu übertragen.
-
In dem dritten Gütebereich 334, der bei der sehr niedrigen Güte Q von „0“ beginnt und der bei einer maximal auftretenden Temperatur ϑ - die sich zum Aufschmelzen üblicher Schmelzkleber in einem Bereich von etwa 160°C bis ca. 200°C bewegt - und der damit einhergehenden Güte Qs endet, kann eine drahtlose ggfls. bidirektionale Datenübertragung zwischen einem entsprechend ausgestatteten Heißklebestift und der Heizstation etabliert werden. Die drahtlose Datenübertragung kann mittels der stiftseitigen zweiten AM-Kommunikationseinheit im Zusammenspiel mit der stiftseitigen Wicklung und der ersten heizstationsseitigen AM-Kommunikationseinheit in Verbindung mit der zweiten heizstationsseitigen Detektionsspule aufgebaut werden. Darüber hinaus ist es unter Verwendung weiterer stiftseitiger Sensoren möglich, noch weitergehende Informationen von einem Heißklebestift auf die Heizstation der Heißklebevorrichtung zu übertragen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
