DE10352821B4 - Vorrichtung zum Heißluftnieten - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Heißluftnieten 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
einer Luftkühlung zur Erzeugung eines Kaltluftstrahls, der den Niet in der Pressposition des Stempels anströmt,
gekennzeichnet durch wenigstens eine Austrittsöffnung (24) am Umfang des Stempels (12) zum Austritt der Kaltluft und einen Luftführungskanal (15), in dem der Stempel (12) in der Pressposition angeordnet ist, zur Führung des aus der Austrittsöffnung (24) des Stempels (12) austretenden Kaltluftstrahls zum Niet (6).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Heißluftnieten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt. Beim Heißluftnieten werden Nieten aus einem thermoplastischen Kunststoff verwendet. Um den Niet in den plastischen Zustand überzuführen, wird bei der bekannten Vorrichtung 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 Niet eine entsprechend lange Heizzeit in Anspruch. Die Pressposition des Stempels muss solange eingehalten werden, bis der verformte plastische Niet erstarrt ist. Dazu wird bei der bekannten Vorrichtung 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 Niet eine entsprechend lange Kühlzeit. Aufgrund der langen Heizzeit und der langen Kühlzeit lässt die Taktzeit der bekannten 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 durchgeführt werden kann.
  • Nach DE 295 07 066 U1 ist am Nietstempel eine Ringdüse vorgesehen, durch die zur Abkühlung des Nietstempels über einen Anschlussstutzen Luft eingeblasen werden kann. Damit kann der Nietstempel nur in seiner oberen, ausgefahrenen Position ge kühlt werden. Nachdem der Nietkopf gebildet worden ist und der Nietstempel noch auf den Nietkopf drückt, wird der Nietkopf nicht forciert gekühlt, sondern nur sich selbst überlassen, was in der Praxis zu Problemen führt. Entweder benötigt man eine lange Zeit der Abkühlung oder der Nietstempel wird zu früh zurückgezogen, was die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigt und durch anhaftendes Restmaterial am Nietstempel zu einer Fadenbildung am Nietkopf führt.
  • Nach der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der DE 100 38 158 B4 ist der Nietstempel innen mit einer Heizpatrone versehen. Zusätzlich wird dem Niet erhitzte Luft zugeführt, die sich am Nietstempel erwärmt. Das Kühlen des Nietstempels nimmt damit erhebliche Zeit in Anspruch. Auch ist ein höherer Energieeinsatz erforderlich. Hier wirkt sich auch die Trägheit der Heizpatrone aus. Bei der Ausführungsform nach 4 bis 6 ist um den Niet eine Strahlungsheizung vorgesehen. Der Nietstempel weist eine Axialbohrung auf, die am vorderen Stempelende endet und über die ein Gas zugeführt werden kann. Wenn der Stempel gegenüber dem Niet etwas angehoben wird, strömt damit Gas aus, das durch die Strahlungsheizung erhitzt wird und damit gleichzeitig den Niet erwärmt. Auch danach wird der Stempel erhitzt, so dass er anschließend gekühlt werden muss, was viel Zeit in Anspruch nimmt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der eine entsprechende Energieeinsparung erzielt wird, mit der die Taktzeit beim Heißluftnieten wesentlich verkürzt wird und ein Nieten auch mit geringem Nietabstand durchgeführt werden kann.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
  • Nach der Erfindung ist am Umfang des Stempels wenigstens eine Austrittsöffnung vorgesehen, über die die Kaltluft austritt, und zwar in einen Luftführungskanal, in dem sich der Stempel in der Pressposition befindet.
  • Die aus dem Stempel austretende Kaltluft wird durch den Luftführungskanal zum Niet geführt. Der Niet wird damit gleichmäßig vom Umfang her gekühlt, wodurch die Kühlzeit wesentlich herabgesetzt wird. Vorzugsweise sind mehrere um den Umfang des Stempels gleichmäßig verteilte Luftaustrittsöffnungen vorgesehen.
  • Damit die aus der wenigstens einen Austrittsöffnung des Stempels austretende Kaltluft nach unten vom Luftführungskanal zum Niet hin gelenkt wird, wird die Austrittsöffnung durch eine Bohrung in dem Stempel gebildet, die schräg vom Inneren des Stempels nach unten, also in Richtung des Niets verläuft. Die Kaltluft weist eine Temperatur auf, die wesentlich unter der Plastifizierungstemperatur des Kunststoffs liegt, aus der der Niet besteht. Sie kann Raumtemperatur aufweisen oder etwas darüber liegen. Optional kann, zur Erhöhung der Kühlwirkung, auch zusätzlich ein „Kaltluft-Entwickler" eingesetzt werden.
  • Die Kolbenstange ist zur Zufuhr der Kaltluft zum Stempel vorzugsweise hohl ausgebildet. Der Arbeitszylinder der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise ein doppelt wirkender, pneumatischer Arbeitszylinder mit einer durchgehenden Kolbenstange. Die durchgehende, hohl ausgebildete Kolbenstange weist einen Kaltluftanschluss an ihrem vom Stempel abgewandten Ende auf.
  • Der Luftführungskanal dient zur Heißluftzufuhr zu dem Niet. Dazu wird der Lufterhitzer an den Luftführungskanal angeschlossen, und zwar derart, dass die Heißluft dem Niet zugeführt wird, wenn der Stempel nach oben in die Ruheposition bewegt worden ist. Durch die freie Gestaltungsmöglichkeit der beiden Schutzschalenhälften kann der Luftstrom optimal an die Nietform angepasst werden.
  • Um die Heißluft des Lufterhitzers zum Niet hin zu lenken, ist an den Luftführungskanal ein Seitenkanal angeschlossen, der schräg von außen in Richtung des Niet nach unten zum Luftführungskanal verläuft.
  • Da das Heißluftaustrittsrohr, mit dem der Lufterhitzer an den Seitenkanal angeschlossen ist, vorzugsweise parallel zum Arbeitszylinder verläuft, weist der Seitenkanal einen gekrümmten, leicht S-förmigen Verlauf auf.
  • Der Luftführungskanal und der Seitenkanal sind vorzugsweise in einem Gehäuse vorgesehen, das aus schalenförmigen Gehäuseteilen, vorzugsweise zwei schalenförmigen Gehäusehälften besteht. Damit ist der gekrümmte Seitenkanal problemlos herstellbar. Auch können beispielsweise Heizkanäle mit unterschiedlichem Durchmesser aus den Gehäuseteilen herausgearbeitet werden, um z.B. Nieten mit größerer Masse einen größeren Heißluftstrom zuführen zu können.
  • Die Gehäuseteile können zugleich zur Befestigung des Arbeitszylinders und des Lufterhitzers verwendet werden. Dazu sind die beiden schalenförmigen Gehäusehälften so ausgebildet, dass sie den Arbeitszylinder am unteren Ende und den Lufterhitzer am Heißluftaustrittsrohr oder am Gehäuse umschließen und festklemmen.
  • Als Lufterhitzer wird vorzugsweise ein im Handel erhältlicher Elektrolufterhitzer verwendet.
  • Der Lufterhitzer ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass er ausgeschaltet werden kann, wenn der Stempel gegen den Niet gepresst ist. Dazu wird sowohl die Stromzufuhr zur Heizwendel des Lufterhitzers wie die Luftzufuhr zum Lufterhitzer unterbrochen. Da der Lufterhitzer nur taktweise eingeschaltet ist, wird eine erhebliche Energieeinsparung erzielt.
    •
  • Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
  • 1 und 2 jeweils eine teilweise längs geschnittene Darstellung der Vorrichtung beim Nieten zweier Werkstücke in der Ruheposition bzw. Pressposition des Stempels.
  • Danach weist die Vorrichtung einen Lufterhitzer 1, einen Arbeitszylinder 2 und ein Gehäuse 3 auf. Die beiden Werkstücke 4 und 5, beispielsweise Kunststoffteile, werden mit einem Niet 6 verbunden, der an das Kunststoffteil 4 angeformt, also mit ihm einstückig ausgebildet ist.
  • Der Arbeitszylinder 2 ist als doppelwirkender pneumatischer Zylinder mit Druckluftanschlüssen 7 und 8 beiderseits des Kolbens 9 ausgebildet. An dem unteren, also dem Niet 6 zugewandten Ende der durchgehend ausgebildeten Kolbenstange 11 ist der Stempel 12 befestigt.
  • Der Lufterhitzer 1 weist ein Gehäuse 13, in dem sich die Heizwendel befindet, ein Heißluftaustrittsrohr 14 sowie einen Schlauch 10 zur Zufuhr der zu erhitzenden Luft und ein nicht dargestelltes Kabel zur Stromversorgung der Heizwendel auf.
  • Das Gehäuse 3, das aus zwei schalenförmigen Gehäusehälften besteht, von denen in der Zeichnung nur eine zu sehen ist, weist einen Luftführungskanal 15, dessen Längsachse mit der Kolbenstangenlängsachse fluchtet, und einen gekrümmten Seitenkanal 16 auf, an dem das Heißluftaustrittsrohr 14 des Lufterhitzers 1 angeschlossen ist. Damit die Heißluft in Richtung des Niet 6 strömt, mündet der Seitenkanal 16 schräg nach unten in den Luftführungskanal 15.
  • Das Gehäuse 3 dient zugleich zur Befestigung des Lufterhitzers 1 und des Arbeitszylinders 2, indem die beiden Gehäusehälften, die an den Bohrungen 17 und 18 miteinander verschraubt sind, den Arbeitszylinder 2 am unteren Ende und das Heißluftaustrittsrohr 14 festklemmen. Das Heißluftaustrittsrohr 14 des Lufterhitzers 1 ist dabei im Wesentlichen parallel zum Arbeitszylinder 2 angeordnet. Ferner weist es in dem Bereich, in dem es von einer Schelle 20 an den Gehäusehälften umgriffen wird, Kühlrippen auf.
  • In der in 1 dargestellten Ruheposition des Stempels 12, in der er mit der Kolbenstange 11 aus dem Luftführungskanal 15 nach oben heraus bewegt ist, wird dem Niet 6 durch den Lufterhitzer 1 über den Seitenkanal 16 und den Luftführungskanal 15 Heißluft zugeführt. Der Heißluftstrahl strömt damit gleichmäßig von oben auf den Niet 6, wodurch eine kurze Heizzeit, um den Niet 6 in dem plastischen Zustand überzuführen, erreicht wird.
  • Nach dem Erwärmen wird der Niet 6 mit dem Stempel 12 verformt, wie aus 2 ersichtlich. Um den Niet 6 im gepressten Zustand gemäß 2 abzukühlen, ist eine Luftkühlung vorgesehen. Dazu ist die durchgehende Kolbenstange 11 innen hohl ausgebildet, also mit einem Längskanal 19 versehen, wobei an dem vom Stempel 12 abgewandten Ende der Kolbenstange 11 ein Kaltluftanschluss 21 vorgesehen ist.
  • Am unteren Ende der Kolbenstange 11 fluchtet der Längskanal 19 mit einer Sackbohrung 22 im Stempel 12. Von der Sackbohrung 22 erstrecken sich Bohrungen 23 zu Austrittsöffnungen 24, die um den Umfang des Stempels 12 gleichmäßig verteilt sind. In der Pressposition des Stempels 12 gemäß 2, in der der Stempel 12 mit seinem unteren Ende aus der unteren Öffnung 25 des Luftführungskanals 15 austritt, sind die Austrittsöffnungen 24 im Bereich des Luftführungskanals 15 zwischen dem Seitenkanal 16 und der unteren Öffnung 25 des Luftführungskanals 15 angeordnet. Damit wird mit dem Luftführungskanal 15 die aus den Austrittsöffnungen 24 austretende Kaltluft zum Niet 6 gelenkt, sodass ihn der Kaltluftstrahl von seinem Umfang her gleichmäßig kühlt, wodurch eine kurze Kühlzeit erreicht wird. Damit die Bohrungen 23 die Kaltluft nach unten zum Niet 6 hin lenken, verlaufen sie von innen schräg nach außen, also nach unten in Richtung des Niet 6.
  • Zwischen dem Luftführungskanal 15 und dem Arbeitszylinder 2 ist das Gehäuse 3 als Rohr ausgebildet, in dem sich der Stempel 12 in seiner Ruheposition befindet. Während der Luftführungskanal 15 einen dem Stempel 12 entsprechenden Durchmesser aufweist, sodass der Stempel 12 sich darin bewegen kann, weist der rohrförmige Gehäuseabschnitt einen größeren Durchmesser auf.
  • An dem Arbeitszylinder 2 ist eine Lasche 26 befestigt, an der nicht dargestellte höhenverstellbare Niederhalter angeordnet sind, um die beiden Werkstücke 4, 5 beim Nietvorgang aneinander zu pressen.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Heißluftnieten 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 einer Luftkühlung zur Erzeugung eines Kaltluftstrahls, der den Niet in der Pressposition des Stempels anströmt, gekennzeichnet durch wenigstens eine Austrittsöffnung (24) am Umfang des Stempels (12) zum Austritt der Kaltluft und einen Luftführungskanal (15), in dem der Stempel (12) in der Pressposition angeordnet ist, zur Führung des aus der Austrittsöffnung (24) des Stempels (12) austretenden Kaltluftstrahls zum Niet (6).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (24) am Umfang des Stempels (12) durch eine schräg von innen in Richtung des Niet (6) nach außen verlaufende Bohrung (23) im Stempel (12) gebildet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) zur Zufuhr der Kaltluft zum Stempel (12) hohl ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) als durchgehende Kolbenstange ausgebildet ist und an dem von dem Stempel (12) abgewandten Ende der Kolbenstange (11) ein Kaltluftanschluss (21) vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufterhitzer (1) an den Luftführungskanal (15) angeschlossen und der Luftführungskanal (15) zur Führung des Heißluftstrahls zum Niet (6) bei in die Ruheposition bewegtem Stempel (12) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufterhitzer (1) an den Luftführungskanal (15) über einen Seitenkanal (16) angeschlossen ist, der schräg von außen in Richtung des Niet (6) zum Luftführungskanal (15) verläuft.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufterhitzer (1) ein Heißluftaustrittsrohr (14) aufweist, das an den Seitenkanal (16) angeschlossen ist und parallel zum Arbeitszylinder (2) verläuft.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungskanal (15) und der Seitenkanal (16) in einem Gehäuse (3) vorgesehen sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus zwei schalenförmigen Gehäusehälften besteht.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (3) der Arbeitszylinder (2) und/oder der Lufterhitzer (1) befestigt sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften zur Befestigung des Arbeitszylinders (2) und/oder des Lufterhitzers (1) den Arbeitszylinder (2) und/oder das Luftaustrittsrohr (11) oder das Gehäuse (13) des Lufterhitzers (1) umschließen.
  12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufterhitzer (1) in der Pressposition des Stempels (12) gegen den Niet (6) ausschaltbar ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufterhitzer (1) nur taktweise eingeschaltet ist.
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