DE19944910A1

DE19944910A1 - U-förmige Klebevorrichtung

Info

Publication number: DE19944910A1
Application number: DE19944910A
Authority: DE
Inventors: Gregory L Pohl
Original assignee: Robotron Corp
Current assignee: Robotron Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2000-03-30
Also published as: US6365883B1; GB9921160D0; GB2343351A; DE29924732U1; GB2343351B; BE1016270A5

Abstract

Eine Induktionserwärmungsspule (50) zum Verbinden von Konstruktionselementen durch Erwärmen eines zwischen diesen angeordneten Verbindungsmaterials enthält ein erstes (64) und ein zweites (70) Element mit komplementärer Gestalt, welche in gleichem Abstand voneinander entlang der Länge von entgegengesetzten Oberflächen der Konstruktionselemente angeordnet sind. Basisteile (86, 88) und Anstiegsteile (82, 84) verbinden das erste Element mit einer Quelle für elektrischen Hochfrequenzstrom. Leitende Elemente (74, 76, 78, 80, 81, 83) verbinden das erste und das zweite Element zu einer Spule mit einer einzigen Windung. Das erste und das zweite Element und zumindest die Anstiegsteile sind aus hohlen rohrförmigen Teilen gebildet, die einen Strömungspfad für ein Kühlmittel bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Konstruktions bleche durch Erwärmen eines Verbindungsmaterials, das sich zwischen den aneinander liegenden Kanten von zwei Blechen befindet, und genauer gesagt, auf eine elektrische Erwärmungsvorrichtung zum Erwärmen eines Verbindungsmaterials zum Verbinden von zwei Blechen miteinander.

Die Verwendung eines wärmehärtbaren Klebstoffes zur Verbindung von zwei aneinander liegenden Konstrukti onselementen oder Blechen ist in der Automobilindu strie weit verbreitet. Eine derartige Verbindungs technik wird angewendet für Türen, Kofferraumdeckel, Hauben und ähnliche Anordnungen, bei welchen zwei Bleche oder Tafeln in einer kantenüberlappenden Weise angeordnet sind, wobei ein geeignetes Verbindungsma terial zwischen die beiden Bleche gebracht wird, be vor die Kante des einen Bleches um die benachbarte Kante des anderen Bleches gelegt wird. Es wird dann dem Verbindungsmaterial Wärme zugeführt, um das Mate rial auszuhärten und eine hochfeste Verbindung zwi schen den beiden Konstruktionselementen oder Blechen zu bilden.

Es ist bekannt, daß die Montage von Motorfahrzeugen mit hohen Produktionsraten verbunden ist. Daher wur den elektrische Induktionsspulen verwendet, um die erforderliche Wärme bereit zustellen für eine rasche Aushärtung des Verbindungsmaterials. Derartige Induk tionsspulen führen einen elektrischen Hochfrequenz strom, der ein magnetisches Feld erzeugt und eine Er wärmung der Bleche bewirkt, welche Wärme zu dem zwi schen den beiden Blechen angeordneten Verbindungsma terial geleitet wird und dieses aushärtet. Da die um säumten Umfangsbereiche von Türen, Kofferraumdeckeln, Hauben und dergleichen ziemlich groß sein können, ist es üblich, solche Induktionsspulen nur an ausgewähl ten Stellen entlang der Länge jedes Saumes zu verwen den, um eine punktweise Aushärtung des Verbindungsma terials nur an den Stellen der Induktionsspulen zu erzielen. Der Rest des Verbindungsmaterials wird zu einer späteren Zeit während des Montagevorgangs aus gehärtet, beispielsweise wenn das Motorfahrzeug durch einen Farbofen hindurchgeht. Es ist auch bekannt, In duktionsspulen um die gesamte Umfangskante oder -kanten einer Anordnung zu verwenden, um das ganze Verbindungsmaterial gleichzeitig auszuhärten.

Eine typische Induktionsspule für Verbindungszwecke nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1 gezeigt. Bei dieser typischen Anordnung befindet sich eine Induk tionsspule 10 unterhalb einer Unterlage 12 aus iso lierendem Material. Die Unterlage 12 empfängt und stützt eine umgelegte Kante 13 eines äußeren Bleches 14 und ein inneres Blech 16. Ein Streifen aus Kleb stoff 18 befindet sich zwischen dem äußeren und dem inneren Blech 14, 16 vor dem Umsäumvorgang. Der Durchgang eines elektrisches Hochfrequenzstroms durch die Induktionsspule 10 erzeugt ein magnetisches Feld, das in den Blechen 14 und 16 Wärme induziert, die in dem Bereich der Induktionsspule 10 zu dem Klebstoff 18 geleitet wird und diesen aushärtet.

Fig. 2 zeigt eine andere typische Induktionsspule, welche näher in der US-A-4 950 348 beschrieben ist. Die Induktionsspule 20 enthält eine im Allgemeinen rechteckförmige Spulenanordnung mit einem Paar von sich nach außen erstreckenden Beinen 22, von denen nur eins in Fig. 2 gezeigt ist, die mit einer nicht gezeigten elektrischen Leistungsquelle wie einem Transformator verbunden sind. Ein Steigelement 24 und eine Befestigungsbasis 26 sind mit der Spule 20 ver bunden, um eine geeignete Befestigung für die Spule 20 zu ergeben. Kerne 28 sind in ausgewählten Berei chen der Spule 20 angeordnet, um das von der Spule 20 erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren. Im Be trieb wird die in Fig. 2 gezeigte Spule 20 nach dem Stand der Technik nur auf einer Seite einer Saumver bindung zwischen zwei überlappenden Blechen wie den in Fig. 1 gezeigten Blechen 14 und 16 angeordnet.

Die Verwendung einer einzigen Induktionsspule, wie sie in den Anordnungen nach dem Stand der Technik ge mäß den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, erfordert lange Erwärmungszeiten, um den Klebstoff bis zu einer aus reichenden Festigkeit auszuhärten. Da weiterhin die einzelne Induktionsspule sich nur auf einer Seite der Saumverbindung von zwei Blechen befindet, wird mehr Wärme an dem einen Blech als an dem anderen Blech er zeugt, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Klebstoffs führt.

Fig. 3 zeigt noch eine andere Induktionsspule nach dem Stand der Technik, die für Verbindungszwecke ver wendet wird. Bei dieser Anordnung, die im Einzelnen in der US-A-4 602 139 beschrieben ist, trägt eine un tere Spannvorrichtung 30 die an irgendeinem geeigne ten, nicht gezeigten Werkzeug oder Stützteil ange bracht ist, eine erste oder untere Induktionsspule 32, welche in einem Block 34 aus elektrisch isolie rendem Material befestigt ist. Die untere Spannvor richtung 30 stützt auch die gesäumte Verbindung, die zwischen einem unteren äußeren Blech 36 und einem oberen inneren Blech 38 gebildet ist, wobei ein Streifen 40 aus Klebstoff zwischen diesen angeordnet ist. Eine obere Spannvorrichtung 42 stützt eine zwei te oder obere Induktionsspule 44, welche ebenfalls in einem Block 46 aus elektrisch isolierendem Material in der oberen Spannvorrichtung 42 befestigt ist. Die obere Spannvorrichtung 42 und die untere Spannvor richtung 30 sind in Bezug aufeinander bewegbar, so daß sie voneinander getrennt werden können, um das Einbringen oder Entfernen der gesäumten Bleche 36 und 38 zwischen den beiden Spannvorrichtungen zu ermögli chen.

Bei einer Betriebsart wird die obere Spannvorrichtung 42 über den gesäumten Blechen 36 und 38 abgesenkt, um die zweite Induktionsspule 44 über einer Oberfläche der gesäumten Kante der Bleche 36 und 38 anzuordnen. Die erste oder untere Induktionsspule 32 ist im We sentlichen in einer Linie mit der zweiten Spule 44 positioniert, aber sie befindet sich unterhalb der gesäumten Kanten der Bleche 36 und 38. Die Verwendung von zwei Induktionsspule 32 und 44 auf entgegenge setzten Seiten der gesäumten Verbindung der Bleche 36 und 38 schafft eine gleichmäßigere Erwärmung des Klebstoffs 40, das Wärme zur selben Zeit von beiden Seiten den Blechen 36 und 38 zugeführt wird. Jedoch ist die Gestaltung des Werkzeugs bei dieser Anordnung komplizierter, da zumindest eine der Spannvorrichtun gen wie die obere Spannvorrichtung 42 mit Bezug auf die andere Spannvorrichtung bewegbar sein muß, um das Anordnen und Entfernen der umbördelten Bleche 36 und 38 zwischen ihnen zu ermöglichen.

US-A-5 365 041 und US-A-5 442 159 offenbaren eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen mit einan der verklebter Bleche unter Verwendung einer L-förmigen Spule. Die L-förmige Spule hat ein erstes Bein, das sich unterhalb der umbördelten Blechverbin dung befindet und ein hierzu senkrechtes zweites Bein, das benachbart der Seitenkante der umbördelten Verbindung in enger Nähe zu der äußeren Oberfläche des oberen Bleches angeordnet ist.

Diese L-förmige Spule bewirkt im Vergleich zu einer einseitigen Erwärmung, daß die Temperatur des oberen Bleches der des unteren Bleches stärker angenähert ist. Die Temperatur des unteren Bleches ist etwas hö her als die des oberen Bleches aus dem Grund, daß das erste Spulenbein sich in großer Nähe zu dem unteren Blech befindet; während das obere Blech hauptsächlich durch das zweite Bein der Spule beeinflußt wird, wel ches dem oberen Blech nicht so nahe ist wie das erste Spulenbein dem unteren Blech. Obgleich die Temperatur der oberen Oberfläche niedriger ist als die des unte ren Bleches, ist die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Blechen geringer als die, die bei einer ein seitigen Erwärmung erhalten wird, wodurch eine besse re Klebverbindung erzielt wird.

Wenn jedoch die verbundenen Bleche eine konvexe unte re Oberfläche haben, wie es typisch bei einer Platte eines Automobilkörpers ist, muß der zwischen dem er sten und dem zweiten Bein der Spule eingeschlossene Winkel größer als der bevorzugte Winkel von 90° sein, um das Auflegen der Platte auf die festen Spulen zu erleichtern. Dieser eingeschlossene Winkel erhöht in nachteiliger Weise die Temperaturdifferenz zwischen dem unteren und dem oberen Blech.

Somit wäre es wünschenswert, eine neue Induktionsver bindungsvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, wel che ein Verbindungsmaterial zu einer höheren Festig keit aushärten als bei einer Verbindungsvorrichtung nach dem Stand der Technik. Es wäre auch wünschens wert, eine Induktionsverbindungsvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche eine hochfeste ausgehär tete Verbindung zwischen zwei Blechen oder Platten in kürzerer Zeit schaffen als bekannte Erwärmungsvor richtungen für Verbindungszwecke. Es wäre auch wün schenswert, eine Induktionsverbindungsvorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, welche gleichförmig sowohl die obere als auch die untere Oberfläche einer umbör delten Klebverbindung erwärmt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionser wärmungsspule zum Aushärten eines Verbindungsmateri als, das zwischen überlappten oder umbördelten Berei chen von zwei Konstruktionselementen oder Blechen an geordnet ist, indem das Verbindungsmaterial in einem ausgehärteten Zustand erwärmt wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Indukti onserwärmungsspule ein erstes Element, das aus einer ersten Induktiverwärmungsfläche gebildet ist, die be nachbart einem der beiden Bleche und das Verbindungs material hierzwischen angeordnet ist, und einer zwei tes Element mit einer Form, die komplementär zu der Form des ersten Elements ist, und das im Abstand von dem ersten Element angeordnet ist. Das zweite Element bildet eine zweite induktive Erwärmungsfläche, die benachbart dem entgegengesetzten der beiden Konstruk tionselemente oder Bleche und das Verbindungsmaterial hierzwischen angeordnet ist.

Gemäß der Erfindung ist das zweite Element vorzugs weise in gleichem Abstand von dem ersten Element ent lang der Länge von diesen beiden angeordnet. Vorzugs weise sind das erste und das zweite Element parallel zueinander angeordnet. Gemäß einem Aspekt sind das erste und das zweite Element in parallelen Ebenen an geordnet.

Das erste und das zweite Element können jede Form ha ben, einschließlich einer geraden Form zwischen ent gegengesetzten Enden oder einer gekrümmten Form wie einer konvexen oder konkaven Form in einer Ebene zwi schen entgegengesetzten Enden. Die ermöglicht, daß das erste und das zweite Element der Umfangskante ei ner unregelmäßig geformten umgebördelten strukturel len Anordnung folgen können.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung verbinden leitende Elemente das erste und das zweite Element zu einer Spule mit einer Windung. Vorzugsweise umfassen die leitenden Elemente ein erstes und ein zweites End bein, welche jeweils zu einem ersten und einem zwei ten Ende zu Ende-Bein verbunden sind, die das erste Element bilden. Ein drittes und ein viertes Endbein sind mit entgegengesetzten Enden des zweiten Elements verbunden. Das erste, zweite, dritte und vierte End bein sind elektrisch verbunden wie durch miteinander verbindende Beine.

Ein erstes und ein zweites Anstiegsteil, welche im Abstand voneinander angeordnet sind, sind mit dem er sten und dem zweiten Bein des ersten Elements verbun den und erstrecken sich von diesen weg. Ein erstes und ein zweites Basisteil sind mit dem ersten bzw. zweiten Anstiegsteil verbunden, um das erste Element mit einer Quelle für einen elektrischen Hochfrequenz strom zu verbinden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind das erste und das zweite Anstiegsteil, das erste und das zweite Bein des ersten Elements und das erste und das zweite Endbein koplanar. In gleicher Weise sind das dritte und das vierte Endbein und das zweite Element mitein ander koplanar.

Kühlmittel-Strömungspfade sind in dem ersten und dem zweiten Element ausgebildet, enthaltend das erste und das zweite Anstiegsteil, das erste, zweite, dritte und vierte Endbein und die verbindenden Beine zwi schen dem ersten, zweiten, dritten und vierten End bein. Die Kühlmittel-Strömungspfade sind vorzugsweise gebildet durch Ausgestaltung des ersten und zweiten Elements, der Anstiegsteile und der Endbeine als hoh le rohrförmige Glieder.

Magnetfeld-Konzentrationsglieder können um das erste und das zweite Element angeordnet sein, um das von dem ersten und dem zweiten Element erzeugte magneti sche Feld durch die strukturellen Elemente oder Ble che, die zwischen dem ersten und dem zweiten Element angeordnet sind, zu konzentrieren.

Die Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft gegenüber bekannten Induktionsspulen, die zum Aushärten eines Verbindungsmaterials zwischen zwei überlappten oder umgebördelten strukturellen Elementen oder Blechen verwendet werden. Die im We sentlichen parallele Anordnung des ersten und des zweiten Elements der vorliegenden Induktionsspule, welche zu einer Spule mit einer einzigen Windung ver bunden sind, kann in einer Vielzahl von Formen ausge staltet sein, um der Form der Umfangskante der struk turellen Elemente oder Bleche, die hierzwischen ange ordnet sind, zu folgen. Somit können, während das er ste und das zweite Element vorzugsweise parallel und im gleichen Abstand voneinander zwischen entgegenge setzten Enden angeordnet sind, das erste und das zweite Element jede lineare oder nicht lineare unre gelmäßige Gestalt zwischen entgegengesetzten Enden annehmen, um der Gestalt der Umfangs- oder umbördel ten Kante der strukturellen Elemente oder Bleche, die zwischen ihnen angeordnet sind, zu folgen, während gleichzeitig eine gleichförmige Erwärmung sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche der umbördel ten Verbindung zwischen den strukturellen Elementen oder Blechen stattfindet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Fi guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Indukti onsspule nach dem Stand der Technik für Punktverbindungsanwendungen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Induktionsspule nach dem Stand der Technik für Punktverbindungsanwendungen,

Fig. 3 eine Seitenquerschnittsansicht einer dritten Induktionsspule nach dem Stand der Technik mit einem Paar von gegenüberliegenden, im Abstand angeordneten Induktionsspulen,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines bevorzug ten Ausführungsbeispiels der Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 4 gezeigten Induktionsspule mit einem einge setzten Werkstück, und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 und Fig. 5 mit wahlweise hinzugefügten konzentrierenden Magnetkernen.

Es wird nun auf die Fig. 4 bis 6 Bezug genommen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer elek trischen Induktionserwärmungsspule 50 gemäß der vor liegenden Erfindung dargestellt ist. Die Indukti onsspule 50 ist so ausgebildet, daß sie einen Strei fen, einen Wulst oder einen Punkt 52 aus Klebstoff, der zwischen einer nebeneinander liegenden Anordnung eines äußeren strukturellen Elements oder Blechs 54 und eines inneren strukturellen Elements oder Blechs 56 angeordnet ist, erwärmt. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, ist die äußere Kante 58 des unteren Ble ches 54 um die äußere Kante 60 des inneren Blechs 56 herumgebogen. Vor dem Umbiegevorgang wird der Strei fen, Wulst oder Punkt 52 des Klebstoffs auf eine Oberfläche des unteren Blechs 54 gegeben, und die Kante 60 des inneren Blechs 56 wird dann hiermit in Kontakt gebracht. Während des Umbiegens der äußeren Kante 58 des unteren Blechs 54 um die Kante 60 des inneren Blechs 56 wird ein Teil des Klebstoffs 52 um die Seitenkante 60 des inneren Blechs 56 herum und auf die gegenüberliegende Oberfläche des inneren Blechs 56 zwischen dieses und die äußere Kante 58 des äußeren Blechs 54 gequetscht.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Induktionsspule 50 ein erstes Element 64 mit einem ersten und einem zweiten, zueinander kolinearen Bein bereich 66 und 68. Der erste und der zweite Beinbe reich 66 und 68 sind in einer geraden Linie und in geringem Abstand voneinander angeordnet, wie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt ist.

Die Induktionsspule 50 enthält auch ein zweites Ele ment 70, das aus einem zweiten Bein 72 gebildet ist. Das zweite Element 70 ist in einem vorbestimmten Ab stand von dem ersten Element 64 angeordnet, der ge eignet ist für eine gleitenden Aufnahme oder die Ein fügung über der umbördelten Verbindung zwischen den Blechen 54 und 56, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Dies ermöglicht, daß das erste Element 64 benachbart einer Oberfläche der Umbördelung zwischen den beiden Ble chen 54 und 56 angeordnet wird, während das zweite Element 70 benachbart zu der Kante der umbördelten Verbindung der beiden Bleche 54 und 56 angeordnet wird. Das erste und das zweite Element 64 und 70 sind in jeder gewünschten Länge für eine Punktverbindung mit einer kleinen Länge des Klebstoffs 52 oder für eine Verbindung der gesamten Umfangskante einer An ordnung vorgesehen.

Das erste und das zweite Bein 66 und 68 des ersten Elements 64 bilden eine oder liegen in einer ersten Ebene, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das zweite Element 70 ist im Abstand von dem ersten Element 64 angeord net und verläuft vorzugsweise parallel zu diesem. Es kann gesagt werden, daß das zweite Element 70 in ei ner zu der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene liegt.

Weiterhin sind die äußeren Kanten des ersten und zweiten Elements 64 und 70, wie in Fig. 6 gezeigt ist, vorzugsweise koplanar zueinander. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die äußeren Kanten des ersten und des zweiten Elements 64 und 70 versetzt sein kön nen, um den Anforderungen einer besonderen Anwendung zu genügen, ohne daß von der Lehre der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Es sind Mittel vorgesehen zum Verbinden des ersten und des zweiten Elements 64 und 70 in eine Indukti onsspule mit einer einzigen Windung. Die Verbindungs mittel umfassen vorzugsweise ein erstes und ein zwei tes Endbein 74 und 76, die einteilig mit dem ersten und dem zweiten Beinbereich 66 bzw. 68 des ersten Elements 64 ausgebildet oder mit diesen verbunden sind. Das erste und das zweite Endbein 74 und 76 sind vorzugsweise mit einem Ende des ersten bzw. zweiten Beinbereichs 66, 68 hart verlötet. Das erste und das zweite Endbein 74 und 76 liegen in derselben ersten Ebene wie der erste und der zweite Beinbereich 66 und 68 des ersten Elements 64.

Ein drittes und ein viertes Endbein 78 bzw. 80 sind einteilig mit dem Bein 72 des zweiten Elements 70 ausgebildet oder mit diesem verbunden. In einem Aus führungsbeispiel sind das dritte und das vierte End bein 78 und 80 mit entgegengesetzten Enden des Beins 72, das das zweite Element 70 bildet, hart verlötet und liegen in derselben zweiten Ebene wie das zweite Element 70.

Ein fünftes und ein sechstes Endbein 81 bzw. 83 sind einstückig mit einem Ende des ersten bzw. dritten Beins 74, 78 und des zweiten bzw. sechsten Beins 76, 80 ausgebildet oder hiermit verbunden. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, bildet diese Anordnung eine U-förmige Induktionsspule mit einer Windung zwischen dem ersten und dem zweiten Element 64 und 70, welche geeignet ist für eine einfache Aufnahme der umbördelten Ver bindung der beiden Bleche 54 und 56 in enger Nähe da zwischen, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Bei einer beispielhaften Ausbildung sind ein erstes und ein zweites Anstiegsteil 82 und 84 mit dem ersten bzw. zweiten Beinbereich 66 und 68 des ersten Ele ments 64 verbunden und erstrecken sich im Wesentli chen senkrecht zu diesen. Das erste und das zweite Anstiegsteil 82 und 84 sind mit einem ersten und ei nem zweiten Basisteil 86 und 88 verbunden oder ein stückig mit diesen ausgebildet, welche eine Basis zum Verbinden der Induktionsspule 50 mit einer nicht ge zeigten Quelle für einen elektrischen Hochfrequenz strom wie einem herkömmlichen Transformator, elektri schen Stromschienen usw. bilden. Befestigungsöffnun gen 90 sind in dem ersten und dem zweiten Basisteil 86 und 88 ausgebildet zur Aufnahme von Befestigungs gliedern, um die Induktionsspule 50 an der Quelle für den elektrischen Strom zu befestigen.

Rippen 100 und 102 sind einstückig mit dem ersten Ba sisteil 86 ausgebildet und erstrecken sich zwischen diesem und entgegengesetzten Seiten des ersten An stiegsteils 82, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Ein gleiches Paar von Rippen 104 ist ebenfalls zwi schen dem zweiten Basisteil 88 und entgegengesetzten Seiten des zweiten Anstiegsteils 84 vorgesehen. Zu sätzlich ist eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material 106 wie einem Kunststoff zwischen den im Ab stand angeordneten Bereichen der Rippen, 100, 102 und 104, dem ersten und dem zweiten Anstiegsteil 82 und 84 und den zugewandten Enden des ersten und zweiten Beins 86 und 88 des ersten Elements 64 angeordnet, um eine elektrische Isolierung zwischen diesen Elementen herzustellen.

Alle Teile des ersten und des zweiten Elements 64 und 70 sowie des ersten und des zweiten Anstiegsteile 82 und 84 und des ersten und zweiten Basisteils 86 und 88 sind vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer gebildet. Weiterhin sind alle Teile des ersten und des zweiten Elements 64 und 70 und des erste und zweiten Anstiegsteils 82 und 84 als hohle rohrförmige Teile mit einem inneren Durchgang, der in Fig. 6 allgemein mit der Bezugszahl 92 be zeichnet ist, gebildet. Der Durchgang 92 öffnet sich durch jedes der Basisteile 86 und 88 und erstreckt sich durch die gesamte Induktionsspule 50, um einen Strömungspfad für ein Kühlfluid zu ergeben, wenn die Enden des Durchgangs 92 in den Basisteilen 86 und 88 mit einer Quelle für ein Kühlfluid verbunden sind. Der Fluss des Kühlfluids durch die Induktionsspule 50 entfernt Wärme von dieser.

Die integrale Verbindung des ersten und zweiten Ele ments 64 und 70 durch das jeweilige erste und zweite Endbein 74 und 76, das dritte und vierte Endbein 78 und 80 und das fünfte und sechste Endbein 81 und 83 bildet eine Induktionsspule mit einer einzigen Win dung, welche ein magnetisches Feld um die Elemente 64 und 70 erzeugt, das in die Bleche 54 und 56 gekoppelt wird, wenn ein elektrischer Hochfrequenzstrom durch diese hindurchgeht. Das magnetische Feld erzeugt eine Erwärmung der Bleche 54 und 56 in den Bereichen des ersten und zweiten Elements 64 und 70, wobei die Wär me durch die Bleche 54 und 56 zu dem zwischen diesen angeordneten Klebstoff 52 geleitet wird. Die Zufüh rung von Wärme während einer vorbestimmten Zeitspanne härtet den Klebstoff 52 teilweise oder vollständig zumindest in der Nähe der Induktionsspule 50.

Durch die Anordnung des ersten und zweiten Elements 64 und 70 der Induktionsspule 50 im Abstand voneinan der und parallel zueinander, welche der Form der um bördelten Verbindung folgt, wird die Aushärtung des Klebstoffs 52 in einen festen Zustand mit hoher Fe stigkeit viel schneller erreicht als bei der bisher bekannten Vorrichtung mit einer einzigen Indukti onsspule für Punktverbindungsanwendungen, da gleiche Wärmemengen von der unteren Oberfläche der umbördel ten Verbindung und von der oberen Oberfläche zuge führt werden. Die Wärme wird von den Blechen 54 und 56 zu dem Verbindungsmaterial geleitet, um das ober halb des inneren Bleches 56 und der überlappten äuße ren Kante 58 des äußeren Bleches 54 angeordnete Ver bindungsmaterial zu erwärmen. Somit erfolgt die Er wärmung des Klebstoffs 52 gleichzeitig auf beiden Seiten des Bleches 56, wodurch die zum Aushärten des Klebstoffs in einen Zustand hoher Festigkeit erfor derliche Zeit wesentlich verkürzt wird.

Beispielsweise kann ein elektrischer Strom mit Fre quenzen zwischen 3 und 30 kHz durch die Indukti onsspule 50 Temperaturen zwischen 250° und 450° in dem Klebstoff 52 erzeugen. Abhängig von der Erwär mungszeit und der sich ergebenden Aushärtungstempera tur an den Blechen 54 und 56 kann die U-förmige In duktionsspule 50 nach der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung der Aushärtefestigkeit des Klebstoffs 52 ge genüber den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrich tungen mit einer einzigen Spule erzielen.

Magnetische Kerne mit einer konzentrierenden Wirkung können wahlweise bei vorbestimmten Bereichen des er sten und des zweiten Elements 64 und 70 vorgesehen sein, um das von dem ersten und dem zweiten Element 64 und 70 erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren. Beispielsweise sind ein erster und ein zweiter U-förmiger magnetischer Kern 94, welche in Fig. 6 ge zeigt sind, mit jedem von dem ersten und zweiten Beinbereich 66 und 86 des ersten Elements 64 verbun den. In gleicher Weise ist ein länglicher U-förmiger magnetischer Kern 96 um das Bein 72 des zweiten Ele ments 70 vorgesehen. Die magnetischen Kerne können aus magnetischen Schichten oder anderen magnetischen Materialien gebildet sein, um wirksam den magneti schen Pfad um das leitende erste und zweite Element 64 und 70 auf solchen Oberflächen, die nicht dem Werkstück oder Blech 54 zugewandt sind, zu verkürzen. Das Vorsehen derartiger magnetischer Kerne 94 und 96 erhöht den magnetischen Kopplungswirkungsgrad und da her den Energieübertragungs-Wirkungsgrad der Indukti onsspule 50.

Schließlich ist die Induktionsspule 50 mit nicht ge zeigten Schutzelementen versehen, welche fest an dem ersten Element 64 und dem zweiten Element 70 ange bracht sind und eine geeignete Schutzfläche ergeben, die einen Kontakt der äußeren Oberfläche der umbör delten Bleche 54 und 56 mit dem ersten und dem zwei ten Element 64 und 70 verhindern.

Die Induktionsspule 50 ist gut geeignet für Material handhabungen mittels eines Roboters. Bei einer Anwen dung wird kein Tisch verwendet, um das Werkstück wäh rend des Aushärtungsvorgangs zu halten; sondern statt dessen wird das Werkstück durch einen Roboterarm ge halten und die Spule 50 befindet sich in einer festen Position. Der Roboterarm wird verwendet, um wieder holt ausgewählte Abschnitte der Platte in der Induk tionsspule 50 während des Aushärtens zu positionie ren. Bei einer zweiten Anwendung ist die Indukti onsspule 50 an dem Ende eines Roboterarms befestigt und das Werkstück wird in einer Spannvorrichtung ge halten. Der Roboterarm wird verwendet, um wiederholt die Spule 50 auf ausgewählten Abschnitten der Platte oder des Werkstücks zum Aushärten zu positionieren. Bei beiden vorbeschriebenen Roboterhandhabungen er zielt die U-förmige Induktionsspule 50 nach der vor liegenden Erfindung eine bessere Gleichförmigkeit der Temperatur ohne Erhöhung der Automatisierungskosten im Vergleich mit früheren Induktionsspulen.

Im Betrieb wird anfänglich ein Streifen aus Klebstoff 52 der äußeren Platte 54 an einer Stelle, welche ei nem Abstand von der Umfangskante 58 der äußeren Plat te 54 aufweist, zugeführt. Die innere Platte 56 wird dann in eine nebeneinander liegende Position mit Be zug auf die äußere Platte 54 gebracht und berührt den Streifen aus Klebstoff 52. Die äußere Kante 58 des äußeren Blechs 54 wird dann um die äußere Kante 60 des inneren Bleches 56 gebogen oder gebördelt, um ei ne umbördelte Verbindung der beiden Bleche 54 und 56 miteinander zu schaffen, bei der der Klebstoff auf die gegenüberliegende Seite des Bleches 56 gequetscht ist. Die umbördelte Verbindung wird dann in der Nähe der Induktionsspule 50 angeordnet, wie vorstehend be schrieben ist. Während ein Kühlfluid durch den inne ren Durchgang 92 in der Induktionsspule 50 fließt, wird dieser ein Hochfrequenzstrom zugeführt. Der Strom induziert ein magnetisches Feld, das eine Er wärmung der Metallplatten 54 und 56 an Stellen unmit telbar benachbart dem ersten und dem zweiten Element 64 und 70 der Induktionsspule 50 bewirkt. Diese Wärme wird zu dem Klebstoff 52 geleitet und härtet dieses in einen festen Zustand mit hoher Festigkeit aus, wo durch die beiden Bleche 54 und 56 fest miteinander verbunden werden. Die verbundenen Bleche 54 und 56 werden dann aus der Induktionsspule 50 entfernt.

Das erste und das zweite Element 64 und 70 sind durch das erste bis sechste Bein 74, 76, 78, 80, 81 und 83 mechanisch derart miteinander verbunden, daß die kör perliche Beziehung oder der Abstand zwischen dem er sten und dem zweiten Element für alle Zeiten festge legt ist. Auf diese Weise werden bei einer Bewegung der Induktionsspule 50 sowohl das erste als auch das zweite Element 64 und 70 gleichzeitig bewegt.

Bei bestimmten Anwendungen kann der Umriss des Werk stücks oder der Bleche 54 und 56 eine unregelmäßige nicht lineare Form annehmen wie beispielsweise eine konvexe oder konkave Form an der Umbördelungsverbin dung. Es ist darauf hinzuweisen, daß das erste und das zweite Element 64 und 70 der Induktionsspule 50 nach der vorliegenden Erfindung mit komplementären nicht linearen unregelmäßigen Oberflächen ausgebildet sein können, wie bogenförmigen konkaven oder konvexen Oberflächen einer komplementären Gestalt, um der Form der umbördelten Verbindung zu entsprechen.

Zusammengefasst wurde eine Induktionserwärmungsspule zum Verbinden nebeneinander liegender Bereiche von Blechen durch ein wärmehärtbares Verbindungsmaterial offenbart. Die Induktionserwärmungsspule enthält ein erstes und ein zweites elektrische leitendes Element, die im Abstand voneinander angeordnet sind und eine komplementäre Form aufweisen, um die nebeneinander liegenden Teile der Bleche zwischen sich aufzunehmen. Es sind Mittel vorgesehen zum Zuführen eines elektri schen Hochfrequenzstroms zu dem ersten und dem zwei ten Element.

Claims

1. Induktionserwärmungsspule zum induktiven Erwär men nebeneinander liegender Bereiche von zwei Blechen, um ein wärmehärtbares Verbindungsmate rial, das sich zwischen den beiden Blechen be findet, auszuhärten, zum Verbinden der beiden Bleche miteinander, gekennzeichnet durch:
ein erstes Element, das eine erste induktive Heizfläche bildet, die benachbart einem der bei den Bleche und dem zwischen diesen angeordneten Verbindungsmaterial angeordnet ist,
ein zweites Element, das im Abstand von dem er sten Element angeordnet ist und eine Form auf weist, die komplementär zu der Form des ersten Elements ist, welches zweite Element eine zweite induktive Heizfläche bildet, die benachbart dem anderen der beiden Bleche und dem zwischen die sen befindlichen Verbindungsmaterial angeordnet ist,
leitende Elemente, die das erste und das zweite Element zu einer Spule mit einer einzigen Win dung verbinden, und
eine Vorrichtung zum Zuführen eines elektrischen Hochfrequenzstroms zu dem ersten und dem zweiten Element.

2. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das zweite Element ei nen gleichmäßigen Abstand von dem ersten Element entlang deren gesamter Länge aufweist.

3. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Element zueinander parallel angeordnet sind.

4. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Element zwischen den entgegengesetzten Enden eben sind.

5. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das erste Element ein erstes und ein zweites Ende zu Ende angeordnetes Bein aufweist.

6. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente aufweisen:
ein erstes und ein zweites Endbein, die sich je weils von jedem des ersten und des zweiten Beins des ersten Elements erstrecken,
ein drittes und ein viertes Endbein, die sich jeweils von entgegengesetzten Enden des zweiten Elements erstrecken,
wobei das erste und das zweite Endbein elek trisch mit dem dritten und dem vierten Endbein verbunden sind.

7. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Endbein koplanar mit dem ersten und dem zweiten Bein sind, und daß das dritte und das vierte Endbein koplanar mit dem zweiten Element sind.

8. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente weiterhin aufweisen:
ein erstes und ein zweites Anstiegsteil, die im Abstand voneinander angeordnet und mit dem er sten und dem zweiten Bein verbunden sind und sich von diesen erstrecken, und
ein erstes und ein zweites Basisteil, die mit dem ersten bzw. zweiten Anstiegsteil verbunden sind.

9. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Anstiegsteil koplanar mit dem ersten und dem zweiten Bein des ersten Elements sind.

10. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 8, ge kennzeichnet durch Isolationsteile, die zwischen dem ersten und dem zweiten Anstiegsteil und dem ersten und dem zweiten Basisteil angeordnet sind.

11. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch einen in dem ersten und dem zweiten Element gebildeten Strömungspfad für den Durchfluss eines Kühlfluids durch das erste und das zweite Element.

12. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Element als hohle rohrförmige Teile aus gebildet sind.

13. Induktionserwärmungsspule nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch magnetische Kerne, welche Teile des ersten und des zweiten Elements umge ben, um das von dem ersten und dem zweiten Ele ment erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren.