DE19958232A1 - Contactless bending method, for plastic parts with thermoplastic properties, comprises heating one side over period to produce temperature gradient through part before cooling to bend - Google Patents

Contactless bending method, for plastic parts with thermoplastic properties, comprises heating one side over period to produce temperature gradient through part before cooling to bend

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Abstract

Contactless bending method, comprises a heat source, directed at the upper side (O) of a plastic component (T) for a period that locally melts the plastic and produces a temperature gradient through the plastic thickness and a volume gradient of molten plastic. Shrinkage stresses (PF1) induced as the plastic cools cause the component to bend towards (PF2) the heat source. An Independent claim is made for plastic parts with thermoplastic characteristics bent by the process.

Description

Aus der EP-B-0 317 830 ist ein Verfahren zum Biegen eines Ge­ genstandes aus Metall durch lokales Erhitzen und anschließen­ des Abkühlen des Gegenstandes bekannt. Dabei wird zum Biegen des plattenförmigen Gegenstandes ein Laserstrahl über die Oberfläche im gewünschten Biegebereich geführt. Bei diesem Vorgang wird die Laserstrahlleistung in der Oberfläche des Gegenstandes absorbiert und es bildet sich aufgrund der Wär­ meleitfähigkeit des Metalls ein Temperaturgradient im Volumen des Gegenstandes aus. Bei genügend hoher Laserstrahlleistung wird somit der Gegenstand dem Gradienten entsprechend unter­ schiedlich stark aufgeschmolzen. Beim Aufschmelzen tritt eine Volumenvergrößerung auf und das schmelzflüssige Material wird nach oben verdrängt. Beim Erkalten tritt eine Volumenverklei­ nerung auf. Da das Material dann jedoch nicht mehr plastisch ist, werden durch die unterschiedlichen Schrumpfungen mecha­ nische Kräfte induziert, die dazu führen, daß sich der plat­ tenförmige Gegenstand zum Laserstrahl hin verbiegt.EP-B-0 317 830 describes a method for bending a Ge metal object by local heating and connection the cooling of the object is known. It is used for bending of the plate-shaped object, a laser beam over the Surface guided in the desired bending area. With this Process is the laser beam power in the surface of the Absorbs the object and it forms due to the heat conductivity of the metal is a temperature gradient in volume of the object. With sufficiently high laser beam power the object is thus under the gradient melted differently. One occurs when melting Volume increase and the molten material becomes displaced upwards. A volume reduction occurs when cooling on. However, since the material is no longer plastic is due to the different shrinkages mecha nical forces induced that lead to the plat bend the ten-shaped object towards the laser beam.

Aus der DE-C-29 18 100 ist die Anwendung des vorstehend ge­ schilderten Biegeverfahrens zum Justieren von feinwerktechni­ schen Teilen bekannt. Dabei wird beispielsweise zum Justieren einer Kontaktfeder ein Laserstrahl auf die Oberfläche der Kontaktfeder fokussiert, so daß im Fokus eine Schmelzzone entsteht, die nach dem Abkühlen eine Biegung der Kontaktfeder zum Laserstrahl hin bewirkt. Durch verschiedene Geometrien der aufgebrachten Schmelzzonen, z. B. überlappte Schmelzzonen, Schmelzzonen quer zur Feder, längs der Federränder oder be­ liebiger anderer Geometrien, können unterschiedlich starke Verformungen der Blattfeder hervorgerufen werden. From DE-C-29 18 100 is the application of the ge above described bending process for adjusting Feinwerktechni known parts. It is used for adjustment, for example a contact spring a laser beam on the surface of the Focused contact spring, so that in focus a melting zone arises which, after cooling, bends the contact spring caused towards the laser beam. Through different geometries the applied melting zones, e.g. B. overlapped melting zones, Melting zones across the spring, along the edges of the spring or be other geometries, can have different strengths Deformations of the leaf spring are caused.  

Versuche, ein derartiges Biegen oder Justieren von Teilen aus Metall aus Teile aus Kunststoff zu übertragen, sind bislang gescheitert, da die gängigen Kunststoffe entweder eine hohe optische Absorption aufweisen oder für Energiestrahlen trans­ parent sind. Im letzteren Fall gibt es keinen Effekt, im er­ sten Fall wird die Energiestrahlleistung in die Oberfläche der Teile eingekoppelt. Da Kunststoff im Vergleich zu Metall eine um mehrere Größenordnungen geringere Temperaturleitzahl besitzt, kann sich im Kunststoff in kurzer Zeit kein zum Bie­ gen notwendiger Temperaturgradient ausbilden. Die Temperatur­ leitzahl für Polypropylen beträgt beispielsweise 0,002 cm2/s, während die Temperaturleitzahl für Molybdän 0,48 cm2/s be­ trägt. Hinzu kommt, daß bei Kunststoffen der Unterschied zwi­ schen Schmelzpunkt und Flammpunkt sehr gering ist, d. h. ein Energiestrahl bewirkt häufig eine Verbrennung oder Zersetzung des Kunststoffes an der Oberfläche, bevor eine zum Biegen er­ forderliche Temperaturerhöhung in unteren Lagen auftritt.Attempts to transfer such bending or adjustment of metal parts from plastic parts have so far failed because the conventional plastics either have a high optical absorption or are transparent to energy rays. In the latter case there is no effect, in the first case the energy beam power is coupled into the surface of the parts. Since plastic has a temperature order of magnitude lower than that of metal by several orders of magnitude, no temperature gradient necessary for bending can develop in plastic in a short time. The temperature index for polypropylene is, for example, 0.002 cm 2 / s, while the temperature index for molybdenum is 0.48 cm 2 / s. In addition, the difference between the melting point and flash point of plastics is very small, ie an energy beam often causes combustion or decomposition of the plastic on the surface before a necessary temperature increase in the lower layers occurs.

Der in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum berührungslosen Biegen von Teilen aus Kunststoff durch lokales Aufschmelzen und an­ schließendes Abkühlen zu schaffen.The invention specified in claims 1 and 5 is Problem based, a method for non-contact bending of plastic parts by local melting and on to create closing cooling.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Teile aus einem thermoplastischen Kunststoff dann berührungslos gebogen werden können, wenn es gelingt, trotz der schlechten Tempera­ turleitzahl auch mit einer Energieeinkopplung in die Oberflä­ che einen Temperaturgradienten zu erzeugen, welcher seiner­ seits einen Gradienten des Schmelzvolumens bewirkt. Dies wird durch eine lange Prozeßzeit ermöglicht, in welcher der Tempe­ ratur- bzw. Schmelzvolumengradient durch Wärmeleitung ohne Schädigung des Materials erzeugt wird.The invention is based on the knowledge that parts are made of a thermoplastic is then bent without contact if it succeeds, despite the bad tempera Guide number also with energy coupling into the surface che to generate a temperature gradient which is its on the one hand causes a gradient in the melting volume. this will made possible by a long process time in which the tempe ratur- or melting volume gradient through heat conduction without Damage to the material is generated.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor. Dabei sind in den Ansprüchen 2 bis 4 verschiedene Wärmequellen angegeben, die sich zur Erzeugung eines für die Biegung erforderlichen Temperatur- bzw. Schmelzvolumengradienten besonders gut bewährt haben.Advantageous embodiments of the invention are based on the Un claims. Here are in claims 2 to 4 various heat sources specified that are used to generate  a temperature or Melt volume gradients have proven particularly good.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Erzeugung eines Temperaturgradienten in einem Teil aus Kunststoff mittels Heißluft, Fig. 1, the generation of a temperature gradient in a part of plastic material by means of hot air,

Fig. 2 die Erzeugung eines Temperaturgradienten in einem Teil aus Kunststoff mittels Heizdrähten, Fig. 2 shows the generation of a temperature gradient in a part of plastic material by means of heating wires,

Fig. 3 die Erzeugung eines Temperaturgradienten in einem Teil aus Kunststoff mittels Energiestrahlung und Fig. 3, the generation of a temperature gradient in a part made of plastic by means of energy radiation and

Fig. 4 die unterschiedlichen Schrumpfungen des gemäß Fig. 1, Fig. 2 oder Fig. 3 aufgeschmolzenen Materials beim Abkühlen. Fig. 4 shows the different shrinkages of FIG. 1, FIG. 2 or FIG. 3 melted material upon cooling.

Fig. 1 zeigt ein Teil T aus einem thermoplastischen Kunst­ stoff, wie z. B. Polypropylen. Um dieses Teil T berührungslos zu biegen oder zu justieren, wird im Abstand zur Oberseite O oberhalb der vorgesehenen Biegezone eine Wärmequelle WQ1 in Form einer Schlitzdüse für Heißluft HL angeordnet. Die Ein­ wirkzeit und die Breite der Einwirkzone werden dabei so ge­ wählt, daß im Teil T ein Temperaturgefälle mit der höchsten Temperatur an der Oberseite O entsteht. Dieser Temperaturgra­ dient bewirkt dann einen Gradienten bezüglich des Schmelzvo­ lumens, welcher seinerseits beim Abkühlen ein berührungsloses Verbiegen des Teils T verursacht. Fig. 1 shows a part T made of a thermoplastic material such. B. polypropylene. In order to bend or adjust this part T without contact, a heat source WQ1 in the form of a slot nozzle for hot air HL is arranged at a distance from the upper side O above the intended bending zone. The one action time and the width of the zone of action are chosen so that a temperature gradient with the highest temperature at the top O arises in part T. This temperature graph then causes a gradient with respect to the melting volume, which in turn causes a contactless bending of the part T when cooling.

Fig. 2 zeigt eine Wärmequelle WQ2 in Form von Heizdrähten HD. FIG. 2 is a heat source in the form of heating wires WQ2 HD.

Figur zeigt eine Wärmequelle WQ3 in Form von Energiestrahlung ES. Dabei kann es sich bei der Energiestrahlung ES beispiels­ weise um Laserstrahlen oder um die Strahlen einer fokussier­ ten Lichtquelle handeln. Figure shows a heat source WQ3 in the form of energy radiation IT. It can be, for example, with the energy radiation ES wise around laser beams or around the beams of a focused act light source.  

Der durch die Wärmequellen WQ1, WQ2 oder WQ3 gemäß den Fig. 1 bis 3 erzeugte Gradient bezüglich des Schmelzvolumens ist in Fig. 4 durch die Form der Schmelzzone SZ aufgezeigt. Das auch in tieferen Lagen aufgeschmolzene Material wird nach oben verdrängt, wobei zwei langgestreckte Wulste an der Ober­ seite O entstehen. Beim Erkalten werden durch die Pfeile PF1 angedeutete Schrumpfspannungen erzeugt, die ihrerseits dazu führen, daß sich das Teil T in Richtung der Pfeile PF2 ver­ biegt. Das Teil T wird also beim Abkühlen zur Wärmequelle WQ1, WQ2 oder WQ3 hin verbogen.The gradient generated by the heat sources WQ1, WQ2 or WQ3 according to FIGS . 1 to 3 with respect to the melting volume is shown in FIG. 4 by the shape of the melting zone SZ. The material, which is melted even in lower layers, is displaced upwards, creating two elongated beads on the upper side O. When cooling, indicated by the arrows PF1 shrinkage stresses which in turn lead to the fact that the part T bends in the direction of the arrows PF2. The part T is thus bent towards the heat source WQ1, WQ2 or WQ3 when it cools down.

Das vorstehend anhand der Fig. 1 bis 4 erläuterte Verfah­ ren zum berührungslosen Biegen von Teilen aus Kunststoff mit thermoplastischen Eigenschaften kann beispielsweise zum Ju­ stieren von Relais-Federn, zum Justieren von Videoköpfen oder zum Justieren von Lichtwellenleitern in Bezug auf Linsen oder Dioden eingesetzt werden.The above explained with reference to FIGS . 1 to 4 procedural ren for contactless bending of plastic parts with thermoplastic properties can be used for example for Ju stieren relay springs, for adjusting video heads or for adjusting optical fibers in relation to lenses or diodes.

Claims (5)

1. Verfahren zum berühungslosen Biegen von Teilen (T) aus ei­ nem Kunststoff mit thermoplastischen Eigenschaften durch lo­ kales Aufschmelzen mit Hilfe einer auf einer Seite der Teile (T) angeordneten Wärmequelle (WQ1; WQ2; WQ3) und anschließen­ des Abkühlen, wobei die Wärme derart lange in die Oberseite (O) der Teile (T) eingebracht wird, daß durch Wärmeleitung ein Temperaturgradient und ein Gradient des Schmelzvolumens erzeugt wird, der beim Abkühlen ein Verbiegen der Teile (T) zur Wärmequelle (Wq1; WQ2; WQ3) hin bewirkt.1. Method for contactless bending of parts (T) from egg nem plastic with thermoplastic properties through lo calender melting using one on one side of the parts (T) arranged heat source (WQ1; WQ2; WQ3) and connect of cooling, with the heat so long in the top (O) of the parts (T) is introduced by heat conduction a temperature gradient and a gradient of the melting volume is generated which, when cooled, causes the parts (T) to bend caused to the heat source (Wq1; WQ2; WQ3). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Wärmequelle (WQ1) Heißluft (HL) verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in net that hot air (HL) is used as the heat source (WQ1) becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Wärmequelle (WQ2) mindestens ein Heizdraht (HD) verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in net that as a heat source (WQ2) at least one heating wire (HD) is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Wärmequelle (WQ3) Energiestrahlung verwendet wird.4. The method according to claim 1, characterized in net that used as heat source (WQ3) energy radiation becomes. 5. Teil (T) aus einem Kunststoff mit thermoplastischen Eigen­ schaften, dadurch gekennzeichnet, daß es nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebogen oder justiert ist.5. Part (T) made of a plastic with its own thermoplastic shafts, characterized in that according to a of claims 1 to 4 is bent or adjusted.
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