DE2024153A1 - High-frequency pressure bonding plastics - Google Patents

High-frequency pressure bonding plastics

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DE2024153A1
DE2024153A1 DE19702024153 DE2024153A DE2024153A1 DE 2024153 A1 DE2024153 A1 DE 2024153A1 DE 19702024153 DE19702024153 DE 19702024153 DE 2024153 A DE2024153 A DE 2024153A DE 2024153 A1 DE2024153 A1 DE 2024153A1
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recess
plastic
parts
flange
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DE19702024153
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German (de)
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Joseph Albert East Boxford Mass. Raciti (V.St.A.)
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General Electric Co
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Abstract

Method for joining plastic components by means of high frequency and pressure consists of joining the components and holding them together. One end of the plastic insert is placed in contact with the vibrating piston. The frequency causes melting of the material and the pressure causes formation of a sealing flange in the hole. The piston vibration movement is stopped but the pressure is maintained until the material has cooled and hardened and components are anchored. The openings in the mounting plate can be of any shape. For forming electrical connecting elements by joining components made from electrically insulating plastics on mounting plates. Also for joining electrical plastic connectors to metal coated plates at a high production rate. The method is suitable for attaching components which can be readily detached without damage.

Description

Verfahren zum Befestigen zusammengehöriger Teile mittels hochfrequenter Schwingungen und Druck Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verpahren, um zusammengehörige Teile aneinander zu befestigen, wobei einer der Teile durch Anwendung von Hochfrequenz-Schwingungen und Durck beim Zusammenbau verformt oder eingesteckt wird. Obwohl das Verfahren allgemeine Anwendungsmöglichkeiten bietet, ist es besonders vorteilhaft anwendbar beim Zusammenbau von elektrischen Vorbindungselementen, die aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellt sind, mit einer mit Ausnehmmgen Versehenen Trägerplatte, die normalerweis, aus Meta;; bslteht, mintiert und von dieser getragen W@@@len, Elektrische Verbindungen für elektrische oder elektronische Teile werden meist durch Verbindungselemente hergestellt, die aus einem isolierenden Kunststoff bestehen und auf einer Trägerplatte montiert sind. Die Verbindungselemente sind dabei so ausgestaltet, daß sie abnehmbare Verbindungselemente -aufnehmen können, die elektrische Verbindungen von anderen Teilen tragen. Insbesondere bei komplexen elektrischen Anlagen wird, um Raum zu sparen oder eine'Verkleinerung zu erreichen, bisher eine große Anzahl von Verbindungssockeln auf einer einzigen Trägerplatte montiert, welche mit Ausnehmungen versehen ist, um die einzelnen Verbindungselemente aufzunehmen und zu tragen.Method for fastening related parts by means of high-frequency Vibrations and Pressure The present invention relates to a method of making related To fasten parts together, one of the parts by applying high frequency vibrations and pressure is deformed or plugged in during assembly. Although the procedure offers general application possibilities, it can be used particularly advantageously when assembling electrical pre-binding elements consisting of an insulating Made of plastic material, with a recessed carrier plate, which usually, from meta ;; bslteht, minted and carried by this W @@@ len, Electric Connections for electrical or electronic parts are mostly made by connecting elements made, which consist of an insulating plastic and on a carrier plate are mounted. The connecting elements are designed so that they are removable Fasteners - can accept electrical connections from others Share wear. In particular with complex electrical systems, space is required save or to achieve a reduction in size, so far a large number of connection sockets mounted on a single carrier plate, which is provided with recesses, to pick up and carry the individual connecting elements.

Während des Zusammenbaus ist es notwendig, die Verbindungselemeute an der durchlöcherten Platte zu befestigen um die einzelnen Verbindungselemente aufzunehmen und zu tragen. Die Be festigungsmittel müssen fest genug sein, um ohne Bruch den Kräften zu widerstehen, die bei dem Einsetzen und dem Herausziehen der zugehörigen Verbindungsstecker auftreten. Vorausgegangene Versuche, um ein einfaches und schnelles Verfahren zur Befestigung von Verbindungssockeln auf einer Trägerplatte zu finden, die eine zufriedenstellende Festigkeit aufweist, haben nicht zum vollen Erfolg geführt. Versuchte, die Verbindungssockel in die zugehörigen Ausnehmungen der Trägerplatte mit eirlem PreßjCitz einzusetzen, um eine Halterung durch Reibung zu erreichen, haben zur Verformung der Trägerpiatte geführt, da deren Festigkeit durch die Ausnehmungen verringert ist. Das Einkleben der Verbindungselemente ist zeitraubend und der Bruch der Klebeverbindung ist häufig, Mechanische Verformung oder Zusammensetzen von Teilen durch einen Hammerschlag, wie dies ofb bei Befestigung zusammengehöriger Metallteile geschieht, kann nicht angewedet werden, weil der Kunststoff der Verbindungselemente bie Schlag brechen würde, Eine Verformung des kunststoffes an der lnnenaeite der Pintte, z.B.During assembly it is necessary to use the connecting elements to be attached to the perforated plate around the individual connecting elements take up and carry. Be fasteners must be strong enough to be without To withstand the forces involved in inserting and withdrawing the associated connector occur. Previous attempts to find a simple and fast method of attaching connector sockets to a carrier plate Finding one that has satisfactory strength does not have to be full Success led. Tried the connection socket in the associated recesses the carrier plate with a PreßjCitz to use a holder by friction to achieve, have led to the deformation of the carrier plate, since its strength is reduced by the recesses. Gluing in the fasteners is time consuming and the breakage of the adhesive bond is common, mechanical deformation or assembly of parts with a hammer blow, as is often the case with fastening Metal parts that belong together cannot be used because the plastic The fasteners would break if the impact occurred, a deformation of the plastic on the inside of the pint, e.g.

@@@ @in m mpiß-@ Lisen, um sine Halterung sn @@alten, i ht @@fr@ @@ @@ @@@ @lll, @@il,@li@@ mei@len Kunit iloffe ein @ l@n. @h:f @iln l@@un @ult rli@g illund in-@ F :f@eit se@ l l" , l : ; . !l'l L h@pllnkt @hltst @rchen, Dessei. @@@ @in m mpiß- @ Lisen to sine bracket sn @@ old, i ht @@ fr @ @@ @@ @@@ @lll, @@ il, @ li @@ mei @ len Kunit iloffe a @ l @ n. @h: f @iln l @@ un @ult rli @ g illund in- @ F: f @ eit se @ l l ", l:;.! l'l L h @ pllnkt @hltst @rchen, Dessei.

teren ist ein solches Verfahren zeitraubend, weil die durch den Kunststoff abfließende Wärmemenge relativ niedrig ist.Such a process is time consuming because of the plastic the amount of heat flowing away is relatively low.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Befestigen zusammengehöriger Teile zu finden, von denen einer, zumindest teilweise, aus einem Kunststoff besteht.It is therefore an object of the present invention to provide an improved one Finding a method of securing related parts, one of which, at least partially, consists of a plastic.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zurBefestigung von elektrischen Kunststoff-Verbindungselementen auf einer durchlöcherten Metallträgerplatte vorzusehen, die arbeitssparend ist und mit hoher Geschwindigkeit in der Massenproduktion hergestellt werden kann und bei der eine hohe Festigkeit der Verbindung erreicht wird, um den Kräften zu widerstehen,die bei dem Einsetzen und Herausziehen von Steckverbindungen auftreten.Another object of the invention is to provide an improved method for fastening plastic electrical connection elements on a perforated Provide metal support plate that is labor saving and high speed Can be mass produced and with high strength the connection is achieved to withstand the forces exerted upon onset and pulling out plug connections occur.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich.Other objects and advantages of the invention will appear from the following Description clear.

Erfindungsgemäß werden zusammengehörige Teile,von denen einer zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt ist, zusammengebaut und aneinander befestigt durch eine verbesserte Methode, die Hochfrequenz(Ultraschall)-Schwingungen und Druck anwendet.According to the invention, related parts, of which at least one is partially made of plastic, assembled and fastened together through an improved method, the high frequency (ultrasonic) vibrations and pressure applies.

Einer der zusammengehörigen Teile, der z.B. einen Sockel eines elektrischen Verbindungselements bildet, ist aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt. Er weist ein vorstehendes Teil von verringertem Querschnitt auf, das so ausgebildet ist, daß es sich durch eine Bohrung in den anderen zugehörigen Teil erstreckt, welches z.B. die durchlöcherte Trägerplatte sein kann.One of the parts that belong together, e.g. a base of an electrical Forming connecting element is made of an insulating plastic. He has a protruding portion of reduced cross-section so formed is that it extends through a bore in the other associated part, which e.g. the perforated carrier plate.

In der Zusammenbaulage wird ein Druckkörper oder -kolben zur Anlage an die Kanten des vorstehenden Teiles gebracht, welche sich durch die Trägerplatte hindurch und über diese hinaus erstrecken. Der Kolben wird dabei veranlaßt, mit hoher Frequenz und Amplitude zu vibrieren, und zwar so hoch, daß sie ausreicht, um den Kunststoff an einer begrenzten Fläche, die mit dem Kolben in Berührung steht, schnell aufzuheizen und zu erweichen. Ein bestimmter Druck, der kontinuierlich durch den Kolben ausgeübt wird, veranlaßt den Kunststoff, nach unten und nach außen über die Trägerplatte hindurch bzw. hinaus zu fließen, zumindest um einen Teil des Umfanges der Bohrung herum, wobei ein Befestigungsflansch gebildet wird. Die Vibrationsbewegung des Kolbens wird sodann gestoppt, während der Kolbendruck auf den erweichten Kunststoff über eine Verweilzeit aufrechterhalten bleibt, bis der angeformte Flansch abkühlt und aushSrtet, wobei die zusammengehörigen Teile fest miteinander verbunden werden. Die Zeitdauer, während der die Vibrationsenergie auf den Kolben zur Anwendung gebracht wird, ist so gesteuert, daß ein übermäßiges Erhitzen und Schmelzen des Kunststoffes verhütet wird, bei dem Festigkeitsverluste eintreten könnten. Das gesamte Befestigungsverfahren-kann entweder von Hand oder mit Hilfe von automatischen oder teilautomatischen Ma schinen durchgeführt werden, und zwar in wenigen Sekunden. Die Festigkeit des Befestigungsflansches kann durch Abschrägen der Kante der Bohrung in der Trägerplatte erhöht werden, wodurch der angeformte Befestigungsflansch eine Keilform erhält welche einen erhöhten Widerstand gegenüber den angreifenden Zugkräften bietet.In the assembled position, a pressure body or piston is used brought to the edges of the protruding part, which extends through the carrier plate extend through and beyond them. The piston is caused to do so with vibrate at a high frequency and amplitude, so high that it is sufficient to around the plastic in a limited area that corresponds to the piston in Touch stands to heat up and soften quickly. A certain pressure that Continuously exerted by the piston causes the plastic to go down and to flow outwards over the carrier plate through or out, at least around part of the circumference of the bore, forming a mounting flange will. The vibratory movement of the piston is then stopped while the piston pressure is applied is maintained on the softened plastic over a dwell time the molded flange cools and hardens, whereby the parts that belong together be firmly connected to each other. The length of time during which the vibration energy applied to the piston is controlled so that an excessive Heating and melting of the plastic is prevented, with the loss of strength could occur. The entire fastening process- can either be done by hand or be carried out with the help of automatic or semi-automatic machines, in a few seconds. The strength of the mounting flange can be through Bevelling of the edge of the hole in the support plate can be increased, thereby reducing the molded mounting flange has a wedge shape which increases resistance offers against the attacking tensile forces.

Zwecks besseren Verständnisses der Erfindung sei auf die nachfolgende Beschreibung von Einzelheiten Bezug genommen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.For a better understanding of the invention, refer to the following Description of details referred to in conjunction with the attached Drawings.

Fig. 1 zeit eine perspektivische Ansicht einer Trägerplatte> die durchlöchert ist und auf der erfindungsgemäß Verbindungssockel montiert und befestigt werden können, Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Verbindungssookels teilweise im Schnitt, der in der Trägerpiatte angebracht wird, bevor der Arbeitsgang beginnt. Eine Ausführungsw form eines Steckers, welcher so ausgeführt ist, daß er in den Verbindungssockel paßt ist in gestrichelten Linien dargestellt, um die Richtung der Zugkräfte anzuzeigen, die auftreten, wenn der Stecker von dem Sockel getrennt wird.Fig. 1 is a perspective view of a carrier plate> the is perforated and mounted and fastened on the connection base according to the invention Fig. 2 shows a side view of a connecting hook partially in the section that is made in the carrier plate before the operation begins. One embodiment of a plug which is designed so that it in the connection socket is shown in dashed lines to indicate the direction indicate the tensile forces that occur when the connector is separated from the socket will.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht des Verbindungselementes im Schnitt, wie es auf einer Zusammenbaulehre angeordnet ist und einen Vibrationskolben, wie er zu Beginn des Befestigungsverfahrens an dem Verbindungselement anliegt.Fig. 3 shows a front view of the connecting element in section, as it is arranged on an assembly jig and a vibrating piston, as it rests against the fastener at the start of the fastening process.

Fig. 4 ist ähnlich der Fig. 3, nur daß der Kolben in einer Folgestellung dargestellt ist, durch die gezeigt werden soll, wie ein Halteflansch an dem Verbindungselement durch Vibration und Druck angeformt wird.Fig. 4 is similar to Fig. 3, only that the piston is in a subsequent position which is intended to show how a retaining flange is attached to the connecting element is molded by vibration and pressure.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallpresse, teilweise schematisch dargestellt, sowie eine dazugehörige Steuervorrichtung, die in dem Befestigungsverfahren angewendet wird.Fig. 5 shows a side view of an ultrasonic press, in part shown schematically, as well as an associated control device, which in the fastening process is applied.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht konstruktive Einzelheiten des Vibrationskolbens, wie er in der Presse nach Fig. 5 zur Befestigung der Verbindungselemente auf der Trägerplatte verwendet wird.6 shows structural details in a perspective view of the vibrating piston, as it is in the press according to FIG. 5 for fastening the connecting elements is used on the carrier plate.

Um ein Anwendungsbeispiel der Befestigungsmethode nach der Erfindung zu erläutern, ist in Fig. 1 eine Trägerplatte 10 dargestellt, die eine Anzahl von rechtwinkligen Durchbrüchen oder Bohrungen 11 aufweist, die eine Anzahl von elektrichen, rechteckigen Sockeln aufnimmt, wie z,.B. das in Fig. 2 dargestellte Verbindungselement 12. Das Verbindungselement 12 hat ein Unterteil 13, welches mit Schultern 14 und 15 versehen ist und an einer Seite der Trägerplatte 10 anliegt. Das Verbindungselement 12 hat ebenfalls einen Ansatz 16 mit einem verkleinerten rechteckigen Querschnitt, der so gW hlt wurde, daß er in eine der Bohrungen 11 der Platte 10 hineinpaßt und sich durch diese hindurch erstreckt. Das Verbindungselement 12, welches aus einem isolierenden Kunststoff besteht, trägt im Abstand voneinander eine Anzahl von Steckerstiften 17, an denen in typischer Weise, z.B. durch Löten oder mittels Umwicklung, Verbindungsdrähte befestigt sind. Eine Ausnehmung 18 am Unterteil des Verbindungselementes 12 ist so gestaltet, daß sie einen passenden Verbindungsstecker 19 aufnehmen kann, der in gestrichelten Linien dargestellt ist. Dieser Stecker 19 weist Kontaktstreifen 20 auf, welche an Federfingern 21 anliegen und den elektrischen Kontakt herstellen, wenn der Stecker eingesteckt wurde.To an application example of the fastening method according to the invention To explain, a carrier plate 10 is shown in Fig. 1, which has a number of has right-angled breakthroughs or bores 11, which have a number of electrical, accommodates rectangular sockets, such as .B. the connecting element shown in FIG 12. The connecting element 12 has a lower part 13, which with shoulders 14 and 15 is provided and rests on one side of the carrier plate 10. The connecting element 12 also has a projection 16 with a reduced rectangular cross-section, who was held so that it is in one of the holes 11 of the plate 10 fits in and extends through it. The connecting element 12, which consists of an insulating plastic, carries at a distance from each other a number of connector pins 17, on which in a typical manner, for example by soldering or by means of wrapping, connecting wires are attached. A recess 18 am The lower part of the connecting element 12 is designed so that it has a matching Can accommodate connector 19, which is shown in dashed lines. This plug 19 has contact strips 20 which rest on spring fingers 21 and make electrical contact when the plug is inserted.

Die Befestigungsmethode nach der vorliegenden Erfindung kann in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise ausgeführt werden, wobei der Ansatz 16 des Verbindungselementes 12 nach dem Einbau in einer der Bohrungen 11 der Platte 10 verformt wird, so daß ein Befestigungsflansch 22 (Fig. 4) entsteht, der sich gegen die Platte 10 auf der den Schultern 14 und 15 gegenüberliegenden Seite abstützt. Der Befestigungsflansch 22 muß ausreichend fest sein, um den Verbindungssockel 12 dicht in der zusammengebauten Position zu halten und Kräften widerstehen, wie sie bei wiederholtem Herausziehen des zugehörigen Steckers 19 am Verbindungssockel angreifen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird, wenn der Verbindungsstecker eingesteckt wird, den am Verbindungselement 12 angreifenden Kräften von den Schultern 14 und 15, welche an der gegenüberliegenden Seite der Platte 10 anliegen, Widerstand entgegengesetzt.The fastening method according to the present invention can be found in are carried out in the manner described below, the approach 16 of the Connecting element 12 after installation in one of the bores 11 of the plate 10 is deformed, so that a mounting flange 22 (Fig. 4) is formed, which is against the plate 10 is supported on the side opposite the shoulders 14 and 15. The fastening flange 22 must be sufficiently strong to hold the connection base 12 hold tightly in the assembled position and withstand forces like them attack when the associated plug 19 is repeatedly pulled out on the connection base. As can be seen from Fig. 2, when the connector is inserted, the forces acting on the connecting element 12 from the shoulders 14 and 15, which rest on the opposite side of the plate 10, resistance opposite.

Um das Verbindungselement 12 auf der Platte 10 zu befestigen, wird zuerst das Verbindungselement auf einer Zusammenbaulehre 23, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, befestigt. Die Zusammenbaulehre 23 wird an dem Träger 24 mittels Bolzen 25 fest angebracht und weist einen aufwärts gerichteten, keilförmigen Richtstab 26 auf, der sich in eine Ausnehmung 18 zwischenldie Kontaktfedern 21 schiebt, wobei diese nach außen gedrückt' werden und von den Anschlägen 26a in einer Art und Weise hinweggedrückt werden, wie es ähnlich die den Stecker 19 geschieht.To fasten the connecting element 12 on the plate 10, is first the connecting element on an assembly jig 23, as shown in FIG is attached. The assembly jig 23 is attached to the carrier 24 by means of bolts 25 fixedly attached and has an upwardly directed, wedge-shaped straightening rod 26 on, which is in a recess 18 between the Contact springs 21 pushes, these being pushed outwards' and by the stops 26a in one Be pushed away, as it happens similar to the plug 19.

Die Endstücke 27 an jeder Seite des Ansatzes 16 erstrecken sich in übereinstimmende Endaussparungen in dem Verbindungselement, so daß das Verbindungselement fest in seiner Stellung gehalten wird und durch die Zusammenbaulehre 23 mit dem Ansatz 16 nach oben in eine horizontale Lage gebracht wird. Die Platte 10 wird dann über das Verbindungselement gelegt, so daß sie auf den Schultern 14 und 15 ruht und der Ansatz 16 sich durch eine der Aussparungen 51 in die Platte 10 erstreckt.The end pieces 27 on each side of the lug 16 extend into matching end recesses in the connecting element, so that the connecting element is held firmly in place and through the assembly jig 23 with the Approach 16 is brought up into a horizontal position. The plate 10 is then placed over the connecting element so that it rests on the shoulders 14 and 15 and the projection 16 extends into the plate 10 through one of the recesses 51.

Der Befestigungsflansch 22 wird am oberen Ende des Ansatzes 16 von einem vertikal beweglichen Kolben 28 angeformt. Der Kolben 28 wird betätigt von einer herkömmlichen Presse, so daß ein kontinuierlicher und gesteuerter, abwärts gerichteter Druck auf den Ansatz 16 ausgeübt wird. Das untere Arbeitsende des Kolbens ist mit einer rechtwinkligen Ausnehmung 29 versehen, um einen Spielraum für die Steckerstifte 17 vorzusehen und um die unteren Arbeitsflächen 30 und 31 zu bilden, welche so dimensioniert sind, daß sie an den gegenüberliegenden Kanten 32 und 33 des Ansatzes 16 aufliegen.The mounting flange 22 is at the upper end of the extension 16 of a vertically movable piston 28 is formed. The piston 28 is actuated by a conventional press, so that a continuous and controlled, downward directed pressure is exerted on the approach 16. The lower working end of the piston is provided with a right-angled recess 29 to allow a margin for the To provide connector pins 17 and to form the lower work surfaces 30 and 31, which are dimensioned so that they are at the opposite edges 32 and 33 of the approach 16 rest.

Der Kolben wird sodann in die Position nach Fig. 3 herabbewegt, in der die Arbeitsflächen 30 und 31 an den Kanten 32 und 33 des Ansatzes 16 anliegen und an diesen angreifen. Zur gleichen Zeit wird der Kolben durch einen herkömmlichen Energiewandler in vertikale Schwingungen versetzt, und zwar mit einer ausreichenden Frequenz und t litude, um den Kunststoff in der Berflhrungsfläche mit desn Kolben zu erwErmen und zu erweichen.The piston is then moved down to the position of FIG. 3, in which the work surfaces 30 and 31 rest against the edges 32 and 33 of the projection 16 and attack them. At the same time, the piston is replaced by a conventional one Energy converter set in vertical vibrations, and with a sufficient Frequency and length to the plastic in the contact area with the piston to warm and soften.

Vorzugsweise ist die ScatnngXngsfrequenz oberhalb des Hörbereichs, d.h. 20 kHz, um jede Belästigung des Benutzers zu vermeiden. Ein fortgesetzter abwärts gerichteter Druck des Kolbens drückt das weiche Kunststoffmaterial abwärts und nach außen, um so den Befestigungsflansch 22 zu formen, welcher die Platte 10 an der den Tragschultern 14 und 15 gegenüberliegenden Seite überragt. Die Fläche des Ansatzes 16 die von der Ultraschall-Schwingungsenergie erweicht wird, ist in Fig. 4 durch Schattierungen 34 und 35 hervorgehoben. Nachdem der Flansch 22 geformt wurde, wird die Schwingung des Kolbens gestoppt und der Druck des Kolbens wird aufrechterhalten bis das erweichte Kunststoffmaterial sich abkühlt und aushärtet, um das Verbindungselement 12 und die Platte 10 fest zu verbinden. Der Kolben wird sodann zurückgezogen und die mit dem Verbindungselement zusammengebaute Platte von der Zusammenbaulehre 23 abgehoben und der Befestigungsvorgang beendet.The scanning frequency is preferably above the audible range, i.e. 20 kHz to avoid any nuisance to the user. A continued downward Directional pressure of the piston pushes the soft plastic material down and down outside so as to form the mounting flange 22, which the plate 10 protrudes on the opposite side of the carrying shoulders 14 and 15. The area of the approach 16, which is softened by the ultrasonic vibration energy, is shown in FIG 4 highlighted by shades 34 and 35. After the flange 22 is formed the piston stops vibrating and the piston pressure is maintained until the softened plastic material cools and hardens, around the connector 12 and the plate 10 to be firmly connected. The plunger is then withdrawn and the plate assembled with the connecting element from the assembly jig 23 lifted off and the fastening process ended.

Der Stab 26 verhindert Schwingungen, indem er die Federfinger 21 nach außen drückt und diese- somit von den Anschlägen 26a während des Befestigungsvorganges hinweghält, wodurch vermieden wird, daß die Stifte 17 erhitzt werden und von dem Kunststoffverbindungselement, in welches sie eingebettet wurden, wieder entfernt werden.The rod 26 prevents vibrations by following the spring fingers 21 pushes outside and this thus from the stops 26a during the fastening process keeps away, thereby avoiding that the pins 17 are heated and from the Plastic connector in which they were embedded, removed again will.

Für den dargestellten Anwendungsfall, wenn es erwünscht ist, einen Flansch von hoher Festigkeit und Widerstand gegen Herausziehen zu formen, werden die Kanten der Bohrungen 11 vorzugsweise keilförmig ausgebildet, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Hierdurch ergibt sich eine Formgebung der Flansche 22 mit keilförmigen Teilen 36 und 37, durch die praktisch radiale Drücke aufgefangen werden, wenn bei dem Herausziehen Kräfte auftreten, wodurch wiederum Biegespannungen vermieden werden, die einen Bruch des Flansches 22 zur> Folge haben können Um beste Ergebnisse zu erzielen, macht man die Schwingungsdauer des Kolbens (Ultraschallzeit) und den kontinuierlichen Kolbendruck (Verweilzeit) abhängig von verschiedenen Faktoren, wie z.B. der Werkstückform und -material, der Ultraschallenergie und -frequenz, ebenso wie dem Kolbendruck, Gute Ergebnisse wurden erzielt bei einem Verbindungssockel, der aus glasfaserverstärktem Nylon geformt war (20 bis 30 S 0 las füllung ) und einem Ultraschallgenerator mit 650 Watt Ausgangsleistung, einer Arbeitsfrequenz von etwa 20 kHz und einem Kolbendruck von über 1,7 kg/cm2 (25 psi). Hierbei wurde eine Ultraschallzeit von 1 Sekunde und eine Verweilzeit von 2 Sekunden angewendet, was eine totale Befestigungszeit von nur 3 Sekunden ergibt. Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Befestigungsmethode schnell ist und gut geeignet, um in der Massenproduktion angewendet zu werden.For the application shown, if desired, one Form flange of high strength and resistance to withdrawal the edges of the bores 11 are preferably wedge-shaped, as shown in FIGS. 3 and 4 shown. This results in a shape of the flanges 22 with wedge-shaped Parts 36 and 37, through which practically radial pressures are absorbed when at forces occur when pulling out, which in turn avoids bending stresses, which can cause the flange 22 to break. To achieve the best results to achieve, one makes the oscillation period of the piston (ultrasonic time) and the continuous piston pressure (dwell time) depending on various factors, such as the workpiece shape and material, the ultrasonic energy and frequency, as well as the piston pressure, good results were achieved with a connection base, which was molded from glass fiber reinforced nylon (20 to 30 S 0 las filling) and one Ultrasonic generator with an output power of 650 watts, a working frequency of approx 20 kHz and a piston pressure greater than 1.7 kg / cm2 (25 psi). This was an ultrasonic time of 1 second and a dwell time of 2 seconds is applied, giving a total attachment time results in just 3 seconds. It can be seen that the fastening method according to the invention is fast and well suited to be used in mass production.

Während das oben beschriebene Verfahren mit einem Handwerkzeug ausgeführt werden kann, können bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn man automatische oder teilautomatische Maschinen verwendet, die so konstruiert sind, daß sie präzise die Ultraschallzeit, die Verweilzeit und den Kolbendruck steuern. Eine Ultraschallpresse, wie sie geeignet ist, um die Befestigungsmethode nach der Erfindung durchzuführen, ist in Fig. 4 dargestellt, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.While performing the above procedure with a hand tool Better results can be obtained using automatic or uses semi-automatic machines that are designed to precisely perform the Control ultrasound time, dwell time and piston pressure. An ultrasonic press, how it is suitable to carry out the fastening method according to the invention, is shown in Fig. 4, to which reference is made below.

Fig. 5 zeigt eine Ultraschallpresse, wie sie geeignet ist eine vertikale Bewegung, ebenso wie Vibration und Druck des Kolbens 28 zu steuern, auf den im Zusammenhang mit dem Befestigungsverfahren bereits vorher Bezug genommen wurde. Wie dargestellt, enthält die Presse einen Sockel 38 5 auf den der Träger bzw. die Spannvorrichtung 24 und die Zusammenbaulehre 23 montiert ist. Eine Säule 39 erstreckt sich vom Sockel 38 aus aufwärts und trägt einen einstellbaren Kopf 40,+welcher sich radial von der Säule so erstreckt, daß er die Zusammenbaulehre 23 überragt. Aus dem Kopf 40 ragt eine Stange 41 nach unten, die eine Wandlereinheit 42 trägt, in welcher der die Schwingungen erzeugende Wandler 43 enthalten. ist. Die Arbeitsweise des Wandlers ist bekannt. Sie ist z.B. aus dem US.Fig. 5 shows an ultrasonic press, as it is suitable a vertical one Movement, as well as vibration and pressure of the piston 28 to control, related to the was previously referred to with the fastening method. As shown, the press contains a base 38 5 on which the carrier or the clamping device 24 and the assembly jig 23 is mounted. A column 39 extends from the base 38 from upwards and carries an adjustable head 40, + which extends radially from the Column extends so that it protrudes beyond the assembly jig 23. From the head 40 protrudes down a rod 41 carrying a transducer unit 42 in which the the Vibration-generating transducers 43 are included. is. How the converter works is known. It is e.g. from the US.

Patent 3 184 353 von Balamuth et al ersichtlich, auf das wegen der detaillierten Beschreibung Bezug genommen wird Der Wandler 43 hat einen magneto-striktiven Stab (nicht darestellt)> der von einem Schwingungserzeuger 44 erregt wird, um vertikale Vibrationen der Welle 45 zu erzeugen. An der Welle ist mit einer Schraubverbindung 46 das Vibrationswerkzeug oder der Kolben 28 angebracht. Die Wärme, die von dem Wandlerelement produziert wird, wird von einer Kühlflüssigkeit abgeführt, die durch die Einheit hindurchfließt, und zwar durch die Einlaß- und Auslaß-Verbindungsleitungen 47 und 48. Eine Spule 49 ist auf dem Kolben 28 montiert. Sie produziert ein Rückkopplungssignal für den Schwingungsgenerator, um das elektromechanische Schwingungssystem in einer Resonanzschwingung zu halten, wenn der Wandler erregt wird.U.S. Patent 3,184,353 to Balamuth et al, referred to because of the Detailed Description Reference is made to the transducer 43 has a magnetostrictive Rod (not shown)> which is excited by a vibrator 44 to vertical To generate vibrations of the shaft 45. At the wave is with a screw connection 46, the vibration tool or piston 28 is attached. The heat produced by the transducer element is from a cooling liquid that flows through the unit through the inlet and Outlet connecting lines 47 and 48. A spool 49 is mounted on piston 28. It produces a feedback signal for the vibration generator to control the electromechanical To keep the oscillation system in a resonance oscillation when the transducer is energized will.

Vorzugsweise ist die Ultraschallpresse mit automatischen Steuermitteln versehen, um den Kolben 28 anzuheben und abzulassen, wobei ein voreingestellter Kolbendruck während der Dauer des Einwirkens des Kolbens aufrechterhalten wird. Außerdem werden die Ultraschallzeit und die Verweilzeit während des Befestigungsverfahrens gesteuert. Solche Steuereinheiten sind im Handel erhältlich, z.-B. von der Firma Cavitron Ultrasonics, Ind., Long Island City, N.Y. Die Steuerungen sind schematisch dargestellt und enthalten eine Steuereinheit 50 mit einem Schalter 51> einen Geber für die Ultraschallzeit 52a und einen Geber für die Verweilzeit 52b. Im Kopf 40 ist ein elektrisch gesteuerter Servomotor 53 untergebracht, der den Wande ler und die Werkzeugeinheit hebt und ab läßt und einen vorher bestimmten Werkzeugdruck auf das Werkstück während des Ultra schall-Befestigungsverfahrens aufrechterhält.Preferably the ultrasonic press is with automatic control means provided to raise and lower the piston 28, a preset Piston pressure is maintained for the duration of the action of the piston. It also increases the ultrasonic time and residence time during the fastening process controlled. Such control units are commercially available, e.g. by the company Cavitron Ultrasonics, Ind., Long Island City, N.Y. The controls are schematic shown and contain a control unit 50 with a switch 51> a Transmitter for the ultrasonic time 52a and a transmitter for the dwell time 52b. In the head 40 an electrically controlled servo motor 53 is housed, the converter and raises and lowers the tool unit and a predetermined tool pressure on the workpiece during the ultrasonic mounting process.

Der Kolben 28 ist speziell dafür konstruiert, den Befestigungs-oder Einsteckprozeß, wie er vorher beschrieben istS auszuführen. Einzelheiten dieser Konstruktion sind aus Fig. 6 ersichta lich. Der Kolben ist aus einem MetallstUck hergestelltD vor zugsweise aus einem Metalls welches ein hohes Verhältnis von Gewicht zu festigkeit aufweist, wie z.B. Titan. Wie dargestellt, enthält es einen massiven abgeflachten Unterteil 54. von dem ais sich ein zylindrischer Halsteil 55 erstreckt und ein Arbeitsabschnitt 56 von geringerem Querschnitt, der eine im wesentlichen rechtwinklige Form aufweist. Wie dargestellt,' ist der Arbeitsabschnitt mit einer rechtwinkligen Ausnehmung oder Öffnung 29 versehen, welche die Arbeitsflächen 30 und 31 bildet. Der Kolben ist so konstruiert, daß die maximale Amplitude der Vibration in der Senkrechten auf die Arbeitsfläche 56 des Kolbens erreicht wird. Die Form der Ausnehmung 29 wird bestimmt durch die Form der Kunststoffteile, an denen ein Flansch angeformt wird. Es ist möglich, die Konstruktion so zu treffen, daß ein Flansch nur an den gegenüberliegenden Seiten der Bohrungen, durch die sich der Ansatz aus Kunststoff erstreckt, angeformt wird oder auch um die Bohrung herumführt.The piston 28 is specially designed for the attachment or The insertion process as previously described. Details of this Construction are from Fig. 6 ersichta Lich. The piston is made from a piece of metal preferably made of a metal which has a high weight ratio too strong, such as titanium. As pictured, it contains a massive one flattened lower part 54 from which a cylindrical neck part 55 extends and a working portion 56 of smaller cross-section, which is an im essential has a rectangular shape. As shown, the working section is marked with a rectangular recess or opening 29, which the working surfaces 30 and 31 forms. The piston is designed so that the maximum amplitude of the vibration is reached in the perpendicular to the working surface 56 of the piston. Form the recess 29 is determined by the shape of the plastic parts on which a Flange is formed. It is possible to make the construction so that a Flange only on opposite sides of the holes through which the approach extends extends from plastic, is molded or leads around the bore.

Wird das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit einer Presse durchgeführt, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, so gibt der Benutzer das Verbindungselement 12 auf die Zusammenbaulehre 23 und die Platte 10 auf den Verbindungssockel 12, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Steuerschalter 51 wird sodann geschlossen und startet die Abwärtsbewegung der Stange 41 und des damit verbundenen Wandlers sowie der Werkzeugeinheit. Gerade vor dem Zeitpunkt, an dem der Kolben 28 den Ansatz 16 erreicht, wird ein Endschalter 57 durch die Bewegung der Stange 41 betätigt und schließt dadurch den Stromkreis des Schwingungsgenerators 44 und des Wandlers 42, um die Vibration des Kolbens zu starten. Zu der gleichen Zeit wird auch der Geber für die Ultraschallzeit 52a gestartet. Der Servomotor 53 hält während des gesamten Befestigunsvorganges einen konstanten vorher eingestellten Kolbendruck aufrecht. Am Ende einer vörgewählten Zeit, die ausreichend ist, eine Erweichung, aber kein Schmelzen des Kunststoffes in der Kontaktzone mit den Arbeitsflächen 30 und 31 des Kolbens zu erreichen, schaltet der Geber für die Ultraschallzeit den Wandler 43 ab und zur gleichen Zeit wird der Geber 52b für die Verweilzeit ausgelöst. Am Ende einer vorgewählten Zeit, die ausreicht, um den Flansch 22 abzukühlen und zu härten, setzt der Verweilzeitgeber 52b die Aufwärtsbewegung des Kolbens 28 in Gang, welcher in seine Ausgangslage zurückgeht, um den Zyklus zu vollenden.The method according to the present invention is carried out with a press performed as shown in Fig. 5, the user gives the connecting element 12 on the assembly jig 23 and the plate 10 on the connection base 12, such as shown in Fig. 3. The control switch 51 is then closed and starts the downward movement of rod 41 and associated transducer and tool unit. Just before the point in time at which the piston 28 reaches the shoulder 16, a Limit switch 57 actuated by the movement of the rod 41 and thereby closes the Circuit of the vibration generator 44 and the transducer 42 to the vibration of the Start piston. At the same time, the transducer for the ultrasonic time is also used 52a started. The servomotor 53 stops during the entire fastening process maintains a constant, previously set piston pressure. At the end of a pre-selected Time sufficient for the plastic to soften but not melt to reach in the contact zone with the working surfaces 30 and 31 of the piston, switches the transducer for the ultrasonic time off the transducer 43 and at the same time the Trigger 52b for the dwell time. At the end of a preselected time that is sufficient to cool and harden the flange 22, the dwell timer 52b sets the upward movement of the piston 28 in motion, which returns to its starting position, by the cycle to complete.

Die aneinander befestigten Teile, nämlich die Platte 10 und der Verbindungssockel 12 werden sodann von der Zus ammenb aulehre 23 entfernt und der Prozeß mit einem anderen Verbindungssockel in einer anderen Bohrung der Trägerplatte wie der holt. Falls gewünscht, kann der Prozeß vollkommen automatisch ablaufen, indem man bekannte Werkzeugmaschinen-Steuertechniken anwendet.The parts fastened together, namely the plate 10 and the connection base 12 are then removed from the assembly aulehre 23 and the process with a another connection socket in a different hole in the carrier plate like the one. If desired, the process can be completely automated by using known Applies machine tool control techniques.

Die Befestigungsmethode der vorliegenden Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn exaktes Ausrichten der Verbindungselemente oder anderer Teile auf der mit Ausnehmungen versehenen Trägerplatte erforderlich ist. In einem automatischen Zus ammenb auverfahren, bei dem Verbindungselemente in Ausnehmungen der Trägerplatte durch Maschinen eingesetzt werden, müssen die Ausnehmungen selbstverständlich etwas größer sein als die Ansätze der Verbindungselemente, die durch die Ausnehmungen hindurch ragen, um zu vermeiden, daß diese während des Einsetzens eingeklemmt werden oder fressen. Wegen des daraus resultierenden Spielsitzes zwischen den zugehörigen Teilen muß das Verbindungselement ausgerichtet werden, so daß die Steckerstifte ganz exakt fluchten, und zwar auch mit automatischen Einrichtungen, die benUtzt werden, um die elektrische Verbindung mit den Stiften herzustellen. Nachdem das Verbindungselement vollkommen exakt ausgerichtet ist, wird der Flansch in dem oben erwähnten Verfahren geformt. Da der fließende Kunststoff den Flansch formt, füllt er jeden Zwischenraum zwischen dem Verbindungselement und der Trägerplatte aus.The attachment method of the present invention is particular then advantageous when exact alignment of the connecting elements or other parts on the recessed carrier plate is required. In an automatic Assembly process in which connecting elements are placed in recesses in the carrier plate are used by machines, the recesses must of course something be larger than the approaches of the connecting elements through the recesses protrude through to avoid pinching them during insertion or eat. Because of the resulting play seat between the associated Divide the connector must be aligned so that the connector pins align exactly, even with automatic devices that are used to make the electrical connection with the pins. After that Fastening element is perfectly aligned, the flange is in the above mentioned process. As the flowing plastic shapes the flange, it fills he every gap between the connecting element and the carrier plate.

Nachdem der Kunststoff ausgehärtet ist, ist das Verbindungselement fest in der richtigen Stellung verankert.After the plastic has hardened, the connecting element is firmly anchored in the correct position.

Obwohl die beschriebene Befestigungsmethode ebenfalls geeignet ist, runde Ansätze von Kunststoffteilen in entsprechende Teile einzusetzen, die eine runde Ausnehmung aufweisen, wird eine unrunde Form bevorzugt, um einen Widerstand gegen eine relative Drehbewegung zwischen den Teilen vorzusehen.Although the fastening method described is also suitable, to use round approaches of plastic parts in corresponding parts that have a have a round recess, a non-round shape is preferred to provide a resistance to provide against relative rotational movement between the parts.

Obwohl hier eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben und dargestellt wurde, ist es selbstverständlich, daß Fachleute zahlreiche Abänderungen machen können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie z.B.Although here is a presently preferred embodiment of the invention has been described and illustrated, it will be understood that numerous skilled artisans Be able to make changes without departing from the scope of the invention, e.g.

in der Form der zusammenzufügenden Teile oder auch in der Anlage zur Verwirklichung dieser Erfindung,in the form of the parts to be joined or in the attachment to Realization of this invention,

Claims (4)

Patent ansprüche Verfahren zum Befestigen zusammengehöriger Teile, von denen einer aus einem Körper besteht, der mit mindestens einer durchgehenden Ausnehmung versehen ist und wobei der andere Teil einen Grundkörper aufweist, der so ausgeführt ist, daß er an eine Seite dieses Körpers angrenzt und mit einem Ansatz von verringertem Querschnitt versehen ist, der aus Kunststoff geformt ist und dessen äußeres Ende sich im zusammengebauten Zustand über die andere Seite dieses Körpers hinaus und durch die Ausnehmung hindurch erstreckt, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß a) die zusammengehörigen Teile zusammengesetzt und in der zusammengesetzten Lage gehalten werden, b) das äußere Ende des Ansatzes (16) mit einem Kolben (28) in Berührung gebracht wird, welcher eine kontinuierliche Kraft auf diesen ausübt und Schwingungen in diesem Kolben (28) parallel zur Richtung dieser Kraft erzeugt werden, die eine solche Frequenz und Amplitude aufweisen, daß der Kunststoff in der Berührungszone (30, 31) mit dem Kolben (28) erwärmt und erweicht wird, wobei die Kolbenkräfte das erweichte Kunststoffmaterial abwirts und auswärtdrücken, so daß ein Befestigungsflansch (22) auf dem Ansatz (16) entsteht, der sich mindestens teilweise an dem Umfang der Ausnehmung (1) abstützt, c) die Schwingungsbewegung des Kolbens (28) gestoppt wird, während der Kolbendruck auf das erweichte Kunststoffmaterial anhält, bis der Flansch (22) abkühlt und aushärtet, wobei die Teile (10, 12) ineinander verankert werden und d) der Kolben (28) zurückgezogen wird.Patent claims method for fastening related parts, one of which consists of a body, the one with at least one continuous Recess is provided and wherein the other part has a base body which is designed so that it is adjacent to one side of this body and with an approach of reduced cross-section molded from plastic and its outer end extends over the other side of this body in the assembled state extends out and through the recess, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h e t that a) the parts that belong together are put together and in the put together Be held in position, b) the outer end of the extension (16) with a piston (28) is brought into contact, which exerts a continuous force on them and vibrations generated in this piston (28) parallel to the direction of this force be that have such a frequency and amplitude that the plastic in the contact zone (30, 31) with the piston (28) is heated and softened, wherein the piston forces deflect and push the softened plastic material outwards, so that a fastening flange (22) on the extension (16) is formed, which is at least partially supported on the circumference of the recess (1), c) the oscillatory movement of the piston (28) is stopped while the piston pressure is applied to the softened plastic material continues until the flange (22) cools and hardens, with the parts (10, 12) interlocking and d) the piston (28) is withdrawn. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine solche Ausbildung des Teiles (10)» der die Ausnehmung (in) auPweists daß eine abgeschrägte Kante rund um den Umfang dieser Ausnehmung umläuft, wobei der Befestigungsflansch (22) eine Keilform (36, 37) aufweist, so daß ein zusätzlicher Widerstand gegen die Trennung der Teile entsteht.2. The method according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h such a design of the part (10) that indicates the recess (in) a beveled edge runs around the circumference of this recess, wherein the fastening flange (22) has a wedge shape (36, 37), so that an additional Resistance to the separation of the parts arises. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ausnehmung (11) in dem einen Teil (10) und der Ansatz (16) des dazugehörigen Teiles (12), der sich durch die Ausnehmung (11) erstreckt, eine unrunde Form aufweisen, um eine relative Drehbewegung zwischen den Teilen (16, 10) zu verhindern.3. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the recess (11) in one part (10) and the extension (16) of the associated Part (12), which extends through the recess (11), have a non-round shape, to prevent relative rotational movement between the parts (16, 10). 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e -i c h n e t , daß der Teil mit der Ausnehmung (11) als Trägerplatte (10) ausgebildet ist und der andere Teil, der aus einem Sockelteil (12) und einem sich durch diese Ausnehmung (11) erstreckenden Ansatz (16) besteht, als elektrisches Verbindungselement ausgebildet ist und auf dieser Platte (10; montiert und befestigt wird, wobei das Verbindungselement elektrische Verbindungsmittel auSwelst, die sich durch den Ansatz (16) hindurch und in die Ausnehmung innerhalb der Berührungsfläche (30, 31) des Kolbens (28), in welcher der Befestigungsflansch (22) geformt wird, erstrecken.4. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e -i c h n e t that the part with the recess (11) is designed as a carrier plate (10) is and the other part, which consists of a base part (12) and one through this There is recess (11) extending approach (16) as an electrical connecting element is formed and is mounted and fastened on this plate (10; the Connecting element electrical connecting means extending through the approach (16) through and into the recess within the contact surface (30, 31) of the Piston (28) in which the mounting flange (22) is formed extend.
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