DE20300124U1 - Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke aus thermoplastischem Material - Google Patents

Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke aus thermoplastischem Material Download PDF

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Abstract

Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung (10) für Werkstücke aus thermoplastischem Material mit wenigstens einer auf den zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks ausrichtbaren, an eine Heißluftquelle anschließbaren Heißluft-Aufblasdüse (30) und einem kraftbetätigten auf dem durch die aufgeblasene Heißluft plastifizierten zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks zur Einwirkung bringbaren Bearbeitungswerkzeug (26), dadurch gekennzeichnet ,
dass das Bearbeitungswerkzeug (26) am freien Ende der Kolbenstange (20) einer druckmittelbetätigten Kolben/Zylinder-Einheit (12) oder einer Verlängerung (24) der Kolbenstange (20) angeordnet und durch die Arbeits-Hubbewegung der Kolbenstange (20) bei der Druckmittelbeaufschlagung der Kolben/Zylinder-Einheit (16) oder deren Verlängerung (24) mit seiner Arbeitsfläche an dem zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks anlegbar und zur Einwirkung bringbar ist,
dass die Heißluft-Aufblasdüse (30) sowie der anschließende Bereich der die Heißluft zuführenden Heißluftleitung (32) derart auf einer zugeordneten Halterung (28) angeordnet sind, dass die Heißluftdüse (30) in dem in in den Zylinder (16) zurückgezogenen Zustand der Kolbenstange (20) der Kolben/Zylinder-Einheit (12) in Vorschubrichtung der Kolbenstange...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke aus thermoplastischem Material mit wenigstens einer auf den zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks ausrichtbaren, an eine Heißluftquelle anschließbaren Heißluft-Aufblasdüse und einem kraftbetätigten auf dem durch die aufgeblasene Heißluft plastifizierten zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks zur Einwirkung bringbaren Bearbeitungswerkzeug.
  • Verfahren zur Bearbeitung, zum Fügen und Verbinden von Werkstücken aus thermoplastischem Materialien unter Einsatz von Heißluft zur Erwärmung des Materials im Bearbeitungsbereich in einen weichen oder plastifizierten und dadurch anschließend durch mechanische Einwirkung verformbaren Zustand sind schon frühzeitig mit zunehmendem Einsatz von thermoplastischen Kunststoffen für Gebrauchsgegenstände entwickelt und eingesetzt worden. Dabei wurde – z.B. beim Heißluft-Schweißen – so verfahren, dass die zu bearbeiten den Bereiche der Werkstücke ebenso wie das eventuell zusätzlich aufzubringende Verbindungsmaterial mit einem Heißluftgebläse erwärmt und dann in dem durch die Erwärmung bildsamen Bereich durch Aufbringung mechanischer Druckkräfte miteinander verbunden wurden. Durch Abkühlung des Be- oder Verarbeitungsbereichs bis unter die Erweichungstemperatur wurde dann ein formstabiler integraler Verbindungsbereich der bearbeiteten Werkstücke erhalten. Aufgrund der vergleichsweise schlechten Wärmeaufnahme- und Wärmeleitungseigenschaft der verwendeten Kunststoffe ist der Energieaufwand für die Erhitzung der zur Verfügung zu stellenden Blasluft nicht unbeträchtlich, so dass sich bei Heißluft-Füge- und Verbindungsverfahren der Einsatz auf Werkstücke aus solchen thermoplastischen Kunststoffen beschränkte, die bereits bei relativ niedrigen Temperaturen in den Erweichungszustand kommen. D.h. Heißluft-Verarbeitungsverfahren wurden zunächst nur bei Werkstücken geringerer Temperaturbeständigkeit und somit auch in der Regel geringerer Festigkeit eingesetzt. Mit dem Aufkommen von energetisch günstigeren thermischen Verbindungsverfahren, wie dem Heizspiegel- oder dem Ultraschall-Schweißen wurde die Heißluft-Be- bzw. -Verarbeitung thermoplastischer Werkstücke zusätzlich zurückgedrängt.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine mit Heißluft arbeitende Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke aus thermoplastischem Material anzugeben, welche auch für sowohl thermisch als auch mechanisch höher beanspruchbare thermoplastische Kunststoffmaterialien einsetzbar ist, ohne dass hierfür ein wirtschaftlich nachteiliger Energieaufwand für die Erzeugung der Heißluft erforderlich ist.
  • Ausgehend von einer Bearbeitungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dass das Bearbeitungswerkzeug am freien Ende der Kolbenstange einer druckmittelbetätigten Kol ben/Zylinder-Einheit oder einer Verlängerung der Kolbenstange angeordnet und durch die Arbeits-Hubbewegung der Kolbenstange bei der Druckmittelbeaufschlagung der Kolben/Zylinder-Einheit oder deren Verlängerung mit seiner Arbeitsfläche an dem zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks anlegbar und zur Einwirkung bringbar ist, dass die Heißluft-Aufblasdüse sowie der anschließende Bereich der die Heißluft zuführenden Heißluftleitung derart auf einer zugeordneten Halterung angeordnet sind, dass die Heißluftdüse in dem in in den Zylinder zurückgezogenen Zustand der Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit in Vorschubrichtung der Kolbenstange ausgerichtet zu und vor der Arbeitsfläche des Bearbeitungswerkzeugs steht, und dass die Halterung der Heißluft-Aufblasdüse derart beweglich mit einer der Kolben/Zylinder-Einheit zugeordneten Halterung verbunden ist, dass die Heißluft-Aufblasdüse beim Arbeitshub der Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit in eine außerhalb des Wegs des Bearbeitungswerkzeugs liegende Stellung bewegt wird. Durch die Kombination der die erforderliche Heißluft gezielt auf den zu erweichenden Bereich der Werkstücke aufblasenden Heißluft-Aufblasdüse mit einem durch eine druckmittelbeaufschlagbare Kolben/Zylinder-Einheit betätigbare Bearbeitungswerkzeug, welches nach der erforderlichen Durchwärmung des Bearbeitungsbereichs verzögerungsfrei auf der zu bearbeitenden Fläche der Werkstücke zum Einsatz bringkbar ist, wird also die erforderliche Blasmenge von Heißluft verringert und der Zeitraum zwischen dem Erwärmungsvorgang und der anschließenden Einwirkung des Bearbeitungswerkzeugs minimiert, so dass auch Wärmeverluste durch Abkühlung der zuvor erwärmten Bearbeitungsbereiche gering gehalten werden. Es hat sich gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorsicht auch Werkstücke aus durch eingelagerte Fasern armierten Kunststoffen höherer Beständigkeit gegen thermische und mechanische Beanspruchungen, beispielsweise aus Glasfaser armierten Polyolefinen (Polypropylen, Polyethylen) wirtschaftlich bearbeitbar sind.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Halterung der Heißluftdüse verschwenkbar an der Halterung der Kolben/Zylinder-Einheit angelenkt und an beiden Halterungen ist jeweils ein Glied einer Gleitführung vorgesehen, welches die Halterung der Heißluft-Aufblasdüse beim Arbeitshub der Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit zwangsläufig in eine außerhalb des Vorschubwegs des Bearbeitungswerkzeugs liegende Position verschwenkt.
  • Dabei kann die Ausgestaltung mit Vorteil so getroffen sein, dass die Glieder der Gleitführung von einem eine Kulissennut aufweisenden Bauteil einerseits und einem passend in die Kulissennut eingreifenden und in ihr verschieblichen Kulissenstein andererseits gebildet sind.
  • Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der mit der Kulissennut versehene Bauteil an der Halterung der Heißluft-Ausblasdüse und der in die Kulissennut eingreifende Kulissenstein an einer fest mit der Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit bzw. der Verlängerung der Kolbenstange verbundenen Träger vorgesehen.
  • Alternativ ist aber auch eine Ausgestaltung möglich, bei welcher der mit der Kulissennut versehene Bauteil an einem fest mit der Kolbenstange bzw. deren Verlängerung verbundenen Trägers und der in die Kulissennut eingreifende Kulissenstein an der der Kolben/Zylinder-Einheit zugeordneten Halterung vorgesehen sind.
  • Für den Einsatz der Vorrichtung zum Heißluftnieten, d.h. zur Bitdung eines Nietkopfs an einem aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden nietartigen Verbindungsbolzen ist es zweckmäßig, wenn das Bearbeitungswerkzeug an seiner zum bearbeitenden Werkstück weisenden Arbeitsfläche mit einer konkaven Vertiefung versehen ist, welche das zuvor durch Heißluft-Aufblasung plastifizierte freie Ende des Verbindungsbolzens zwangsläufig zu einem Nietkopf formt.
  • Eine weitere Verringerung des Energieaufwands für die Erwärmung der Heißluft kann erreicht werden durch eine durch den Arbeitshub der Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit betätigte, die Beaufschlagung der Heißluft-Aufblasdüse mit Heißluft unterbrechende oder abschaltende Schalteinrichtung.
  • Dabei kann die Ausgestaltung so getroffen sein, dass die Schalteinrichtung einen durch die Bewegung der Kolbenstange beim Arbeitshub angesteuerten, das die Heißluft fördernde Gebläse abschaltenden Sensor aufweist.
  • Alternativ ist die Abschaltung der Zufuhr von Heißluft zur Heißluft-Aufblasdüse auch dadurch verwirklichbar, dass die Schalteinrichtung ein in der die Heißluft der Heißluft-Aufblasdüse zuführenden Heißluftleitung angeordnetes Schaltventil aufweist, welches beim Arbeitshub der Kolbenstange durch ein an der Kolbenstange vorgesehenes Betätigungsorgan aus seiner Öffnungs- in die Schließstellung umgeschaltet wird Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
  • 1 eine isometrische Ansicht der Funktionsteile eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung;
  • 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht der Bearbeitungsvorrichtung, gesehen in Richtung des Pfeils 2 in 1;
  • 3 eine Seitenansicht des Bearbeitungswerkzeugs, gesehen in Richtung, des Pfeils 3 in 2; und
  • 4 eine in Teilbereichen aufgebrochene Ansicht des Bearbeitungswerkzeugs, gesehen in Richtung des Pfeils 4 in 2.
  • Die in den Zeichnungsfiguren 1 bis 4 gezeigtes, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung ist im speziellen Fall für das Heißluftnieten, d.h. die Verformung des freien Endes des Schafts von aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Nieten zu einem zweiten sog. "Schließkopf" bestimmt.
  • Die Bearbeitungsvorrichtung 10 weist eine im dargestellten Fall durch Druckluft betätigbare Kolben/Zylinder-Einheit 12 auf, die auf einer langgestreckten plattenförmigen Halterung 14 aufgeschraubt ist, welche an dem in den Zeichnungsfiguren rechten Ende über die Stirnfläche des Zylinders 16 der Kolben/Zylinder-Einheit 12 hinaus verlängert ist und im zylinderabgewandten Endbereich einen prismatischen Führungsbauteil 18 trägt. Fluchtend zur Längsmittelachse des aus dem Zylinder 16 austretenden Ende der Kolbenstange 20 der Kolben/Zylinder-Einheit 12 ist im Führungsbauteil 18 eine Bohrung 22 mit zylindrischen Querschnitt vorgesehen, welche von einer im Querschnitt komplementär zylindrischen stangenartigen Verlängerung 24 längsverschieblich durchsetzt wird. Das zylinderseitige Ende der Verlängerung 24 ist fluchtend am zugeordneten Ende der Kolbenstange 20 befestigt, während das gegenüberliegende Ende ein Bearbeitungswerkzeug 26 in Form eines zylindrischen Stempelkopfs trägt, in dessen Arbeitsfläche eine konkave kalattenförmige Vertiefung zur Ausbildung eines Schließkopfs am freien Ende des Schafts eines Kunststoff-Niets aufweist.
  • Am Führungsbauteil 18 ist außerdem von der Längsmittelachse der Kolben/Zylinder-Einheit 12 beabstandet eine langgestreckte Halterung 28 für eine Heißluft-Aufblasdüse 30 verschwenkbar angelenkt. Die von der Halterung 28 getragene Heißluft-Aufblasdüse 30 ist an einer Heißluftleitung 32 angeschlossen, über welche die von einer – nicht gezeigten – Heißluftquelle, z.B. ein einem Heißluftgebläse, erhitzte Luft zugeführt werden kann. Die Heißluft-Aufblasdüse 30 steht in der in den Zeichnungsfiguren dargestellten zurückgezogenen Stellung des Stempelkopfs 26 unmittelbar vor der Arbeitsfläche des Stempelkopfs 26. Auf dem stempelkopfseitigen Abschnitt der Verlängerung 24 ist unmittelbar neben dem Führungsbauteil 18 ein zur Halterung 28 vorstehender Träger 34 vorgesehen, welcher die seitlichen Flachseiten der Halterung 28 gabelartig umgreift. In der Halterung 28 ist eine durchgehende Kulissennut 36 eingearbeitet, welche von einem als Kulissenstein wirkenden Stift 40 durchsetzt wird. In der in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausgangslage verläuft die langgestreckte Kulissennut 36 in der Halterung 28 vom Führungsbauteil 18 aus schräg geneigt zum Stempelkopf 26.
  • Bei Beaufschlagung der Kolben/Zylinder-Einheit 16 verschiebt die dann ausfahrende Kolbenstange 20 die Verlängerung 24 in den Zeichnungsfiguren nach rechts und nimmt dabei den Träger 34 mit. Der als Kulissenstein wirkende Stift 40 läuft somit in der Kulissennut 36 in Arbeitsrichtung und hebt die Halterung 28 aus der ursprünglichen schräg zum Stempelkopf geneigten Lage in eine parallel zur Längsmittelachse der Kolben/Zylinder-Einheit verlaufende Lage an, wodurch die von der Halterung 28 getragene Heißluft-Aufblasdüse 30 aus dem Arbeitsweg des Stempelkopfs 26 herausgeschwenkt wird. Der Stempelkopf 26 kann also ohne Behinderung durch die Aufblasdüse 30 an dem zuvor durch die aufgeblasene Heißluft plastifizierten, zu einem Schließkopf um zuformenden Ende des Schafts eines Kunststoffniets aufgedrückt werden. Es ist klar, dass die vorstehend beschriebene Bearbeitungsvorrichtung 10 für ihren Einsatz in der Regel in einen Gestell oder eine Halterung angeordnet sein wird, welche eine Ausrichtung der Ausblasdüse 30 und des Stempelkopfs 26 auf den umzuformenden Schaftbereich des mit einem Schließkopf zu versehenden Niets erlaubt, wobei der Niet seinerseits mitsamt den durch ihn zu verbindenden Bauteilen in einem Gestell abgestützt ist. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Bearbeitungsvorrichtung 10 als Handgerät eingesetzt wird, welches über elastische Schläuche an einer Druckluft- und Heißluftquelle angeschlossen ist und von einem Monteur von Hand an den zu bearbeitenden Bereich eines Werkstücks geführt, gehalten und zur Einwirkung gebracht wird. Klar ist außerdem, dass bei Einsatzfällen, in welchen in der Form abweichende Bauteile oder Bereiche eines Werkstücks zu bearbeiten sind, entsprechend abgewandelte Bearbeitungswerkzeuge und Ausblasdüsen-Formen, z.B. Schlitzdüsen, anstelle des Stempelkopfs 26 verwendet werden können.

Claims (9)

  1. Heißluft-Bearbeitungsvorrichtung (10) für Werkstücke aus thermoplastischem Material mit wenigstens einer auf den zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks ausrichtbaren, an eine Heißluftquelle anschließbaren Heißluft-Aufblasdüse (30) und einem kraftbetätigten auf dem durch die aufgeblasene Heißluft plastifizierten zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks zur Einwirkung bringbaren Bearbeitungswerkzeug (26), dadurch gekennzeichnet , dass das Bearbeitungswerkzeug (26) am freien Ende der Kolbenstange (20) einer druckmittelbetätigten Kolben/Zylinder-Einheit (12) oder einer Verlängerung (24) der Kolbenstange (20) angeordnet und durch die Arbeits-Hubbewegung der Kolbenstange (20) bei der Druckmittelbeaufschlagung der Kolben/Zylinder-Einheit (16) oder deren Verlängerung (24) mit seiner Arbeitsfläche an dem zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks anlegbar und zur Einwirkung bringbar ist, dass die Heißluft-Aufblasdüse (30) sowie der anschließende Bereich der die Heißluft zuführenden Heißluftleitung (32) derart auf einer zugeordneten Halterung (28) angeordnet sind, dass die Heißluftdüse (30) in dem in in den Zylinder (16) zurückgezogenen Zustand der Kolbenstange (20) der Kolben/Zylinder-Einheit (12) in Vorschubrichtung der Kolbenstange (20) ausgerichtet zu und vor der Arbeitsfläche des Bearbeitungswerkzeugs (26) steht, und dass die Halterung (28) der Heißluft-Aufblasdüse (30) derart beweglich mit einer der Kolben/Zylinder-Einheit (12) zugeordneten Halterung (14) verbunden ist, dass die Heißluft-Aufblasdüse (30) beim Arbeitshub der Kolbenstange (20) der Kolben/Zylinder-Einheit (12) in eine außerhalb des Wegs des Bearbeitungswerkzeugs (26) liegende Stellung bewegt wird.
  2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Halterung (28) der Heißluftdüse (30) verschwenkbar an der Halterung (14) der Kolben/Zylinder-Einheit (12) angelenkt ist und an den beiden Halterungen (28; 14) jeweils ein Glied einer Gleitführung vorgesehen ist, welches die Halterung (28) der Heißluft-Aufblasdüse beim Arbeitshub der Kolbenstange (20) zwangsläufig in eine außerhalb des Vorschubwegs des Bearbeitungswerkzeugs (26) liegende Position verschwenkt.
  3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder der Gleitführung von einem eine Kulissennut (36) aufweisenden Bauteil einerseits und einem passend in die Kulissennut (40) eingreifenden und in ihr verschieblichen Kulissenstein andererseits gebildet sind.
  4. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Kulissennut (36) versehene Bauteil an der Halterung (28) der Heißluft-Aufblasdüse (30) und der in die Kulissennut (36) eingreifende Kulissenstein (40) an einer fest mit der Kolbenstange (20) der Kolben/Zylinder-Einheit (12) bzw. der Verlängerung (24) der Kolbenstange (20) verbundenen Träger (34) vorgesehen sind.
  5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Kulissennut versehene Bauteil an einem fest mit der Kolbenstange (20) bzw. deren Verlängerung (24) verbundenen Träger und der in die Kulissennut eingreifende Kulissenstein an der der Kolben/Zylinder-Einheit (12) zugeordneten Halterung (14) vorgesehen sind.
  6. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (26) an seiner zum bearbeitenden Werkstück weisenden Arbeitsfläche mit einer konkaven Vertiefung versehen ist.
  7. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine beim Arbeitshub der Kolben stange (20) der Kolben/Zylinder-Einheit (12) betätigte, die Beaufschlagung der Heißluft-Aufblasdüse (30) mit Heißluft unterbrechende oder abschaltende Schalteinrichtung.
  8. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen durch die Bewegung der Kolbenstange (20) beim Arbeitshub angesteuerten, das die Heißluft fördernde Gebläse abschaltenden Sensor aufweist.
  9. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein in der die Heißluft der Heißluft-Aufblasdüse (30) zuführenden Heißluftleitung (32) angeordnetes Schaltventil aufweist, welches beim Arbeitshub der Kolbenstange (20) durch ein an der Kolbenstange (20) vorgesehenes Betätigungsorgan aus seiner Öffnungs- in die Schließstellung umgeschaltet wird.
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