DE2607875B2 - Vorrichtung zum form- und/oder kraftschluessigen verbinden von bauteilen - Google Patents

Vorrichtung zum form- und/oder kraftschluessigen verbinden von bauteilen

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DE2607875B2 DE19762607875 DE2607875A DE2607875B2 DE 2607875 B2 DE2607875 B2 DE 2607875B2 DE 19762607875 DE19762607875 DE 19762607875 DE 2607875 A DE2607875 A DE 2607875A DE 2607875 B2 DE2607875 B2 DE 2607875B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum form- und/oder kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen, von denen wenigstens ein Bauteil aus einem unter Einwirkung von Druck und Wärme thermoplastisch verformbaren und das oder die anderen Bauteile umgreifenden Material besteht, wobei ein Formstempel mit einem die Verbindungsstelle zumindest teilweise umschließenden, durch eine Druckfläche begrenzten Hohlraum mit einem zentralen Verdrängungskörper vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung ist bereits durch die OE-PS 1 72 176 bekannt. Dabei wird das thermoplastische Material z. B. durch einen Heißluftstrom partiell erwärmt wird und das erweichte Material um das zu befestigende Bauteil z. B. mittels des Stempels geformt. Dabei wirft sich an der Oberfläche des thermoplastischen Körpers ein aus dem verdrängten Material gebildeter Wulst auf, der aber, da keine genaue Materialdosierung möglich ist, im allgemeinen eine rauhe, blasenförmige oder porige Oberfläche erhalten wird. Diese nachteilige Oberflächenbeschaffenheit tritt insbesondere auf bei glasfaserverstärkten Werkstoffen, da die Glasfasern während der erwähnten Verdrängung an der Oberfläche des themoplastischen Körpers bleiben.
bo Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher in rationeller Weise eine feste, dauerhafte und lagemäßig exakte Verbindung von Bauteilen durchführbar ist, ohne daß Nachteile bezüg-
(,■> lieh der Oberflächenbeschaffenheit auftreten oder eine nachträgliche Oberflächenbearbeitung erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verdrängungskörper relativ zu dem
durch eine Druckfläche begrenzten Hohlraum verschiebbar und in diesen einführbar ist.
Von wesentlicher Bedeutung hierbei ist der Umstand, ri-iß das in an sich bekannter Weise, etwa durch einen HeiBluftstrom oder durch die Wärme der elektrisch erhitzten Vorrichtung oder Teile derselben jrweichte Material durch den niedergehenden Verdrängungskörper gegen die die Verbindungsstelle z. B. glockenartig unigebende Oberfläche des Hohlraumes hin verdrängt und gedrückt wird, wo es entsprechend der gesi:hlosse· nen, homogenen Hohlraumoberfläche auch seinerseits eine geschlossene, homogene Oberfläche erhält. Durch das Vorhandensein eines solchen Widerlagers, gegen welches das erweichte Material gedruckt wird und sich hierbei verdichtet, können sich Blasen oder Poren nicht ausbilden. Das Material nimmt vielmehr die Oberflächenstruktur der Oberfläche des Hohlraumes an.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der vorzugsweise beheizbare Formstempel an seinem freien, den Bauteilen zugewandten Ende eine den Hohlraum bildende konkave Einformung „nd eine vorzugsweise in das Zentrum dieser Einformung einmündende Führungsöffnung auf, in welcher Führungsöffnung der Verdrängungskörper relativ gegenüber dem Formstempel bewegbar geführt ist. Insbesondere bei zentrischer Einführung des Verdrängungskörper in den glocken-, linsen- oder kegelförmig gewölbten Hohlraum ist gewährleistet, daß das erweichte Kunststoffmaterial gleichmäßig gegen die Oberfläche des Hohlraumes hin verdrängt und dort weitgehend mit an allen Stellen gleichem Druck zur Bildung einer glatten, homogenen Oberfläche gezwungen wird.
Eine für die Massenfertigung besonders geeignete, d. h. mit einfachen Hubbewegungen einer Antriebseinrichtung betätigbare Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art ist dadurch gegeben, daß der als Druckstempel ausgebildete Verdrängungskörper in einem Lagerkörper fest oder verschiebbar gehalten ist, welcher Lagerkörper ferner einen Gleitsitz für den relativ gegenüber dem Verdrängungskörper verschiebbaren Formstempel sowie einen Gewindesitz für eine Gewindebüchse aufweist, die mit einem einen Anschlagflansch des Formstempels übergreifenden Bund den Anschlag für die Bewegung des Formstempels bildet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckkraft der mittelbar oder unmittelbar zwischen Formstempel und Verdrängungskörper angeordneten Druckfeder so groß bemessen, daÖ schon vor Einführen des Verdrängungskörpers in den Hohlraum des Formstempels der Formstempel mit seinen den Hohlraum begrenzenden Begrenzungskanten in das thermoplastisch verformbare Material des einen, mit wenigstens einem anderen Bauteil zu verbindenden Bauteils einzudringen vermag. Dabs: wird das erweichte Kunststoffmaterial schon vor Eindringen des Verdrängungskörpers im Verbindungsbereich z. B. glockenartig umschlossen, so daß mit dem anschließenden Eintauchen des Verdrängungskörpers in dieses umschlossene Material ein Aufwerfen der Oberfläche bo auch außerhalb des Formstempels bzw. seines Hohlraumes mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Die so ausgestaltete Vorrichtung ist insbesondere dort vorteilhaft anwendbar, wo es gilt, Kunststoffmaterial mit großem Druck in eine relativ kleine Bohrung einer h-, darunterliegenden Metallplatte zu deren gegenseitiger Verbindung zu verdrängen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Hohlraum des Formstempels einen rechteckförmigen Querschnitt zur Bildung einer quaderförmigen Verbindungswarze an dem thermoplastischen Bauteil, auf welche ein weiteres, mit einer Verbindungsöffnung versehenes Bauteil aufsetz- und befestigbar ist. Damit kann ein Halbfabrikat (Kunststoffkörper) mit über die Kunststoffoberfläche herausragenden Pocken versehen werden, auf welche dann später z. B. gelochte Metallstreifen od. dgi. aufgelegt und befestigt werden. Die Vorrichtung stellt sicher, daß die Oberfläche neben diesen Pocken eben und glatt bleibt, so daß die Metallstreifen eben und bündig auf die Kunststoffoberfläche aufgelegt werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gegeben, daß als in den Hohlraum des Formstempels eindringender Verdrängungskörper ein mit dem thermoplastischen Bauteil zu verbindender, vorzugsweise an dem diesem Bauteil zugewandten Ende kragenartig erweiterter Stift vorgesehen ist, welcher in das thermoplastische Bauteil unter Bildung eines Wulstes eindrückbar und daß der Wulst durch die Druckfläche des Hohlraumes des Formstempels gegen den Stift hin verdrängbar ist. Auf diese Weise können Metallstifte oder Befestigungsstifte von Bauelementen in einem Arbeitsgang mit einem Kunststoffträger verbunden werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erweist sich als besonders wertvoll bei der Herstellung von elektrotechnischen Bauteilen, z. B. von Relais, bei welchen eine exakte und gleichbleibend definierte Lage z. B. eines Flußbügels an einem Kunststoff-Spulenkörper und eine einwandfreie Oberfläche an der Verbindungsstelle von größter Wichtigkeit ist.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 bis 3 eine Vorrichtung zum form- und/oder kraftschlüssigen Verbinden in Schnittansicht, Seitenansicht und Draufsicht,
F i g. 4 bis 8 unterschiedliche Ausführungsformen des Formstempels der Vorrichtung gemäß F i g. 1,
Fig.9 bis 13 unterschiedliche Ausführungsformen des Verdrängungskörpers der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
F i g. 14 und 15 eine Vorrichtung in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen bei der Verbindung zweier Bauteile,
Fig. 16 eine weitere Anwendungsvariante der Vorrichtung,
Fig. 17 und 18 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in anderer Ausgestaltung und anderer Anwendung für zwei nachträglich aufeinandersetzbare Bauteile,
Fig. 19 und 20 eine weitere Ausgestaltung und Anwendungsvariante der Vorrichtung,
Fig.21 und 22 zwei miteinander zu verbindende Bauteile in Schnittansicht gemäß der Schnittlinie XXI-XXI und Draufsicht, zusammen mit einer Vorrichtung zur Verbindung derselben,
F i g. 23 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, bestehend aus jeweils zwei Formstempeln und Verdrängungskörpern.
Bei der in F i g. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung ist ein mit 1 bezeichneter, als Rotationskörper ausgeführter Lagerkorper mit einem Außengewinde 2 versehen und in eine mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Gewindebüchse 3 eingeschraubt. Die Gewindebüchse 3 besitzt Führungsansätze 4, mit welchen sie
und damit die gesamte Vorrichtung in einem nicht dargestellten Vorrichtungsträger gelagert und in Richtung des Pfeiles 5 gegen die zu verbindenden Bauteile bewegbar ist.
Der Lagerkörper 1 besitzt einen axialen Durchbruch 6 mit einer erweiterten öffnung 7, worin ein in Form eines Druckstempels ausgebildeter Verdrängungskörper 8 fest gelagert ist. Die öffnung 7 ist nach oben hin durch einen Schraubstopfen 9 verschlossen. Der Lagerkörper 1 besitzt ferner einen zylindrischen Gleitsitz 10, auf welchem ein mit einer Bohrung 11 versehener Formstempel 12 in Richtung der Pfeile 13 verschiebbar gelagert ist. Am oberen Ende besitzt der Formstempel 12 einen Anschlagflansch 14, welcher durch eine in der Bohrung 11 zwischen Bohrungsende und Lagerkörper 1 angeordnete Druckfeder 15 gegen einen Bund 17 der Gewindebuchse 3 gedrückt wird. Am unteren Ende besitzt der Formstempel 12 einen etwa halbiinsenförmigen Hohlraum 16 mit einer konkav gewölbten Begrenzungs-Oberfläche. Die Anschlaglage des Formstempels 12 gegenüber dem Lagerkörper 1 ist insofern verstellbar, als durch Verschrauben die den Anschlagbund 17 aufweisende Gewindebuchse relativ gegenüber dem Lagerkörper 1 bewegt werden kann, wodurch der Bewegungsbereich des Formstempels 12 sich ändert. Der Formstempel 12 besitzt im Zentrum des Hohlraumes 16 eine axiale Führungsöffnung für den im Durchmesser verminderten Ansatz 18 des Verdrängungskörpers 8.
In den Fi g. 4 bis 8 sind einige Ausführungsformen des vorbeschriebenen, mit 16 bezeichneten Hohlraumes gezeigt. Je nach Anwendung können Formstempel mit halbrundem, halblinsenförmigem oder kegelförmigem Profil des Hohlraumes verwendet werden.
Die Fig.9 bis 13 zeigen runde oder rechteckige Verdrängungskörper mit unterschiedlich ausgestaltetem freien Druckende, stumpfen, kegeligen oder eingezogenen Profils.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 14 und 15 soll ein thermoplastisch verformbares, plattenartiges Bauteil 20 mit einem Blechteil 21, das eine Bohrung 22 besitzt und auf einer Unterlage 24 aufliegt, verbunden werden. Hierzu ist die Druckfeder 15 so bemessen, daß mit dem Bewegen der Vorrichtung in Richtung des Pfeiles 5 (F i g. 1) zuerst die äußeren Begrenzungskanten 23 des Hohlraumes 16 des Formstempels 12 in das z. B. durch Heißluft oder Kontaktwärme erweichte Kunststoffmaterial des Bauteils 22 eindringen, so daß die Begrenzungsfläche des Hohlraumes 16 die Verbindungsstelle glockenförmig umschließt (Fig. 14). Erst danach wird bei weiterer Abwärtsbewegung der Vorrichtung der Verdrängungskörper 8 mit seinem stumpfen Ende in den Hohlraum eingedrückt (Fig. 15), womit das erweichte Kunststoffmaterial in die Bohrung 22 des Blechteils 21 gedruckt wird und eine sehr innige Verbindung zustande kommt. Hierbei wird das Kunststoffmaterial innerhalb des Hohlraumes 16 gehalten, d. h., der Materialfluß kann sich nicht bis zur in der Figur oberen Begrenzungsfläche des Bauteils 20 fortpflanzen.
so daß keine Blasen, Poren od. dgl. entstehen können. Vielmehr wird das Kunststoffmaterial an der Begrenzungsfläche des Hohlraumes 16 verdichtet und, es bildet sich eine glatte Oberfläche.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 soll ein Kunststofflager 20 mit einem darauf liegenden, gelochten Blechteil 21 verbunden werden. Hierbei dient der federnd nachgiebige Formstempel 12 als Niederhalter für das Blechtcil 21. Nachdem die Begrenzungskanten 23 des Formstempels 12 mit Druck auf dem Blechteil 21 aufliegen, wird der Verdrängungskörper 8 in den Hohlraum eingedrückt und verdrängt das erweichte Kunststoffmaterial durch die Bohrung hindurch gegen die Begrenzungsfläche des Hohlraumes, wo es wiederum verdichtet wird und eine glatte, rohrnietenartige Ausbildung erfährt.
In F i g. 17 besitzt der Hohlraum des Formstempels 25 ein rechteckförmiges Profil. Durch Aufdrücken dieses Formstempels 25 und durch Absenken des Verdrängungskörpers 8 wird aus dem Kunststoffträger 20 eine Warze 26 rechteckförmigen bzw. zylindrischen Profils herausgedrückt (Fig. 17), auf welche eine Blechstreifen
21 aufsetzbar und befestigbar ist (F ig. 18).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 19 und 20 ist in die zentrische Führungsöffnung des Formstempels 27 auf einen in dieser Führungsöffnung verschiebbaren Druckslempel 29 ein mit einem thermoplastischen Kunststoffkörper 20 zu verbindender, am freien Ende angestauchter Stift 28 eingesetzt. Zunächst wird der Druckstempel 29 abgesenkt und drückt den Stift 28 in das erweichte Material unter Bildung eines Wulstes 30 (Fig. 19). Hiernach wird der Formstempel 27 abgesenkt und drückt das Material des Wulstes 30 gegen den Stift 28 und gegen die Begrenzungsfläche des Hohlraumes des Formstempels 27(F ig. 20).
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 21 und
22 sollen ein an der Verbindungsstelle geteiltes Blechteil bzw. zwei separate Blechteile 35 und 36 mit einem Kunststoffkörper 37 verbunden werden. Hierbei ragen die einander gegenüberstehenden Enden der Blechteile 35 und 36 in die Bewegungsbahn eines V-förmig endenden Verdrängungskörpers 38. Beim Niedergehen der Vorrichtung stützt sich der Formstempel auf den Blechteilen 35,36 ab und dient somit als Niederhalter für dieselben. Durch den abgesenkten Verdrängungskörper 38 werden die Enden dieser Blechteile in das erweichte Material des Kunststoffkörpers 37 eingedrückt, und es bilden sich halblinsenförmige Pocken 39, die die Blechteile 35,36 partiell umschließen.
In Fig. 23 besitzt ein Kunststoffkörper 40 einen Durchbruch 41, in welchen ein gelochtes oder mit einer sonstigen Aussparung versehenes Blechteil 42 eingeschoben ist. Zur form- und kraftschlüssigen Verbindung dieser Bauteile sind zwei von beiden Seiten des
γ, Kunststoffkörpers 40 her gleichzeitig angreifende Formstempel mit Verdrängungskörpern vorgesehen die in der vorbeschriebenen Weise das Kunststoffmaterial in die Aussparung des Blechtcils 42 eindrücken und dabei zwei halblinsenförmige Pocken 43 bilden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum form- und/oder kraftschlüssigen Verbinden von Bauteilen, von denen wenigstens ein Bauteil aus einem unter Einwirkung von Druck und Wärme thermoplastisch verformbaren und das oder die anderen Bauteile umgreifenden Material besteht, wobei ein Formstempel mit einem die Verbindungsstelle zumindest teilweise umschließenden, durch eine Druckfläche begrenzten Hohlraum mit einem zentralen Verdrängungskörper vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (8, 28,38) relativ zu dem durch eine Druckfläche begrenzten Hohlraum (16) verschiebbar und in diesen einführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise beheizbare Formstempel (12, 25, 39) an seinem freien, den Bauteilen (z. B. 20 und 21) zugewandten Ende eine den Hohliaum bildende konkave Einformung und eine vorzugsweise in das Zentrum dieser Einformung einmündende Führungsöffnung aufweist, in welcher Führungsöffnung der Verdrängungskörper (8, 28, 38) relativ gegenüber dem Formstempel bewegbar geführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstempel entgegen der Kraft einer Druckfeder (15) gegenüber dem Verdrängungskörper in einem durch vorzugsweise verstellbare Anschläge bestimmten Bewegungsbereich relativ bewegbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Druckstempel ausgebildete Verdrängungskörper (8) in einem Lagerkörper (1) fest oder verschiebbar gehalten ist, welcher Lagerkörper ferner einen Gleitsiti; für den relativ gegenüber dem Verdrängungskörper verschiebbaren Formstempel (12) sowie einen Gewindesitz für eine Gewindebuchse (3) aufweist, die mit einem einen Anschlagflansch (14) des Formstempels übergreifenden Bund (17) den Anschlag für die Bewegung des Formstempels bildet.
5. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebüchse (3) mit einem Hohlraum zur Aufnahme des vorzugsweise als Rotationskörper ausgebildeten Lagerkörpers (1), des Formstempels (12) und des Verdrängungskörpers (8) versehen ist und an ihrem äußeren Umfang Führungsmittel (4) für die Bewegung der Vorrichtung in Richtung der zu verbindenden Bauteile besitzt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkraft der mittelbar oder unmittelbar zwischen Formstempel (12) und Verdrängungskörper (8) angeordneten Druckfeder (15) so groß bemessen ist, daß schon vor Einführen des Verdrängungskörpers in den Hohlraum (16) des Formstempels der Formstempel mit seinen den Hohlraum begrenzenden Begrehzungskanten (23) in das thermoplastisch verformbare Material des einen, mit wenigstens einem anderen Bauteil (21) zu verbindenden Bauteils (20) einzudringen vermag (Fig. 14,15).
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Formstempels (25) einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt zur Bildung einer
quaderförmigen Verbindungswarze (26) an dem thermoplastischen Bauteil (20), auf welche ein weiteres, mit einer Verbindungsöffnung versehenes Bauteil (21) aufsetz- und befestigbar ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als in den Hohlraum des Formstempels (27) eindringender Verdrängungskörper ein mit dem thermoplastischen Bauteil zu verbindender, vorzugsweise an dem diesem Bauteil zugewandten Ende kragenartig erweiterter Stift (28) vorgesehen ist, welcher in das thermoplastische Bauteil unter Bildung eines Wulstes (30) eindrückbar und der Wulst durch die Druckfläche des Hohlraumes des Formstempels (25) gegen den Stift hin verdrängbar ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Verbindung eines thermoplastischen Trägers mit einem oder mehreren darauf aufgelegten Blechteilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstempel als sich mit seinen den Hohlraum begrenzenden Begrenzungskanten auf den Blechteilen (35,36) abstützender Niederhalter und der Verdrängungskörper (38) als die Enden der Blechteile in das thermoplastische Material eindrückender Biegestempel ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Formstempel mit Verdrängungskörpern vorgesehen sind, die gegeneinander und auf zwischen denselben liegende, zu verbindende Bauteile (40,42) zu bewegbar sind.
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