DE3201703A1 - Vorrichtung zur befestigung von bauteilen mittels hochfrequenz-vibrationen - Google Patents
Vorrichtung zur befestigung von bauteilen mittels hochfrequenz-vibrationenInfo
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Description
Fu 5166
P.S.M. Fasteners Ltd.
Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen mittels Hochfrequenz-Vibrationen
Die Erfindung befaßt sich mit dem Befestigen von Bauteilen
in einem Körper aus thermoplastischem oder wärmehärtbarem Kunststoffmaterial mit Hilfe von Hochfrequenz-Vibrationen.
Die Bauteile können beispielsweise in Form von mit Innenschraubgewinde versehenen Metallbuchsen zum
Einsetzten in Führungslöcher in einem Werkstück ausgebildet
sein, um mit Schraubgewinde versehene Verankerungspunkte im Werkstück zu schaffen. Die Bauteile brauchen
jedoch nicht unbedingt metallisch zu sein, sondern sie können auch aus Kunststoffmaterial bestehen.
Es ist bekannt, solche Installationen durch Anwendung von ültraschallvibrationen auf den Einsatzbauteil herbeizuführen,
so daß lokalisierte Reibungswärme an der Zwischenfläche zwischen den Bauteilen und dem Kunststoff
werk stück erzeugt wird. Bisher wurde das Anordnen der Einsatzbauteile gegenüber dem Werkstück - soweit
der Anmelderin bekannt - stets manuell vorgenommen, weil, wie es an sich bekannt ist, die Bedingungen zur
Erzielung einer optimalen Übertragung von Vibrationsenergie auf den Einsatzbauteil sehr kritisch sind, und
es wurde allgemein anerkannt, daß jeglicher Versuch, den Vorgang durch Verwendung irgendeiner Form einer Halteeinrichtung
für die Anordnung des Einsatzbauteiles zu automatisieren, unvermeidlich zu einer Aufnahme beträchtlicher
Vibrationsenergie von dem sogenannten Horn führen würde, durch das die Ultraschallenergie den Einsatzbauteilen
mitgeteilt wird.
Während somit die Notwendigkeit zur Automatisierung von Ultraschallinstallationen von Einsatzbauteilen seit langem
erkannt worden ist, konnte dieser Notwendigkeit trotz der Anstrengungen der Haupthersteller von Ultraschallvibrationseinrichtungen
bisher jedoch noch nicht entsprochen werden. Es muß betont werden, daß ein Hauptvorurteil
gegenüber einem Fortschritt auf diesem Gebiet wie oben erwähnt - die allgemeine Annahme gewesen ist,
daß es dem herkömmlichen Horn nicht gestattet werden darf, mit irgendetwas außer dem in Vibration zu versetzenden
Bauteil in Berührung oder in dessen unmittelbaren Nähe zu kommen.
Die Erfindung geht daher aus von einer Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen an einem Körper aus thermoplastischem
oder wärmehärtbarem Kunststoffmaterial, enthaltend ein Horn, eine Einrichtung, um dem Horrwrrequenz-Vibrationen
zu erteilen, wodurch mit Hilfe des Hornes die Vibrationen auf den im Körper zu befestigenden Bauteil
übertragbar sind, und eine Einrichtung zur Verlagerung des Hornes, um den Bauteil in den Körper hinein
oder auf den Körper zu pressen.
Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile in einem Betriebsverhältnis mit dem Horn durch eine Halteeinrichtung gehalten werden,
durch die das Horn derart bewegbar ist, daß ein von dieser Einrichtung gehaltener Bauteil verlagert wird,
während Hochfrequenz-Vibrationen auf ihn angewendet werden.
Diese Erfindung zeichnet sich vorzugsweise durch eine solche Anordnung aus, daß der Bauteil - z. B. unter
der Wirkung einer Federeinrichtung - federnd in der Einrichtung gehalten wird und daß bis zu dem Zeitpunkt,
in dem der Bauteil in Vibration gesetzt wird, jeder Kontakt zwischen dem Horn und der Halteeinrichtung auf einen
indirekten Kontakt begrenzt ist, durch die Einschaltung des Bauteiles, der durch die genannte Einrichtung
eher federnd als starr gehalten wird.
Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen konnte überraschender Weise bei einem solchen indirekten
Kontakt nicht festgestellt werden, daß er zu irgendeiner merklichen Reduktion der auf die Bauteile übertragenen
Vibreitionsenergie geführt hat. Bei einer Versuchsanordnung wurden ferner zufriedenstellende Ergebnisse
selbst dann festgestellt, wenn das Horn mit dem Federelement, das zur federnden Halterung des Bauteiles verwendet
wurde, in direktem Kontakt gekommen ist. Ein solcher Kontakt wurde hergestellt, nachdem der Bauteil
vom Federelement frei war und teilweise in ein Werkstück eingesetzt worden war; es wird angenommen, daß der Direktkontakt
nicht den Vorgang bewirkt hat, weil er erst auftrat, nachdem der Einsatzbauteil mit voller Amplitude
in Vibration versetzt worden war. Weiterhin wurde der Kontakt zwischen dem Horn und einem Element hergestellt,
das federnd ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch
aus, daß das Horn an einem in vertikaler Richtung hin und her bewegbaren Element angebracht ist und die Halteeinrichtung
mit diesem Element so verbunden ist, daß
dcis Horn und die Halteeinrichtung zu jeder Zeit konzentrisch
und mit Spiel zueinander gehaltert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Halteeinrichtung einen zweiteiligen Körper besitzt, dessen beide Teile
das Horn mit Spiel umgeben, wobei der eine Teil mit dem in vertikaler Richtung hin und her bewegbaren Element
verbunden ist, wodurch er im festen Verhältnis zum Horn steht, während der andere Teil mit dem ersten Teil durch
eine Leergang-Kupplung gekuppelt ist, durch die das Horn relativ dazu bewegbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der bewegbare Körperteil eine Klemmhülse
zur Anordnung der Bauteile haltert, wobei die Anordnung derart ist, daß die Klemmhülse und das Horn in einem
festen Verhältnis bleiben, wenn sie sich dem Werkstück nähern, aber, wenn die Klemmhülse das Werkstück ergreift,
diese arretiert wird,während das Horn durch die Klemmhülse
passiert, um den Bauteil beispielsweise in einem vorgeformten Führungsloch im Werkstück zu verlagern, wobei
während des letzten Teiles des Zyklus unter Schallenergie auf den einzusetzenden. Bauteil angewendet wird.
Die Erfindung sei im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ;
30
Fig. 2 eine Schnittansicht einer wahlweisen Ausführungsform der Klemmhülse, die bei der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung verwendet werden kann;
Fig. 3 eine Schemaansicht der ganzen Vorrichtung.
Die beigefügte Zeichnung zeigt im Detail nur den Teil der Ultraschalleinsetzeinrichtung, der nicht üblicher
Art ist, d. h. das Horn und die Einsatzbauteil-Halteranordnung, während die übrige Einrichtung schematisch
dargestellt ist (vgl. Fig. 3). Gemäß herkömmlicher Praxis ist das Horn (Hupe) 10 für eine vertikale Hin- und
Herbewegung mit einem Element 12 angeordnet (d. h. es bildet einen Teil des herkömmlichen Maschinen- bzw.
Führungsschlittens S), das in vertikaler Richtung verlagerbar ist mit Hilfe einer pneumatischen Zylinder-Kolben-Anordnung
P und das mit einer elektrischen Steuerschaltung verbunden ist, die beispielsweise einen von
einem Benutzer betätigbaren Fußschalter, einen oder mehrere Grenzschalter, wenigstens ein Solenoidventil und
eine Zeitschaltung enthält, so daß das Horn veranlaßt werden kann, eine vorgewählte Reihenfolge von Bewegungen
auszuführen. Ultraschallenergie wird am Horn während eines Teiles der Reihenfolge unter Steuerung der Zeitschaltung über einen Ultraschallgenerator G angewendet,
der elektrische Hauptenergie in elektrische Energie mit einer Ultraschallfrequenz (typischer Weise 20 kHz) umwandelt,
sowie über einen Wandler, der den elektrischen Ausgang (elektrische Leistung) des Generators in mechanische
Vibrationen umwandelt.
Das Horn enthält eine Spitze 14, deren vorderes Ende bei
der Benutzung den Einsatz oder einen anderen Bauteil berührt, an dem Ultraschallvibrationen angewendet werden
sollen. Wie zuvor erwähnt worden ist, war es bisher üblich, die Bauteile, die im folgenden Einsätze genannt
werden, von Hand anzuordnen und zu halten, während das
Horn zu den Einsätzen ausgerichtet wurde. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Einsatzausgabe- und -anordnungseinrichtung
mit dem Horn verbunden, damit die Einsätze - in Ausrichtung mit dem Horn - automatisch zugeführt
werden können. Diese Einrichtung enthält einen zweiteiligen Körper 16,18 mit einer Leergang-Kupplung in
Form von Verbindungen mit Zapfen 20 und Schlitzen 22 zwischen den beiden Teilen 16 und 18, um es diesen zu
ermöglichen, in axialer (d. h. in vertikaler) Richtung relativ zueinander nach Teleskopart zu gleiten.Der Körperteil
18 ist direkt mit dem Element 12 und somit ist der Körperteil 16 mit letzterem unter Zwischenschaltung
des Teiles 18 und der Leergangkupplung verbunden.
Die Körperteile 16, 18 umgeben das Horn 10 und liegen konzentrisch dazu, wobei ein Spiel zwischen dem Horn und
den Körperteilen überall vorhanden ist, so daß das Horn zu keiner Zeit die Körperteile 16, 18 berührt. Es sei
festgestellt, daß, da die Körperteile am Element 12 angeordnet
sind, sichergestellt werden kann, daß die notwendigen Spiele zwischen den Körperteilen 16 und 18
und dem Horn zu allen Zeiten aufrechterhalten werden.
Der Körperteil 16 ist mit einem unteren zentralen Bohrungsabschnitt
24 ausgebildet, der die Spitze 14 des Hornes 10 mit Spiel aufnimmt, und 'im Teil 16 ist eine
Kreuzungsbohrung 26 vorhanden, deren oberes Ende während der Verwendung mit einem Zuführrohr versehen ist,
für die Zuführung von Einsätzen (jeweils einer zur Zeit) von einer Blaszuführung, so daß die Einsätze in die
Bohrung 24 eintreten können, um vom Horn 10 erfaßt zu werden. Eine rohrförmige Einsatzhalterungs-Klemmhülse
ist am unteren Ende des Körperteiles 6 in Ausrichtung mit der Bohrung 24 angebracht, für eine Aufnahme jedes
Einsatzes,um ihn federnd im voraus vor dem Horn 10 zu halten. In Fig. 1 besitzt die Klemmhülse 28 einen
Schlitz oder dergleichen in ihrer rohrförmigen Wand, durch den eine Blattfeder 30 hineinragt, um die Seite
des Einsatzes mit einer relativ kleinen Federkraft zu ergreifen, die ausreicht, um zu verhindern, daß der Einsatz
aus der Klemmhülse 28 herausfällt.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Klemmhülse 28,
wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, kann stattdessen zumindest eine unter Federvorspannung stehende Kugel oder es
können mehrere solcher Kugeln 32 verwendet werden, die in ümfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet
sind und durch Löcher in der Klemmhülsenwand vorstehen, für einen Eingriff mit dem Einsatz. Die Federvorspannung
kann in diesem Falle durch einen Gummiring 34 geschaffen werden, der in einer Umfangsnut der Klemmhülse angeordnet
ist. Vorzugsweise ist das Ausmaß, mit dem die Kugeln32 in die Durchgangsbohrung der Klemmhülse hineinragen,
derart, daß sie einen Einsatz ergreifen können, jedoch von der Hornspitze 14 freibleiben, wenn letztere
durch die Klemmhülse wandert. Die Klemmhülse gemäß Fig.
kann in gleicher Weise ausgeführt sein, um ein Spiel für die Hornspitze zu ermöglichen; aber - wie bereits zuvor
erwähnt - es hat sich bei den Versuchen herausgestellt, daß selbst wenn das Horn die Blattfeder der Klemmhülse
berührt, immer noch zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können.
Die Arbeitsfolge der Vorrichtung, soweit sie sich auf die Betriebsweise der Abgabe- und Haltereinrichtung
bezieht, sei im folgenden beschrieben. Zu Beginn, wenn das Horn 10 und die Körperteile 16, 18 sich in der in
Fig. 1 gezeigten Position befinden, wird ein Einsatz durch die Blaszuführung in die Klemmhülse 28 eingegeben,
wo er durch die Federeinrichtungen 30 oder 32 zurückgehalten wird. Das Element 12 wird - z. B. im Ansprechen
auf eine Betätigung eines Fußschalters - zusammen mit dem Horn 10 und den Körperteilen 16, 18
nach unten verlagert. Der Körperteil 16 fährt fort, sich im festen Verhältnis zum Horn 10 nach unten zu
bewegen, bis das untere Ende der Klemmhülse 28 das Werkstück (W in Fig. 3)berührt , woraufhin der Körperteil
16 festgelegt bzw. arretiert wird.Das Horn 10 bewegt sich jedoch weiterhin vorwärts relativ zum Körperteil
16 (aufgrund der Leergangkupplung), bis die Spitze den Einsatz ergriffen hat und ihn teilweise aus
der Klemmhülse und in das Führungsloch verlagert. Für
diesen Zweck können die Einsätze mit einem vorderen Führungsteil von etwas geringerem Durchmesser als das
Führungsloch ausgeführt sein, während der Hauptkörper
des Einsatzes etwas größer im Durchmesser ist als das Führungsloch und z. B. axiale aufeinanderfolgende Gruppen
schraubenförmiger Zähne (die auf entgegengesetzten Seiten sein können) oder andere Verankerungsausbildungen
aufweist.
Zu diesem Zeitpunkt werden Ultraschallvibrationen auf den Einsatz angewendet, und zwar über das Horn, und das
Horn wird allmählich verlagert, wenn das Kunststoffmaterial zu schmelzen beginnt, so daß der Einsatz bis zu
dem gewünschten Ausmaß in das Führungsloch eingeführt
wird, wobei dieses Ausmaß beispielsweise durch einen Grenzschalter bestimmt werden kann. Nachdem der vorgewählte
Zeitabschnitt vorüber ist, wird die Ultraschallquelle abgeschaltet, und nach Beendigung des Einsetzungsschrittes wird das Element 12 nach oben gefahren, um das
Horn 10 zurückzuziehen und es den Körperteilen 16, 18 zu gestatten, ihre in Fig. 1 gezeigten Relativstellungen
wieder einzunehmen. Danach wird ein neuer Einsatz in die Klemmhülse über die Bohrung 26 eingeblasen, um einen
nachfolgenden Arbeitszyklus einzuleiten.
Aus dem zuvor Gesagten sei betont, daß Ultraschallenergie angewendet wird auf den Einsatz über das Horn, während
der Einsatz noch in der Abgabe- und Haltereinrichtung angeordnet ist und das Horn somit tatsächlich
die zuletzt genannte Einrichtung berührt, und zwar durch Zwischenschaltung des Einsatzes. Im Gegensatz zu den
Erwartungen wurde jedoch festgestellt, daß dies nicht zu einer deutlichen Verringerung führt, die dem Einsatz
vermittelt wird,und Versuchsarbeiten haben gezeigt, daß die erzielten Ergebnisse vergleichbar sind mit der manuellen Anordnung der Einsätze.
Claims (5)
- Patentansprüche:Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen an einem Körper aus thermoplastischem oder wärmehärtbarem Kunststoffmaterial, enthaltend ein Horn, eine Einrichtung, um dem HorrJtrequenz-Vibrationen zu erteilen, wodurch mit Hilfe des Homes die Vibrationen auf den im Körper zu befestigende^ Bauteil übertragbar sind, und eine Einrichtung zur Verlagerung des Hornes, um den Bauteil in den Körper hinein oder auf den Körper zu pressen
dadurch gekennzeichnet,daß die Bauteile in einem Betriebsverhältnis mit dem Horn durch eine Halteeinrichtung gehalten werden, durch die das Horn derart bewegbar ist, daß ein von dieser Einrichtung gehaltener Bauteil verlagert wird, während Hochfrequenz-Vibrationen auf ihn angewendet werden. - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung, daß der Bauteil -z.B. unter der Wirkung einer Federeinrichtung - federnd in der Einrichtung gehalten wird und daß bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Bauteil in Vibration gesetzt wird, jeder Kontakt zwischen dem Horn und der Halteeinrichtung auf einen indirekten Kontakt begrenzt ist, durch die Einschaltung des Bauteiles, der durch die genannte Einrichtung eher federnd als starr gehalten wird.
- 3. Vorrichtung'nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Horn an einem in vertikaler Richtung hin und her bewegbaren Element angebracht istund die Halteeinrichtung mit diesem Element so verbunden ist, daß das Horn und die Halteeinrichtung zu jeder Zeit konzentrisch und mit Spielraum zueinander gehaltert werden.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung einen zweiteiligen Körper besitzt, dessen beide Teile das Horn mit Spiel umgeben, wobei der eine Teil mit dem in vertikaler Richtung hin und her bewegbaren Element verbunden ist, wodurch er im festen Verhältnis zum Horn steht, während der andere Teil mit dem ersten Teil durch eine Leergang-Kupplung gekuppelt ist, durch die das Horn relativ dazu bewegbar ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Körperteil eine Klemmhülse zur Anordnung der Bauteile haltert, wobei die Anordnung derart ist, daß die Klemmhülse und das Horn in einem festen Verhältnis bleiben, wenn die sich dem Werkstück nähern, aber, wenn die Klemmhülse das Werkstück ergreift,diese arretiert wird, während das Horn durch die Klemmhülse passiert, um den Bauteil beispielsweise in einem vorgeformten Führungsloch im Werkstück zu verlagern, wobei während des letzten Teiles des Zyklus Schallenergie auf den einzusetztenden Bauteil angewendet wird.
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