DE4401862A1 - Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungsstellen zwischen Bauteilen eines Erzeugnisses - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungsstellen zwischen Bauteilen eines Er­ zeugnisses infolge Änderung einer ungerichteten physikali­ schen Größe.

Zur Vereinfachung der Demontage von Erzeugnissen sind bereits Verbindungstechniken vorgeschlagen worden, für die ein simul­ tanes Lösen zahlreicher Verbindungsstellen charakteristisch ist. Die für die Zustandsänderung der Verbindungsstellen sol­ cher Verbindungstechniken notwendige mechanische Energie soll mittels Wandlerelemente aus anderen, ungerichteten physikali­ schen Größen, z. B. Druck und Temperatur, gewonnen werden. Den vorgeschlagenen Wandlerelementen liegen meist physikalische Effekte zugrunde, die unter technisch sinnvollen Bedingungen nur ein geringes Arbeitsvermögen pro Volumen zulassen. Ferner bestehen solche simultan lösbaren Verbindungselemente aus zahlreichen Teilen verschiedener Werkstoffe, weshalb stoffli­ ches Recycling erschwert wird. Zur Gewährleistung des wieder­ holten Einsatzes solcher Verbindungselemente müssen diese se­ parat ausgebildet sein, d. h. sich von den verbundenen Bautei­ len ohne Beeinträchtigung der Wiederverwendbarkeit lösen las­ sen. Außerdem müssen solche Verbindungselemente ein separates Lösen zu Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten ermöglichen und deshalb auch von Hand zugänglich sein. Der Aufwand für solche Verbindungselemente ist aufgrund der aufgeführten An­ forderungen relativ hoch und die Einsatzmöglichkeiten sind beschränkt.

Speziell aus Gehrmann, Franz: "Konstruktion und werterhalten­ des Recycling niederwertiger technischer Gebrauchsgüter, dar­ gestellt am Beispiel Haushaltkleinmaschinen" - VDI-Fort­ schrittsberichte, Reihe 15: Umwelttechnik Nr. 40, Düsseldorf: VDI-Verlag GmbH, 1986 ist bereits der Vorschlag bekannt, gas­ gefüllte, elastische Blasen zu verwenden, die sich unter der Wirkung äußerer Druckveränderungen verformen sollen. Es han­ delt sich also um passive Bauelemente, zu deren Verformung eine erhebliche Arbeit geleistet werden muß. Weiterhin wird vorgeschlagen, sogenannte Dehnelemente mit organischen Stof­ fen im Inneren, namentlich Stearin oder Paraffin, zu bauen. Diese Stoffe haben zwar einen merklichen Ausdehnungskoeffi­ zienten, die Volumenzunahme erfolgt jedoch gleichförmig mit der Temperaturzunahme, was höhere Temperaturdifferenzen er­ forderlich macht und einen Einsatz für lösbare Verbindungen erschwert. Die Verwendung dieser brennbaren und schlecht ent­ fernbaren Stoffe ist für viele Erzeugnisse auch problema­ tisch.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Wandlerelemente für Verbindungselemente für simultan steuerbare Verbindungs­ stellen zu schaffen, die bei möglichst geringem Aufwand ein Anwendungsfeld sowohl für die zerstörungsfreie Demontage und Remontage separater Verbindungselemente als auch für die teilweise zerstörende Demontage solcher Erzeugnisse erschlie­ ßen, die zum Altstoffrecycling demontiert werden, wobei die saubere stoffliche Trennung eine Grundbedingung ist. Ferner soll die Möglichkeit geschaffen werden, Verbindungsstellen auf der Grundlage dieser Wandlerelemente auch separat zu lö­ sen bzw. zu schließen, ohne daß diese von Hand zugänglich oder mit einem Werkzeug erreichbar sein müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den An­ sprüchen 2 bis 18 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Prinzip eines geschlossenen, wassergefüllten Ge­ frierelements als aktives, bistabiles Dehnelement

Fig. 2 das Prinzip eines offenen Gefrierelements

Fig. 3 ein geschlossenes Gefrierelement in Verbindung mit einem mechanischen Kraftübertragungselement

Fig. 4 ein geschlossenes Gefrierelement in Verbindung mit einer hydraulischen Kraftübertragung

Fig. 5 ein aus den Bauteilen selbst gebildetes geschlossenes Gefrierelement.

Anhand der Fig. 1 soll zunächst die prinzipielle Wirkungs­ weise der Erfindung erläutert werden. Das Gefrierelement 1 besteht aus einem rundum geschlossenen, mit einer Gefriersub­ stanz 2 gefüllten Zelle. Im Beispiel sind die Stirn- und Sei­ tenwände 3 starr und die Ober- und Unterseite 4 elastisch ausgebildet. Als Gefriersubstanz 2 dient Wasser. Gefriert das Wasser infolge herbeigeführter Abkühlung der Umgebung unter 0°C, wird das Eis das Gefrierelement 1 infolge Volumenaus­ dehnung an den elastischen Seiten 4 auswölben. Diese, prak­ tisch bistabile und aktive Volumenzunahme beim Gefrieren wird zur Verrichtung mechanischer Arbeit an einer nicht näher dar­ gestellten Verbindungsstelle nutzbar gemacht, z. B. kann eine stoffschlüssige Verbindung aufgetrennt werden. Werden mehrere derartige Gefrierelemente 1 eingesetzt, erfolgt ein simulta­ nes Trennen dieser, d. h., das Erzeugnis zerfällt schlagartig in seine Einzelteile, ohne daß die Lage der Verbindungsstel­ len bekannt sein muß. Soll auch eine vorprogrammierte Teil- Demontage möglich sein, werden die hierzu vorbestimmten Ge­ frierelementen 1 mit reinem Wasser gefüllt und die restlichen Gefrierelementen 1 zwecks Herabsetzung der Erstarrungstempe­ ratur mit einer leichten Salzlösung. Bei einer Temperatur am Gefrierpunkt des Wassers werden lediglich die mit Wasser ge­ füllten Gefrierelementen 1 Öffnungsarbeit verrichten, während bei niedrigeren Temperaturen sich alle Gefrierelemente infol­ ge Eisbildung ausdehnen und ihre zugeordneten Verbindungen lösen.

Im prinzipiellen Beispiel nach Fig. 2 handelt es sich um ein offenes Gefrierelement 1, d. h., die festen Stirnseiten 3 sind z. B. mit kleinen Öffnungen 5 versehen, die erst dann mit Was­ ser gefüllt werden, wenn die Verbindungsstelle gelöst werden soll. Beim Gefrieren des Wassers werden auch diese kleinen Öffnungen 5 zufrieren und das Eis wird wie im Beispiel nach Fig. 1 die Ober- und Unterseite 4 auswölben. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß erst beim Zerlegungsprozeß Wasser in die Gefrierelemente 1 gefüllt werden muß, weshalb die Erzeug­ nisse im Gebrauchsfall temperaturunabhängig sind und auch hy­ groskopische Werkstoffe für die Gefrierelemente 1 einsetzbar sind. Weiterhin eröffnet sich die Möglichkeit, nur einige Ge­ frierelemente 1 für eine beliebige Teil-Demontage gezielt zu befüllen. Um ein Aufspüren der einzelnen Verbindungsstellen zu vermeiden, können diese Verbindungsstellen auch durch ein Kanalsystem verbunden sein. In Vorbereitung auf eine Teil-De­ montage wird dann lediglich das Kanalsystem bewässert, wäh­ rend für eine Voll-Demontage das gesamte Erzeugnis z. B. ein Wasserbad durchläuft.

Natürlich kann die Ausdehnung der Gefrierelemente 1 nicht nur zum Lösen von Verbindungen genutzt werden, sondern auch zum Schließen von Verbindungen, indem z. B. zwei Teile in Form- oder Stoffschluß gebracht werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei dem die zu verbindenden Teile 6 und 7 mittels eines Gelenkhe­ bels 8 gesperrt werden. Das Gefrierelement 1 ist in eine Ver­ tiefung des Teiles 6 eingearbeitet und mit einer Membran 9 abgeschlossen. Gefriert das im Gefrierelement 1 befindliche Wasser, so treibt das Eis die Membran 9 und einen daran abge­ stützten Gelenkarm 10 nach außen, wodurch der andere Ge­ lenkarm 11 im Uhrzeigersinne geschwenkt wird und das Teil 6 freigibt. Auch hier ist wieder nur das Prinzip der Erfindung verdeutlicht, die viele verschiedene Ausführungen in der Pra­ xis zuläßt.

In Fig. 4 ist ein allseitig starres Gefrierelement 1 darge­ stellt, in dessen Inneren sich wiederum Wasser befindet. Der Innenraum ist durch eine Membran 9 getrennt, auf deren einer Seite sich Wasser befindet und auf deren anderer Seite ein Hydraulikanschluß 12 herausgeführt ist. Gefriert das Eis, so wölbt sich die Membran 9 aus und verdrängt die hydraulische Flüssigkeit in Richtung des Hydraulikanschlusses 12. Eine nicht näher dargestellte Auswerteanordnung gibt z. B. ein Stellsignal ab. An einer Seite des Gefrierelements 1 ist zu­ sätzlich ein Peltierelement 13 befestigt, mit dessen Hilfe ein elektrischer Stellbefehl die Verbindungsstelle erreicht. Durch eine Kombination elektrischer und/oder hydraulischer Verbindungen lassen sich alle nur denkbaren Konstellationen erreichen, weshalb sich eine solche Anordnung auch als Stellantrieb eignet.

Nach Fig. 5 bilden die Einzelteile 14, 15 selbst die Umhül­ lung des Gefrierelements 1. Im Beispiel sind die beiden Teile 6 und 7 stoffschlüssig miteinander verbunden. Gefriert das Wasser im Inneren des Gefrierelements 1, wird der Stoffschluß aufgehoben und damit die Verbindung gelöst. In Verbindung mit einer teilweise zerstörenden Demontage und offenen Volumina der Gefrierelemente 1 ist eine Anwendung dieser Variante für das Lösen sonst als unlösbar geltender Verbindungen, die je­ doch mit solchen Fügetechniken hergestellt werden, die über gute Montageautomatisierungseigenschaften verfügen, möglich.

Das Gefrierelement 1 kann natürlich alternativ oder zusätz­ lich mit einem separaten Kühlelement nach Fig. 4 ausgerüstet sein, womit wiederum einzelne, beliebig herausgegriffene Ver­ bindungsstellen - oder auch alle - ohne Werkzeug gelöst oder gefügt werden können. Möglich ist auch, daß ein Gefrierele­ ment 1 mehr als zwei Teile beaufschlagt, beispielsweise drei oder vier Teile voneinander löst.

Für die Schlußelemente zwischen den Einzelteilen sind sowohl kraft-, form- als auch stoffschlüssige Verbindungselemente einsetzbar. Durch das außerordentlich große Arbeitsvermögen pro Volumen von Wasser beim Gefrieren, das sich vor allem in den großen erzeugbaren Drücken äußert, sind aber kraftschlüs­ sige Verbindungselemente zu favorisieren.

Die Verbindungselemente, die nach dem erfindungsgemäßen Prin­ zip konstruiert werden, können als separate und integrierte Elemente ausgebildet sein. Insgesamt erschließt sich durch die zahlreichen aufgeführten Beispiele ein breites Anwen­ dungsfeld. Für simultan lösbare Verbindungselemente in Er­ zeugnissen, die für das Altstoffrecycling demontiert werden müssen, ist die Erfindung insofern von großem Vorteil, als bei Verwendung externer Kältemaschinen nichtrecyclingfähige Stoffmischungen leicht vermieden werden können.

Claims (19)

1. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen zwischen Bauteilen eines Erzeugnisses infolge Ände­ rung einer ungerichteten physikalischen Größe, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Verbindungen über aktive, bistabi­ le Dehnelemente (1) lösen bzw. schließen.

2. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausnutzung der Volumenänderung einer im Inneren der Dehnelemente (1) befind­ lichen Substanz (2) beim Übergang in einen anderen Aggregat­ zustand.

3. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnelemente als Gefrierelemente (1) ausgebildet sind, die aufgrund einer Volumenänderung der Gefriersubstanz (2) im Innern der Gefrierelemente (1) beim Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand oder umgekehrt Verbindungen lösen oder schließen.

4. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gefriersubstanz (2) Wasser verwendet wird.

5. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gefriersubstanz (2) Wasser mit einem den Gefrierpunkt künstlich herabsetzenden Zusatz verwendet wird.

6. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz für die Gefriersubstanz (2) ein Salz verwendet wird.

7. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung des Gefrierpunktes Druck auf das Wasser im Dehnelement (1) ausgeübt wird.

8. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnelement (1) wiederverwendbar ist.

9. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive, bistabile Dehnelement (1) allseitig geschlossen ist, vollständig oder nahezu vollständig mit Substanz (2) ge­ füllt ist und mindestens eine formveränderbare Außenwand (4) besitzt.

10. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive, bistabile Dehnelement (1) kleine Öffnungen (5) besitzt, im Aktionszustand vollständig oder nahezu vollstän­ dig mit Substanz (2) gefüllt ist und mindestens eine formver­ änderbare Außenwand (4) besitzt.

11. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive, bistabile Dehnelement (1) über eine formveränder­ bare Außenwand (4) direkt auf die Verbindungsstelle wirkt.

12. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive, bistabile Dehnelement (1) über eine formveränder­ bare Außenwand (4) indirekt auf die Verbindungsstelle wirkt.

13. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Kraftübertragungsmittel beaufschlagt werden.

14. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ak­ tive Dehnelement (1) starre Außenwände besitzt und über inne­ re Hubelemente (Membran 9/ Kolben) auf die Verbindungsstelle wirkt.

15. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Au­ ßenwände des aktiven Dehnelements (1) direkt und anteilig von den verbundenen Bauteilen (14, 15) gebildet sind.

16. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefriertemperatur für die Gefriersubstanz (2) durch ein externes Temperaturfeld eingestellt wird.

17. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefriertemperatur für die Gefriersubstanz (2) durch in­ terne Kühlelemente (13) eingestellt wird.

18. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1 bis 6 und 17, dadurch gekennzeich­ net, daß als interne Kühlelemente (13) Peltierelemente Ver­ wendung finden.

19. Sequentiell und/oder simultan aktivierbare Verbindungs­ stellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungsstellen kraftschlüssig arbeiten.