DE60314461T2 - Klebebefestigungskonstruktion mit wärmequelle - Google Patents

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/04Devices for fastening nuts to surfaces, e.g. sheets, plates
    • F16B37/048Non-releasable devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Klebebefestigungen oder -vorrichtungen sowie verwandte Methoden zum sicheren Anbringen einer Klebebefestigung wie bspw. eines Gewindezapfen od. dergl. an einer tragende Fläche bzw. einem Substrat. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen an solchen Klebebefestigungen oder -vorrichtungen der allgemeinen Art, die in den US-Patenten 4 302 492, 4 338151; 4 390 546; 4 668 546; 4 778 702 und 4 822 656 und in der US-Patentanmeldung Ser. No.10/219 707 (eingereicht am 14. August 2002) beschrieben ist, insbesondere hinsichtlich des Bereitstellens einer Wärmequelle zum Aktivieren und/oder schnellen Härten eines gewählten Klebemittels.
  • Vielfach ist es nötig oder erwünscht, ein Element wie einen Flicken, eine Gewindeschraube oder ein anderes Element auf einem tragenden Substrat festzulegen. Bspw. kann es erforderlich sein, einen dünnen Blechflicken auf einen Flugzeug- oder Bootsrumpf aufzubringen, um dort ein Loch zu verschließen. Alternativ kann es erwünscht sein, einen Gewindezapfen oder dergl. auf ein Substrat – bspw. die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges – aufzubringen, ohne dort ein Loch einbringen zu müssen. In vielen solchen Fällen muss das anzusetzende Element auf dem Substrat mit verhältnismäßig hoher Präzision angeordnet und zwangsweise einer Kraft ausgesetzt werden, die das Element mindestens für eine gewisse Dauer auf das Substrat drückt, damit ein Klebstoff wie bspw. ein härtbares Epoxy-Harz oder dergl. aushärten kann und man eine im wesentlichen optimierte und sichere Bindung am Substrat erhält.
  • Man hat zahlreiche verschiedene Festspann- und Sicherungsvorrichtungen vorgeschlagen, die sich zum zeitweiligen Haltern eines Ansetzelements auf der Oberfläche eines Substrats bis zum Aushärten eines Klebstoffs einsetzen lassen. Die meisten dieser Vorrichtungen erforderten die eine oder andere mechanische Verbindung zum Substrat mittels Schrauben oder anderen mechanischen Befestigern, Spannbacken usw. Diese Vorrichtungen sind jedoch nicht geeignet für den Einsatz mit größeren Flächenbereichen oder mit zerbrechlichen oder dünnwandigen Substraten, in denen Flächenunterbrechungen zur Aufnahme von mechanischen Befestigern nicht möglich oder sinnvoll sind. Andere Sicherungseinrichtungen sind vorgeschlagen worden, bei denen Saugnäpfe ein Ansetzelement auf einem Substrat in der Solllage halten; Saugnapfeinrichtungen sind jedoch auf den Einsatz auf verhältnismäßig sauberen und glattflächigen Substraten eingeschränkt und arbeiten weiterhin, indem sie das Ansetzelement in der Solllage halten, ohne eine Kraft auszuüben, die das Ansetzelement auf dem Substrat hält. Folglich kann sich bei Saugnapfeinrichtungen der Klebstoff auf dem Substrat ungleichmäßig verteilen und/oder mit weniger als der optimalen Haftfestigkeit aushärten.
  • Verbesserte Klebebefestiger sind in den US-Patenten 4 302 492, 4 338151; 4 390 546; 4 668 546; 4 778 702 und 4 822 656 beschrieben. Insbesondere offenbaren diese Druckschriften Ansetzeinrichtungen mit einer tragenden Einrichtung zum zeitweiligen Festlegen auf dem Substrat mittels eines druckempfindlichen Klebstoffs od. dergl. in Kombination mit einer Vorspann- bzw. Federeinrichtung, die eine Kraft aufbringt, die das Ansetzelement für die Aushärtdauer eines gewählten Klebstoffs auf das Substrat drückt. Die tragende Vorrichtung oder ein Teil derselben ist dabei zwischen einer ersten Position, in dem das Klebeelement im wesentlichen nicht am Substrat anliegt, in eine zweite Position bewegbar, in der das Ansetzelement fest auf das Substrat gedrückt wird. In den meisten beschriebenen Ausführungsformen ist das bewegliche Element eine Art Sprung feder. Nach dem Aushärten des Klebstoffs wird die tragende Vorrichtung vom Substrat abgenommen, um das Ansetzelement – bspw. den Gewindebolzen od. dergl. – fest mit dem Substrat verklebt zurück zu lassen. Dabei reicht die Haftfestigkeit des druckempfindlichen Klebstoffs aus, um das Ansetzelement beim Härten des Klebstoffs in der Solllage zu halten, verhindert aber nicht ein nachträgliches Abreißen der tragenden Vorrichtung vom Substrat.
  • Die US-Patentanmeldung Ser. No. 10/219 708 (eingereicht am 14. August 2002 auf Grund der provisorischen US-Anmeldung No. 60/312 691 vom 14. August 2001) offenbart zusätzliche Klebebefestigerkonstruktionen, bei denen das Entfernen einer tragenden Vorrichtungskomponente nach dem Aushärten des Klebstoffs nicht erforderlich ist. Einige der in dieser provisorischen Anmeldung gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind besonders gut geeignet zum Aufkleben eines Ansetzelements auf ein Betonsubstrat, das in einigen Fällen eine verhältnismäßig raue und poröse Oberfläche aufweist und von Staub und Schmutz behaftet sein kann. Bei einer Substratoberfläche mit diesen Eigenschaften können spezielle wärmehärtbare Klebstoffe wünschenswert sein, um eine hochfeste Bindung zu erreichen. Auch kann das Aufsetzen solcher Klebebefestiger auf ein Substrat bei kaltem Wetter zu einer Verlängerung der Härtedauer und/oder einer weniger als optimalen Haftfestigkeit führen, so dass dann ein verhältnismäßig schnelles Wärmehärten des Klebstoffs ebenfalls erwünscht ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Klebebefestigungskonstruktion bereit, die eine Wärmequelle enthält, um Wärmeenergie auf kontrollierte Weise auf einen Klebstoff aufzubringen. Die vorliegende Erfindung lässt sich so mit wärmeaktivierten und/oder wärmehärtenden Klebstoffen einsetzen, um eine verhältnismäßig schnelle und hochfeste Klebeverbindung zu einem Betonod. dergl. Substrat sowie eine schnelles und hochfesten Aushärten eines Klebstoffs auch bei kalter Witterung zu erreichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäöß wird eine verbesserte Klebebefestigungsanordnung zum sicheren Anbringen von Ansetzelementen wie Gewindezapfen od. dergl. an eine Substratoberfläche bereit gestellt. Der Klebebefestiger weist ein erstes Ansetzelement auf, das eine Grundfläche zur Aufnahme eines gewählten Klebstoffs hat und eine zweite Ansetzkomponente bewegbar trägt, und zwar einschließlich Mitteln, die zeitweilig am Substrat ansetz- bzw. befestigbar sind. Beim Aufdrücken der ersten Ansetzkomponente mit dem Klebstoffauftrag auf die Substratoberfläche ist die zweite Ansetzkomponente in eine zeitweilige Verbindung mit dem Substrat bringbar. Ein zwischen der ersten und der zweiten Ansetzkomponente wirkendes Federelement bringt eine Kraft auf, die die erste Ansetzkomponente für die Aushärtedauer des Klebstoffs auf das Substrat drückt. Die Befestigungsanordnung enthält eine Wärmequelle, mit der Wärmeenergie auf den Klebstoff aufbringbar ist, um ihn zu aktivieren und/oder schnell zu härten und so eine Verbindung im wesentlichen optimierter Haftfestigkeit zwischen der ersten Ansetzkomponente und dem Substrat herzustellen.
  • In einer bevorzugten Form weist die erste Ansetzkomponente ein Grundelement in Form einer mittig vertieften Scheibe auf, die auf auf der Blindseite eine flache Mulde enthält, die von der Grundfläche allgemein ringförmiger Gestalt umschlossen ist. Die zweite Ansetzkomponente weist einen Gewindebolzen bzw. -zapfen od. dergl. auf, dessen vergrößerter Kopf in der Mulde sitzt und dessen Gewindeschaft durch eine mittige Öffnung in der Scheibe zur Vorderseite des Grundelements hin vorsteht. Ein Absatz auf dem Bolzen, der nicht kreisförmig oder quadratisch ist, kann in die Scheibenöffnung eingesetzt sein, die komplementär zum Absatz ausgebildet ist, um eine Drehung der Ansetzkomponente relativ zum Grundelement zu verhindern. Die temporäre Ansetzeinrichtung kann ein Nagel mit scharfer Spitze od. dergl. wie bspw. ein Betonnagel zur zeitweiligen Verbindung mit einem Betonsubstrat od. dergl. sein, das Federelement eine Blattfeder od. dergl., die zwischen dem Gewindebolzen und dem Grundelement wirkt.
  • Alternativ kann die zeitweilige Befestigungseinrichtung ein Element mit einem druckempfindlichen bzw. Haftklebstoff wie einem druckempfindlichen Elastomer der von der Fa. 3M Company, Minneapolis, Minnesota [US], unter der Produktbezeichnung VHB Type 4910 vertriebenen Art sein, dessen elastomere Masseneigenschaften eine 100%ige Dehnung ohne Reißen zulassen, und das beiderseits eines etwa 0.040 Zoll dicken Bandes eine Beschichtung aus hochfestem druckempfindlichem Acrylklebstoff aufweist. Dieses Klebeelement stellt zusätzlich das Federelement bereit, das zwischen dem Gewindezapfen und dem Grundelement wirkt. In einer weiteren alternativen Form kann die zeitweilige Ansetzeinrichtung ein aufreißbare Raupe oder Ampulle aufweisen, die einen gewählten Klebstoff wie einen Cyanacrylat-Klebstoff enthält.
  • Der gewählte Klebstoff ist auf die ringförmige Grundfläche auf der Blind- bzw. Unterseite des Grundelements aufgetragen, und zwar in fließfähiger Form oder alternativ als an die Grundfläche geklebte und durch Wärme aktivierbare Scheibe. Das Element wird dann an einem gewählten Ort auf das Substrat aufgedrückt, gefolgt von einem Auslenken des Gewindezapfen in die zeitweilige Verbindung mit dem Substrat. In dieser Ausgestaltung bringt das Federelement eine Kraft auf, die das Grundelement auf das Substrat drückt.
  • Die von der Ansetzanordnung mitgeführte Wärmequelle weist in einer bevorzugten Form ein elektrisches Widerstandsheizelement auf, das in den Klebstoff eingesetzt ist oder alternativ auf einer Vorderseite des Grundelements aufgebracht ist, um durch dieses wärmeleitfähige Grundelement hindurch Wärme auf den Klebstoff aufzubringen. Wird ein wärmeaktivierter Klebstoff verwendet, kann das Heizelement direkt in die Klebstoffscheibe eingebettet sein. Die Wärmequelle wird an eine geeignete Stromversorgung – bspw. einen Batteriesatz – angeschlossen, um Wärmeenergie an den Klebstoff abgeben zu können. Wünschenswert ist eine Steuerung, mit der sich die Wärmeabgabe zyklisch pulsierend gestalten lässt.
  • In einer alternativen bevorzugten Form kann die Wärmequelle eine pyrogene Quelle in Form eines Oxidationsmittels und eines Polymerisats sein, die in eine tragende Scheibe eingebettet sind. In einer Ausgestaltung kann die tragende Scheibe einen gewählten Klebstoff in wärmeaktivierter Form zum Aufbringen auf die Grundfläche aufweisen. In einer anderen Ausgestaltung kann die tragende Scheibe zum Aufbringen auf eine Vorderseite des Grundelements ausgebildet sein, um Wärme durch ein wärmeleitendes Grundelement hindurch auf den Klebstoff aufzubringen. In beiden Fällen lässt das Oxidationsmittel sich zünden, so dass eine exotherme Reaktion erfolgt, in Folge der Wärmeenergie auf den Klebstoff übergeht.
  • Andere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die an Hand von Beispielen die Prinzipien der Erfindung darstellen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen stellen die Erfindung dar.
  • 1 ist eine Teilperspektive von oben und zeigt die Klebebefestigung in einer bevorzugten Form mit einer Wärmequelle zum beschleunigten Aushärten eines gewählten Klebstoffs;
  • 2 zeigt die Klebebefestigung der 1 als vergrößerte Sprengdarstellung von unten;
  • 3 ist ein Teilschnitt der Kebebefestigung und zeigt das anfängliche Ansetzen derselben an eine Substratoberfläche;
  • 4 ist ein Teilschnitt ähnlich der 3 und zeigt das Auslenken einer Ansetzkomponente in eine zeitweilige Verbindung mit dem Substrat zwecks Aufbringens einer Kraft, die für die Aushärtedauer des Klebstoffs ein Grundelement auf das Substrat drückt;
  • 5 ist ein Teilschnitt ähnlich der 4 und zeigt die Klebebefestigung auf das Substrat geklebt;
  • 6 ist ein Teilschnitt ähnlich der 3 und zeigt das anfängliche Aufsetzen einer alternativen bevorzugten Form der Erfindung auf das Substrat;
  • 7 ist ein Teilschnitt ähnlich der 6 und zeigt das Auslenken einer Ansetzkomponente der Ausführungsform nach 6 in eine zeitweilige Klebeverbindung mit dem Substrat, um eine Kraft aufzubringen, die für die Aushärtedauer des Klebstoffs ein Grundelement auf das Substrat drückt;
  • 8 ist ein Teilschnitt ähnlich der 7 und zeigt die Klebebefestigung der 5-7 auf das Substrat aufgeklebt;
  • 9 zeigt als Sprengperspektive von unten eine weitere alternative bevorzugte Form der Erfindung;
  • 10 zeigt als Teilschnitt das anfängliche Aufsetzen der Ausführungsform nach 9 auf ein Substrat;
  • 11 zeigt als Perspektive von unten eine weitere alternative bevorzugte Form der Erfindung;
  • 12 zeigt an einer vergrößerten Teilperspektive Einzelheiten des Aufbaus einer pyrogenen Klebstoffschicht zum Einsatz in der Ausführungsform nach 11;
  • 13 zeigt an einer vergrößerten Teilperspektive die Einzelheiten eines alternative Aufbaus einer pyrogenen Klebstoffschicht zum Einsatz in der Ausführungsform nach 11;
  • 14 zeigt als Teilschnitt das anfängliche Aufsetzen der Ausführungsform nach 11 auf ein Substrat;
  • 15 zeigt als Perspektive von unten eine noch andere alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung; und
  • 16 zeigt als Teilschnitt das anfängliche Aufsetzen der Ausführungsform nach 15 auf ein Substrat.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist eine verbesserte Klebebefestigung – in den 1-5 mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet – bereit gestellt, um ein Klebe-Ansetzelement sicher und fest auf der Oberfläche eines Substrats 12 (3-5) festzulegen. Die Befestigung 10 weist ein Grundelement 14 auf, das mittels eines gewählten Klebstoffs 16 auf das Substrat 12 aufklebbar ist, wobei der Klebstoff 16 von einer Wärmequelle 18 aktiviert und/oder schnell gehärtet wird, die in der Ausführungsform der 1-5 als elektrisches Widerstandsheizelement gezeigt ist. Dieses Wärmehärten des Klebstoffs 16 in Kombination mit einem Federelement 20, das das Grundelement 14 für die Aushärtedauer des Klebstoffs zwangsweise auf das Substrat drückt, ergibt eine Verbindung mit im wesentlichen optimierter Haftfestigkeit zwischen dem Grundelement 14 und dem Substrat 12.
  • Die Klebebefestigung 10 ist in den 1-5 in einer bevorzugten Form gezeigt, die geeignet ist für das Aufkleben auf ein Substrat 12 wie bspw. Beton, der verhältnismäßig rau und porös sein und eine staub- und schmutzbehaftete Oberfläche aufweisen kann. Die dargestellte Befestigung weist eine erste Ansetzkomponente in Form des Grundelements 14 aus Metall, Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff auf, der auf optimale Haftfestigkeit auf dem Substratwerkstoff gewählt ist. Das Grundelement 14 ist als auf der Rück- bzw. Blindseite mittig zu einer flachen Mulde 22 (2-5) vertieft dargestellt, wobei die blindseitige Mulde 22 von einer verhältnismäßig flachen ringförmigen Grundfläche 24 umgeben ist. Im Grundelement 14 ist allgemein koaxial mit der Mulde 22 eine mittige Öffnung 26 vorzugsweise nicht kreisförmiger und bspw. quadratischer Gestalt ausgebildet, wie am besten die 1 zeigt.
  • Die Befestigung 10 weist weiterhin ein zweite Ansetzkomponente 28 auf, die in 1-5 als Gewindebolzen bzw. -zapfen gezeigt ist. Der Fachmann wird einsehen, dass alternative Ansetzkomponenten wie Flicken, Kabelbinder od. dergl. verwendbar sind. Wie dargestellt, hat der Gewindebolzen 28 einen vergrößerten Kopf 30 einer Größe und Gestalt, dass er am mittig eingesenkten, die Mulde 22 des Grundelements 14 bildenden Teil anliegend von dieser aufnehmbar ist. Ein Absatz 32 am Bolzenkopf 30 ragt in und durch die mittige Öffnung 26 im Grundelement 14; der Absatz 32 ist sinnvollerweise nicht kreisförmig – bspw. quadratisch (1) -, um in die mittige Öffnung 26 zu passen und so ein Drehen des Bolzens 28 relativ zum Grundelement 14 im wesentlichen zu verhindern. Der Absatz 32 geht in einen Gewindeschaft 34 über, der aus der Vorderseite des Grundelements 14 ragt und frei liegt.
  • Der Bolzen 28 trägt eine Ansetzeinrichtung zur zeitweiligen Verbindung mit dem Substrat 12 beim Aufkleben der Befestigung 10 auf das Substrat 12. Insbesondere weist in der Ausführungsform der 1-5 diese Ansetzeinrichtung einen zugespitzten Nagel 36 wie bspw. einen kurzen Betonnnagel auf, der aus der Unter- bzw. Blindseite des Bolzenkopfes 30 abwärts ragt. Zusätzlich ist das Federelement 20 in Form einer Blattfeder vorgesehen, die auf dem Gewindeschaft 34 des Bolzens 28 sitzt und zwischen dem Bolzen und einer Vorderseite des Grundelements 14 wirkt. In einem normalen, nicht gespannten Zustand, wie ihn die 3 zeigt, schiebt die Blattfeder 20 den Bolzenkopf 30 aufwärts gegen die Unterseite des Grundelements 14 in der Mulde 22, so dass die Spitze des Nagels 36 aus der Ebene der Grundfläche 24 mindestens geringfügig in die Mulde 22 hinein gezogen ist.
  • Im Einsatz wird der gewählte Klebstoff 16 auf die Grundfläche 24 des Grundelements 14 aufgetragen und dieses dann an einer gewählten Stelle auf das Substrat 12 aufgedrückt, um die mit dem Klebstoff beschichtete Grundfläche 24 fest auf das Substrat aufzubringen. In einer bevorzugten Form, wie dargestellt, weist der Klebstoff 16 ein wärmeaktiviertes Material wie ein wärmeaktiviertes Epoxyharz auf, das zu einer dünnen Scheibe bzw. einem solchen Ring (vergl. 2) einer Größe und Gestalt geformt ist, mit denen er sich auf die Grundfläche 24 des Grundelements kleben lässt. Nach einem primären Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in diesen Klebstoffring 16 die Wärmequelle 18 in Form eines dünnen elektrischen Widerstandsdrahts direkt eingebettet. Ein Paar leitfähiger Zuleitungen 38 liegt an einer Seitenkante des Klebstoffrings 16 frei zum Anschluss an eine geeignete Stromquelle 40 wie bspw. eine Batterie od. dergl. Eine Steuerung 42 kann ebenfalls vorgesehen sein, um den Betrieb des Heizelements zu steuern, wie unten weiter beschrieben, und so für den Klebstoff eine im wesentlichen optimierte Härtezeit und -festigkeit zu erreichen.
  • 3 zeigt das Aufdrücken des Grundelements 14 mit dem Klebstoffring 16 auf dessen Grundfläche 24 auf das Substrat 12. In dieser anfänglichen Aufdrückposition wird die Spitze des Nagels 36 von der Blattfeder 20 mindestens geringfügig von der Substratoberfläche abgezogen gehalten. Mit einem geeigneten Schlagwerkzeug 44 (4) lässt sich dann auf den Bolzen 28 in Richtung des Pfeils 46 ein scharfer Schlag aufbringen, der den Nagel 36 mit der Spitze in das Substrat 12 treibt. Diese Verschiebung des Bolzens 28 relativ zum Grundelement 14 lenkt die Feder 20 so aus, dass eine Federkraft entsteht, die das Grundelement 14 zwangsweise zum und auf das Substrat drückt.
  • Dann wird die Wärmequelle 18 erregt und bringt Wärmeenergie auf den Klebstoff 16 auf, um ihn zu aktivieren und/oder rasch zu härten. In einem bevorzugten Verfahren reguliert die Steuerung 42 die Abgabe von Wärme an den Klebstoff vorzugsweise durch Anschalten der Wärmequelle in einer Folge verhältnismäßig schneller kurzer Impulse, um den Klebstoff zu aktivieren und zu härten. Die von der Feder 20 zwangsweise aufgebrachte Kraft bleibt während dieses Härtezyklus erhalten, so dass der Klebstoff zwischen der Grundfläche 24 und dem Substrat 12 zu einer dünnen Klebeschicht sehr präziser gleichmäßiger Dicke ausgequetscht wird (5), mit der man eine im wesentlichen optimierte Bindefestigkeit erhält.
  • Erfindungsgemäß nimmt die Wärmequelle 18 einen wärmeaktivierten Klebstoff auf, obgleich dieser sich alternativ auf das Grundelement 14 auch in flüssiger Form aus einem geeigneten Applikator (nicht gezeigt) auftragen lässt. Liegt der Klebstoff 16 als vorgeformter Ring vor, wie in den 1-5 gezeigt, schmilzt und aktiviert ihn die Wärmequelle 18 und bringt dann weiter Wärme auf kontrollierte Weise auf, um eine schnelle hochfeste Härtung zu erreichen. Wird der Klebstoff in flüssiger Form auf das Grundelement aufgetragen, bringt die Wärmequelle 18 Wärme auf kontrollierte Weise auf, um die gewünschte schnelle und hochfeste Härtung zu erreichen. In dieser Hinsicht ist die Aufnahme der Wärmequelle 18 besonders wünschenswert für kalte Witterungsbedingungen, um eine optimierte hochfeste Verbindung des Grundelements 14 mit dem Substrat 12 zu erreichen.
  • Nach dem Aushärten des Klebstoffs 16 lässt sich der Gewindebolzen 28 auf eine übliche Weise verwenden – bspw. durch Aufschrauben einer Mutter (nicht gezeigt) auf den Gewindeschaft 34, um ein gewünschtes Element – bspw. ein Holzrahmenteil (ebenfalls nicht gezeigt) – festzulegen. In dieser Hinsicht wird in der als Beispiel dargestellten Ausführungsform der Erfindung nach dem Aushärten des Klebstoffs 16 das Grundelement 14 nicht vom Substrat 12 entfernt, sondern bleibt dort sicher befestigt, um den Bolzen 28 in der Solllage zu halten. Danach auf den Bolzen 28 aufgebrachte Kräfte oder alternative Befestigungskomponenten können im normalen Einsatz ausreichen, um den Bolzenkopf 30 aus der zeitweiligen Verbindung mit dem Substrat zu lösen; diese Kräfte reichen aber im normalen Einsatz nicht, um das Grundelement 14 vom Substrat 12 zu trennen. Die Wärmequelle 18 verbleibt am Einsatzort und in den gehärteten Klebstoff 16 eingebettet; zur Trennung von der Stromquelle 40 werden die Zuleitungen 38 abgeschnitten.
  • Die 6-8 zeigen eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der eine alternative zeitweilige Ansetzeinrichtung vorgesehen ist, um den Gewindebolzen 28 od. dergl. für die Dauer der Aushärtezeit des Klebstoffs mit dem Substrat 12 zu verbinden. Zur leichteren und klareren Beschreibung sind in den 6-8 gezeigte Bauelemente, die identisch mit den in den 1-5 gezeigten und an Hand derselben beschriebenen sind, mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
  • Insbesondere zeigt die 6 die alternative zeitweilige Ansetzeinrichtung in Form einer aufreißbaren Ampulle 50, die einen gewähltenKlebstoff wie bspw. einen Cyanacrylat-Kleber enthält. Diese Ampulle 50 wird vom Kopf 30 des Gewindebolzens 28 auf dessen Blindseite getragen, wobei der mittig vertiefte Teil des Grundelements 14 die blindseitige Mulde 22 bildet. Die Blattfeder 20 trägt normalerweise den Gewindebolzen 28 in einer Position, in der die Ampulle 50 bei anfänglichem Aufdrücken des Grundelements 14 auf das Substrat 12 mindestens geringfügig von diesem beabstandet gehalten wird. Die 7 zeigt die Verwendung des Schlagwerkzeugs 44, um eine Schlagkraft in Richtung des Pfeils 46 auf den Gewindebolzen 28 aufzubringen und so den Bolzenkopf 30 mit einer Kraft auf das Substrat 12 zu treiben, in Folge der die Ampulle 50 aufbricht und ihr Klebstoffinhalt freigesetzt wird, um den Bolzenkopf 30 zeitweilig mit dem Substrat 12 zu verbinden. In dieser Position wird die Feder 20 teilweise flachgedrückt, wie oben beschrieben, um die gewünschte Federkraft aufzubringen, die für die Aushärtezeit des Klebstoffs 16 das Grundelement zwangsweise auf das Substrat drückt. Wie oben beschrieben, wird der Klebstoff 16 von der in ihn eingebetteten Wärmequelle aktiviert und/oder schnell gehärtet, um die gewünschte hochfeste Verbindung des Grundelements 14 mit dem Substrat 12 zu erreichen (8).
  • Zusätzliche Ausgestaltungen alternativer Klebebefestigungen lassen sich für die Kurzzeitverbindung des Gewindebolzens 28 oder anderer Ansetzteile zum Substrat 12 während des Aushärtens des Klebstoffs 16 bereit stellen. Für den Fachmann ist einzusehen, dass die Wärmequelle 14 sich in den Befestigungen, die in den US-PSn 4 302 492, 4 338151; 4 390 546, 4 668 546, 4 778 702 und 4 822 656 gezeigt und beschrieben sind, sowie mit den Befestigungen und Klebstoffen verwenden lassen, die in der US-Patentanmeldung Ser. No. 10/219 707 (Anmeldetag 14. August 2002) gezeigt und beschrieben sind; alle diese Druckschriften gelten durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung.
  • Die 9-10 zeigen eine andere alternative bevorzugte Form der Erfindung; dabei sind Bauelemente, die den oben an Hand der 1-5 gezeigten und be schriebenen entsprechen, wiederum mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. In dieser Ausführungsform ist die Wärmequelle 18 nicht direkt in den Klebstoff 16 auf der Grundfläche 24 des Grundelements 14 eingebettet, sondern auf einer Vorderseite des Grundelements 14 auf dieses aufgesetzt, um Wärme durch das Grundelement hindurch auf den Klebstoff 16 aufzubringen. In dieser Version ist das Grundelement 14 aus einem thermisch leitfähigen Werkstoff – bspw. einem gewählten Metall – hergestellt.
  • Insbesondere entsprechen der Aufbau und die Arbeitsweise der in den 9-10 gezeigten Befestigung insgesamt den zur 1-5 beschriebenen, wobei jedoch die Wärmequelle 14 in Form des Widerstandsheizelements in einen dünnen Heizring 52 eingebettet ist, der bspw. mit einem geeigneten Klebstoff – auf die Vorderseite des Grundelements 14 in einer Lage aufgeklebt ist, in der er über dessen äußerem Ringteil liegt, der die blindseitige Grundfläche 24 bildet. Ein Ring 16 eines gewählten wärmeaktivierten Klebstoffs in schmelzbarer oder flüssiger Form ist für das Aufbringen auf die blindseitige Grundfläche 24 vorgesehen. Die Befestigung ist zum anfänglichen Aufdrücken auf das Substrat 12 entsprechend der vorangehenden Beschreibung konstruiert und weist eine zeitweilige Ansetzeinrichtung wie den beschriebenen Betonnagel 36 od. dergl. auf, um den Bolzenkopf 30 vorübergehend mit dem Substrat zu verbinden. Dabei wird die Feder 20 teilweise flachgedrückt, um für die Dauer des Aushärtens des Klebstoffs das Grundelement 14 zwangsweise auf das Substrat 12 zu drücken, wie oben beschrieben. Was wichtig ist, ist dass während des Härtens die Wärmequelle 14 geeignet erregt wird, um Wärmeenergie durch das Grundelement 14 hindurch auf den Klebstoff 16 zu übertragen, um diesen zu aktivieren und/oder schnell zu härten.
  • 11-14 zeigen eine weitere alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Wärmequelle in einer alternativen Form nicht als elektrisches Widerstandsheizelement, sondern als pyrotechnische bzw. pyrogene Wärmequelle vorliegt. Auch hier sind zur leichteren und klareren Beschreibung den bereits gezeigten und beschriebenen Bauelementen entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
  • Die 11 zeigt eine modifizierte Klebebefestigung wiederum mit dem gleichen allgemeinen Aufbau und Arbeitsverhalten wie die oben zur 1-5 beschriebene Ausführungsform, außer dass eine modifizierte Wärmequelle eine pyrogene Wärmequelle in Form des Rings 16 aus dem gewählten Klebstoff in Kombination mit einem homogen eingebetteten Oxidationsmittel und dem zugehörigen Polymerisat aufweist. Die 12 zeigt eine Luntenschnur 54 in dem Klebstoffring 16 in Form eines Maschengewebes eingebettet, während die 13 die Luntenschnur 54 in einem alternativen Spiralringmuster zeigt. In beiden Fällen wird nach dem Aufdrücken der Befestigung auf das Substrat 12 auf die beschriebene Weise (vergl. 14), gefolgt von einer zeitweiligen Verbindung des Bolzens 28 oder einer anderen Ansetzkomponente mit dem Substrat, mittels eines Zündholzes 58 od. dergl. eine seitlich vorstehende Lasche 56 am Klebstoffring 16 und damit die Luntenschnur 54 angezündet. Beim Abbrennen der Luntenschnur 54 zersetzen sich deas eingebettete Oxidationsmittel und das Polymerisat in einer exothermen Reaktion, bei der Wärme erzeugt wird, die auf die oben beschriebene Weise den Klebstoff aktiviert und/oder rasch härtet.
  • 15-16 zeigen eine noch andere alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, in der eine pyrotechnische oder pyrogene Wärmequelle nicht in den Klebstoffring 16 eingebettet, sondern auf einer Vorderseite des Grundelements aufgebracht ist und durch dieses hindurch Wärmeenergie auf den Klebstoff aufbringt. Auch hier sind zur leichteren Beschreibung den bereits zu vorigen Ausführungsformen beschriebenen und gezeigten Bauelementen entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. In dieser Ausführungsform liegt die pyrogene Wärmequelle als Heizring 52 vor, der auf eine Vorderseite des Grundelements 14 aufgebracht ist und durch es hindurch Wärmeenergie auf den Klebstoff 16 aufbringt. In dieser Version ist das Grund element 14 aus einem thermisch leitfähigen Werkstoff – bspw. einem gewählten Metall – ausgebildet.
  • Diese modifizierte Befestigung (15-16) ist dazu konstruiert, anfänglich auf die bereits beschriebene Weise auf das Substrat 12 aufgedrückt zu werden, und weist eine zeitweilige Ansetzeinrichtung wie bspw. den dargestellten Betonnagel 36 od. dergl. auf, um eine zeitweilige Verbindung des Bolzenkopfes 30 zum Substrat herzustellen. Dabei wird die Feder 20 teilweise flachgedrückt, um das Grundelement 14 für die Aushärtedauer des Klebstoffs zwangsweise auf das Substrat 12 zu drücken, wie ebenfalls bereits beschrieben. Wichtig ist, dass während dieses Aushärteintervalls die Wärmequelle 54 mittels eines Zündholzes 58 od. dergl. an einer Lasche 56 des Heizrings angezündet wird, um das Oxidationsmittel und das Polymerisat im Heizring 54 zu zünden und so die gewünschte exotherme Reaktion auszulösen, mit der Wärmeenergie durch das Grundelement 14 hindurch auf den Klebstoff 16 übertragen wird, um ihn zu aktivieren und/oder rasch zu härten.
  • Verschiedene weitere Modifikationen und Verbesserungen in und an der erfindungsgemäßen verbesserten Klebebefestigung liegen für den Fachmann auf der Hand. Bspw. ist oben die Erfindung an mehreren speziellen Arten von Ansetzelementen gezeigt und beschrieben; es sollte jedoch klar sein, dass eine breite Vielfalt anderer Ansetzelemente und -einrichtungen anwendbar ist.
  • LEGENDE ZUR FIGURENBESCHRIFTUNG
  • 2
    • controller
      Steuerung

Claims (21)

  1. Klebebefestigung mit: einer ersten Ansetzkomponente, die eine Grundfläche definiert; einem wärmeaktivierten Element mit einem härtbaren Klebstoff, das auf die Grundfläche aufgetragen ist, wobei der Klebstoff dazu dient, die erste Ansetzkomponente klebend an ein Substrat anzusetzen; einer zweiten Ansetzkomponente, die von der ersten Ansetzkomponente getragen wird und bei auf dem Substrat aufsitzender erster Ansetzkomponente zwischen einer ersten und eine zweiten Position bewegbar ist, in denen sie vom Substrat abgehoben bzw. zu ihm zugestellt liegt; einem Ansetzelement, mit dem die zweite Ansetzkomponente mindestens zeitweilig am Substrat festlegbar ist, wenn das auf der Grundfläche der ersten Ansetzkomponente wärmeaktivierte Element bei in der zweiten Position befindlicher zweite Ansetzkomponente auf das Substrat aufgesetzt wird; einem Federelement, das zwischen der ersten und der zweiten Ansetzkomponente wirkt, um die Grundfläche der ersten Ansetzkomponente zwangsweise auf das Substrat zu drücken, wenn die zweite Ansetzkomponente sich in der zweiten Position befindet; und einer Wärmequelle, mit der das wärmeaktivierte Element mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist, um den Klebstoff schnell zu härten.
  2. Klebebefestigung nach Anspruch 1, deren Wärmequelle ein elektrisches Widerstandsheizelement aufweist.
  3. Klebebefestigung nach Anspruch 2, deren Wärmequelle in das wärmeaktivierte Element eingebettet ist.
  4. Klebebefestigung nach Anspruch 2, deren Wärmequelle auf die erste Ansetzkomponente aufgebracht ist.
  5. Klebebefestigung nach Anspruch 4, bei der die erste Ansetzkomponente aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff besteht und die Wärmequelle auf einer der Grundfläche entgegengesetzten Seite der ersten Ansetzkomponente auf letzterer angeordnet ist.
  6. Klebebefestigung nach Anspruch 2 weiterhin mit einer Steuerungseinrichtung zur gepulsten Zufuhr elektrischer Energie zur Wärmequelle.
  7. Klebebefestigung nach Anspruch 1, bei der die Wärmequelle eine pyrogene Wärmequelle aufweist.
  8. Klebebefestigung nach Anspruch 7, bei der die Wärmequelle ein Oxidationsmittel und ein Polymerisat aufweist.
  9. Klebebefestigung nach Anspruch 8, bei der die Wärmequelle in das wärmeaktivierte Element eingebettet ist.
  10. Klebebefestigung nach Anspruch 8, bei der die erste Ansetzkomponente aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff besteht und weiterhin die Wärmequelle auf einer der Grundfläche entgegengesetzten Seite der ersten Ansetzkomponente auf letzterer angeordnet ist.
  11. Klebebefestigung nach Anspruch 1, bei der das Ansetzelement einen zugespitzten Nagel aufweist.
  12. Klebebefestigung nach Anspruch 11, bei der der Nagel einen Betonnagel umfasst.
  13. Klebebefestigung nach Anspruch 1, bei der das Ansetzelement einen Klebstoff aufweist.
  14. Klebebefestigung nach Anspruch 1, bei der die erste Ansetzkomponente ein Grundelement mit einer Grundfläche allgemein ringförmiger Gestalt aufweist, die eine mittige Vertiefung umgibt, und bei der die zweite Ansetzkomponente einen vergrößerte Kopf aufweist, der zwischen der ersten und der zweiten Position bewegbar in der Vertiefung angeordnet ist.
  15. Klebebefestigung nach Anspruch 14, bei der das Ansetzelement von dem vergrößerter Kopf der zweiten Ansetzkomponente getragen wird.
  16. Klebebefestigung nach Anspruch 14, bei der die zweite Ansetzkomponente ein Befestiger mit einem langgestreckten Schaft ist, der vom vergrößerten Kopf durch eine im Grundelement gebildete mittige Öffnung ragt.
  17. Klebebefestigung nach Anspruch 16, bei der die mittige Öffnung nicht kreisförmig ist und weiterhin der Schaft einen Absatz komplementärer, nicht kreisförmiger Gestalt hat, der durch die mittige Öffnung ragt, um eine Drehung des zweiten Ansetzkomponente relativ zum Grundelement zu verhindern.
  18. Klebebefestigung mit: einer ersten Ansetzkomponente, die eine Grundfläche definiert zur Aufnahme eines härtbaren Klebstoffs zum Aufkleben der ersten Ansetzkomponente auf ein Substrat; einer zweiten Ansetzkomponente, die von der ersten Ansetzkomponente getragen wird und zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, in denen sie von Substrat abgehoben bzw. zu ihm zugestellt liegt, wenn die erste Ansetzkomponente auf dem Substrat aufsitzt; einem Ansetzelement, mit dem die zweite Ansetzkomponente mindestens zeitweilig am Substrat festlegbar ist, wenn bei in der zweiten Position be findlicher zweiter Ansetzkomponente die Grundfläche der ersten Ansetzkomponente auf das Substrat aufgesetzt wird; einem Federelement, das zwischen der ersten und der zweiten Ansetzkomponente wirkt, um die Grundfläche der ersten Ansetzkomponente zwangsweise auf das Substrat zu drücken, wenn die zweite Ansetzkomponente sich in der zweiten Position befindet; und einer pyrogenen Wärmequelle, mit der zum schnellen Härten des Klebstoffs das wärmeaktivierte Element mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist.
  19. Klebebefestigung nach Anspruch 18 weiterhin mit einer anzündbaren Luntenschnur, die mit der pyrogenen Wärmequelle gekoppelt ist.
  20. Klebebefestigung nach Anspruch 19, bei der das wärmeaktivierte Element eine seitlich nach außen vorstehende Lasche aufweist, die die Luntenschnur aufweist.
  21. Klebebefestigung mit: einer ersten Ansetzkomponente, die eine Grundfläche definiert zur Aufnahme eines härtbaren Klebstoffs zum Aufkleben der ersten Ansetzkomponente auf ein Substrat; einer zweiten Ansetzkomponente, die von der ersten Ansetzkomponente getragen wird und zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, in denen sie von Substrat abgehoben bzw. zu ihm zugestellt liegt, wenn die erste Ansetzkomponente auf dem Substrat aufsitzt; einem Ansetzelement, mit dem die zweite Ansetzkomponente mindestens zeitweilig am Substrat festlegbar ist, wenn bei in der zweiten Position befindlicher zweiter Ansetzkomponente die Grundfläche der ersten Ansetzkomponente auf das Substrat aufgesetzt wird, wobei das Ansetzelement einen zugespitzten Nagel aufweist; einem Federelement, das zwischen der ersten und der zweiten Ansetzkomponente wirkt, um die Grundfläche der ersten Ansetzkomponente zwangs weise auf das Substrat zu drücken, wenn die zweite Ansetzkomponente sich in der zweiten Position befindet; und einer Wärmequelle, mit der zum schnellen Härten des Klebstoffs das wärmeaktivierte Element mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist.
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