DE69323181T2

DE69323181T2 - Apparat und Verfahren zur Herstellung von festen Verbindungen mittels Induktion

Info

Publication number: DE69323181T2
Application number: DE69323181T
Authority: DE
Inventors: Thomas J. Shank
Original assignee: Robotron Corp
Current assignee: Robotron Corp
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2013-08-28
Also published as: DE69323181D1; ATE176117T1; US5365041A; JP2644431B2; US5442159A; EP0625868A3; ES2130230T3; JPH06310266A; EP0625868B1; EP0625868A2; KR0163359B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum Verbinden von zwei strukturellen Blättern durch Erwärmen eines Verbindungsmaterials, das zwischen den aneinander liegenden Kanten von zwei Metallblättern angeordnet ist, und insbesondere auf eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Verbindungsmaterials, um die beiden Blätter miteinander zu verbinden.
Die Verwendung eines Wärme-härtbaren, haftenden Verbindungsmaterials, um zwei aneinander liegende strukturelle Elemente oder Metallblätter zu verbinden, ist in der Automobilindustrie weit verbreitet. Eine derartige Verbindungstechnik wird verwendet für Türen, Kofferraumdeckel, Motorhauben und ähnliche Anordnungen, bei welchen zwei Metallblätter oder -tafeln in einer Kanten-überlappenden Weise angeordnet sind, wobei ein geeignetes Verbindungsmaterial zwischen die beiden Blätter gebracht wird, bevor die Kante eines Blattes über die angrenzende Kante des anderen Blattes gelegt wird. Dann wird dem Verbindungsmaterial Wärme zugeführt um das Material zu härten und eine hochfeste Verbindung zwischen den beiden strukturellen Elementen oder Blättern herzustellen.
Es ist bekannt, daß die Montage von Motorfahrzeugen hohe Produktionsraten erzielt. Es wurden elektrische Induktionsspulen verwendet, um die erforderliche Wärme für eine schnelle Härtung des Verbindungsmaterials zu liefern. Solche Induktionsspulen führen einen elektrischen Hochfrequenzstrom, welcher ein magnetisches Feld erzeugt und die Erwärmung der Metallblätter bewirkt, welche Wärme zu dem zwischen den beiden Blättern angeordneten Verbindungsmaterial geleitet wird und dieses härtet. Da die übereinander liegenden Kantenbereiche von Türen, Kofferraumdeckeln, Motorhauben und dergleichen sehr groß sein können, ist es üblich, solche Induktionsspulen nur an ausgewählten Stellen entlang der Länge jeder Kante so zu verwenden, daß eine Punkthärtung des Verbindungsmaterials nur an den Stellen der Induktionsspulen erfolgt. Der Rest des Verbindungsmaterials wird später während des Montagevorgangs gehärtet, beispielsweise wenn das Motorfahrzeug durch einen Lackierofen hindurchgeht. Es ist auch bekannt, Induktionsspulen entlang der gesamten Umfangskante oder -kanten einer Anordnung zu verwenden, um das gesamte Verbindungsmaterial gleichzeitig zu härten.
Die DE-C-40 21 025 offenbart eine Vorrichtung für die Oberflächenbehandlung von Werkstücken, welche in der Länge oder im Durchmesser unterschiedlich sind. Die Vorrichtung umfaßt wenigstens zwei Induktoren für die induktive Erwärmung der Werkstück-Oberfläche. Die Induktoren haben senkrechte Endbereiche, welche in einer bogenförmigen oder polygonalen Weise über das Werkstück geführt werden.
Eine typische Induktionsspule nach dem Stand der Technik für die Herstellung von Verbindungen ist in Fig. 1 gezeigt. Bei dieser typischen Anordnung befindet sich eine Induktionsspule 10 unterhalb einer Unterlage 12 aus isolierendem Material. Die Unterlage 12 empfängt und stützt eine übereinander liegende Kante 13 eines äußeren Blattes oder Tafel 14 und eines inneren Blattes oder Tafel 16. Ein Streifen aus haftendem Verbindungsmaterial 18 wird vor dem Übereinanderlegen zwischen dem äußeren und dem inneren Blatt 14, 16 angeordnet. Der Durchgang eines elektrischen Hochfrequenzstroms durch die Induktionsspule 10 erzeugt ein magnetisches Feld, welches Wärme in den Metallblättern 14 und 16 induziert, welche Wärme zu dem Verbindungsmaterial 18 in dem Bereich der Induktionsspule 10 geleitet wird und dieses härtet.
Fig. 2 zeigt eine andere typische Induktionsspule, welche im Einzelnen im US-Patent Nr. 4 950 348 beschrieben ist. Die Induktionsspule 20 enthält eine im Allgemeinen rechteckig geformte Spulenanordnung mit einem Paar von sich nach außen erstreckenden Beinen 22, von denen nur eins in Fig. 2 gezeigt ist, welche mit einer nicht gezeigten Quelle für elektrische Leistung wie einem Transformator verbunden sind. Ein Flansch 24 und eine Befestigungsbasis 26 sind mit der Spule 20 verbunden, um eine geeignete Befestigung für die Spule 20 zu liefern. Kerne 28 befinden sich an ausgewählten Bereichen der Spule 20, um das von der Spule 20 erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren.
Im Betrieb wird die in Fig. 2 gezeigte Spule 20 nach dem Stand der Technik nur auf einer Seite einer Verbindung zwischen zwei überlappenden Blättern wie den in Fig. 1 gezeigten Blättern 14 und 16 angeordnet.
Die Verwendung einer einzelnen Induktionsspule, wie in den Anordnungen nach dem Stand der Technik gemäß den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, erfordert lange Erwärmungszeiten, um das Verbindungsmaterial für eine ausreichende Festigkeit zu härten. Weiterhin wird, da die einzige Induktionsspule sich nur auf einer Seite der überlappenden Verbindung von zwei Blättern befindet, mehr Wärme in dem einen als in dem anderen Blatt erzeugt, was zu einer ungleichförmigen Erwärmung des Verbindungsmaterials führt.
Fig. 3 zeigt noch eine andere Induktionsspule nach dem Stand der Technik, die für die Herstellung von Punktverbindungen verwendet wird. Bei dieser Anordnung, welche im Einzelnen in dem US-Patent Nr. 4 602 139 beschrieben ist, trägt eine untere Befestigungsvorrichtung 30, welche an irgendeinem nicht gezeigten geeigneten Werkzeug oder Träger angebracht ist, eine erste oder untere Induktionsspule 32, welche in einem Block 34 aus elektrisch isolierendem Material befestigt ist. Die untere Befestigungsvorrichtung 30 stützt auch die überlappende Verbindung, die zwischen einem unteren äußeren Blatt 36 und einem inneren oberen Blatt 38 gebildet ist, wobei ein Streifen aus haftendem Verbindungsmaterial 40 zwischen diesen angeordnet ist. Eine obere Befestigungsvorrichtung 42 trägt eine zweite oder obere Induktionsspule 44, welche auch in einem Block 46 aus elektrisch isolierendem Material in der oberen Befestigungsvorrichtung 42 befestigt ist. Die obere Befestigungsvorrichtung 42 und die untere Befestigungsvorrichtung 30 sind in Be zug aufeinander bewegbar, so daß sie voneinander getrennt werden können, um zu ermöglichen, daß die übereinander liegenden Blätter 36 und 38 zwischen den beiden Befestigungsvorrichtungen angeordnet und wieder entfernt werden können.
In einer Betriebsweise wird die obere Befestigungsvorrichtungen 42 über den übereinander liegenden Blättern 36 und 38 abgesenkt, um die zweite Induktionsspule 44 über einer Oberfläche der übereinander liegenden Kante der Blätter 36 und 38 anzuordnen. Die erste oder untere Induktionsspule 32 wird im Wesentlichen mit der zweiten Spule 44 ausgerichtet positioniert, aber sie befindet sich unterhalb der übereinander liegenden Kanten der Blätter 36 und 38. Die Verwendung von zwei Induktionsspulen 32 und 44 auf gegenüberliegenden Seiten der übereinander liegenden Verbindung der Blätter 36 und 38 schafft eine gleichförmigere Erwärmung des Verbindungsmaterials 40, da den Blättern 36 und 38 gleichzeitig von beiden Seiten Wärme zugeführt wird. Jedoch ist die Werkzeugausbildung bei dieser Anordnung komplizierter, da wenigstens eine der Befestigungsvorrichtungen wie die obere Befestigungsvorrichtung 42 mit Bezug auf die andere Befestigungsvorrichtung bewegbar sein muß, um das Einbringen und Entfernen der übereinander liegenden Blätter 36 und 38 zwischen diesen zu ermöglichen.
Daher ist es wünschenswert, eine neue Induktionsverbindungsvorrichtung zu schaffen und einer Verfahren anzugeben, welche ein Verbindungsmaterial bis zu einer gewünschten Festigkeit in kürzerer Zeit als bei den Verbindungsverfahren nach dem Stand der Technik härten. Es ist auch wünschenswert, eine Induktionsverbindungsvorrichtung zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, welche die Konfiguration des für solche Verbindungsverfahren verwendeten Werkzeugs vereinfachen. Es ist auch wünschenswert, eine Induktionsverbindungsvorrichtung zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, welche eine hochfeste gehärtete Verbindung zwischen zwei Blättern oder Tafeln in kürzerer Zeit schafft als die bekannten Erwärmungsvorrichtungen für die Herstellung von Verbindungen.

Zusammenfassung d Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist eine Induktionsverbindungsvorrichtung, welche eine elektrische Induktionsspule für die Herstellung von Verbindungen verwendet. Die Induktionsspule ist geeignet für die Verbindung der einander überlappenden Bereiche von zwei Metallblättern, indem ein zwischen den beiden Blättern angeordnetes Wärme-härtbares Verbindungsmaterial erwärmt wird.
Die Induktions-Heizspule nach der vorliegenden Erfindung enthält ein erstes Element, das in einer ersten Ebene angeordnet ist. Ein zweites Element ist in einer zweiten Ebene in einem vorbestimmten, nicht parallelen Winkel mit Bezug auf die erste Ebene des ersten Elements angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Element im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Element angeordnet und befindet sich angrenzend an eine Seitenkante des ersten Elements in einer im Wesentlichen L-förmigen Konfiguration.
Das erste und das zweite Element sind so positioniert, daß sie die Kante eines übereinander liegenden Paares von Blättern zwischen sich aufnehmen, wobei eine untere Oberfläche des äußersten Blattes sich nahe dem ersten Element befindet und die Seitenkante der Überlappung der beiden Blätter sich nahe dem zweiten Element befindet. Diese Anordnung ergibt eine Erwärmung des Verbindungsmaterials zwischen den beiden Blättern von unten und der Seite und sogar von oben, wodurch eine gleichförmigere Erwärmung des Verbindungsmaterials und eine kürzere Härtungszeit erhalten werden im Vergleich mit früheren Induktions- Heizspulenanordnungen, welche eine Erwärmung nur von einer Seite der Blätter oder Tafeln bewirken.
Obgleich das erste und das zweite Element vollständig voneinander getrennt sein können, ist bei einem Ausführungsbeispiel das erste Element mit einer ersten Beinanordnung versehen, die aus einem ersten und einem zweiten Beinbereich gebildet ist, welche kolinear und im Abstand voneinander angeordnet sind. Ein erstes und ein zweites Endbein sind mit entgegengesetzten Enden von jedem des ersten bzw. zweiten Beinbereichs verbunden und erstrecken sich senkrecht von diesen. Das zweite Element enthält ein zweites Bein mit einem dritten und vierten Endbein, die jeweils mit entgegengesetzten Enden hiervon verbunden sind und sich von dem zweiten Bein nach außen erstrecken. Das erste und das zweite Endbein sind jeweils mit dem dritten und vierten Endbein verbunden, um das erste und das zweite Element miteinander zu einer einheitlichen Struktur zu verbinden, die eine Induktionsspule mit einer einzigen Windung bildet.
Eine Basisvorrichtung ist mit dem ersten Element verbunden, um die Induktionsspule mit einer Quelle für einen elektrischen Hochfrequenzstrom zu verbinden. Höhenverbindungsmittel sind zwischen der Basisvorrichtung und dem ersten Element angeordnet. Vorzugsweise sind eine getrennte Basisvorrichtung und getrennte Höhenverbindungsmittel mit jedem der ersten und zweiten Beinbereiche des ersten Beins des ersten Elements verbunden.
Das erste und das zweite Element, die Basisvorrichtung und die Höhenverbindungsmittel sind vorzugsweise aus hohlen, rohrförmigen, elektrisch leitenden Materialgliedern gebildet, wobei sich ein innerer Durchgang vollständig durch die Basisvorrichtung, die Höhenverbindungsmittel und das erste und zweite Element erstreckt. Der Durchgang ergibt einen Kühlfluid- Strömungspfad durch die Induktionsspule.
Zusätzlich sind Kernmittel vorgesehen, welche die Beine des ersten und zweiten Elements umgeben, um das von dem ersten und zweiten Element erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein einmaliges Verfahren zum Verbinden eines ersten strukturellen Blattes mit einem zweiten strukturellen Blatt offenbart. Das Verfahren weist die Schritte auf:
a) Anordnen eines ungehärteten, Wärme-härtbaren Verbindungsmaterials auf einer Oberfläche eines ersten Blattes an einer vorbestimmten Stelle mit Bezug auf eine Umfangskante des ersten Blattes;
b) Anordnen eines zweiten Blattes in einer aneinander liegenden Position mit Bezug auf das erste Blatt in Kontakt mit dem Verbindungsmaterial, wobei eine Umfangskante des zweiten Blattes an der Umfangskante des ersten Blattes anliegt;
c) Anordnen einer Induktions-Heizvorrichtung benachbart einer Oberfläche von einem von dem ersten und zweiten Blatt und benachbart den aneinander liegenden Umfangskanten des ersten und des zweiten Blattes, wobei die Induktions-Heizvorrichtung eine Induktions-Heizspule mit einem in einer ersten Ebene angeordneten ersten Element und einem in einer zweiten Ebene angeordneten zweiten Element aufweist; und
d) Induzieren von Wärme von der Induktions-Heizvorrichtung zu dem Verbindungsmaterial von einer Oberfläche von einem von dem ersten und zweiten Blatt und von den aneinander liegenden Umfangskanten des ersten und des zweiten Blattes, um das Verbindungsmaterial zwischen zumindest dem ersten und dem zweiten Blatt und entlang der aneinander liegenden Kanten des ersten und zweiten Blattes in der Nähe der Induktions-Heizvorrichtung zu härten.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ebene des zweiten Elements unter einem vorbestimmten nicht parallelen Winkel mit Bezug auf die erste Ebene des ersten Elements angeordnet ist.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann auch den Schritt des Umbördelns einer Umfangskante von einem von dem ersten und zweiten Blatt um die anliegende Umfangskante des anderen des ersten und zweiten Blattes aufweisen, nachdem das erste und das zweite Blatt in einer aneinander liegenden Beziehung angeordnet wurden. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt der Schritt des Anordnens der Induktions- Heizvorrichtung weiterhin die Schritte des Anordnens eines ersten Elements einer Induktionsspule in einer ersten Ebene benachbart einer Oberfläche von einem von dem ersten und zweiten Blatt, des Anordnens eines zweiten Elements der Induktionsspule in einer zweiten Ebene in einem vorbestimmten, nicht parallelen Winkel mit Bezug auf die erste Ebene des ersten Elements in der Nähe der aneinander liegenden Kanten des ersten und zweiten Blattes, und des Lieferns eines elektrischen Hochfrequenzstromes zu dem ersten und zweiten Element, um eine Erwärmung des Verbindungsmaterials zwischen dem ersten und dem zweiten Blatt zu induzieren.
Die Induktionsspule und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung liefern bedeutende Vorteile gegenüber den früheren Induktionsspulen und Induktions- Heizverfahren für die Herstellung von Verbindungen. Die L-förmige Anordnung des ersten und des zweiten Elements der Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung ergeben eine gleichförmigere und schnellere Erwärmung des Verbindungsmaterials, das zwischen zwei aneinander liegenden Blättern angeordnet ist. Eine derartige Wärme wird erzeugt durch die eine Oberfläche von einem der Blätter sowie durch die Seitenkanten des anderen Blattes, um das Verbindungsmaterial schneller als bei früheren Induktionsspulenanordnungen zu härten, welche nur eine einzelne Spule haben, die sich unterhalb der übereinander liegenden Verbindung von zwei Blättern befindet.
Die L-förmige Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung vereinfacht auch die Konstruktion des Produktionswerkzeuges, da die übereinander liegende Verbindung von zwei Blättern leicht in der Nähe der Induktionsspule angeordnet und hiervon entfernt werden kann ohne das Erfordernis der Bewegung einer Spule und deren Befestigungsvorrichtung zu der anderen Spule hin und von dieser weg, wie bei den Induktionsspulenanordnungen nach dem Stand der Technik mit zwei gegenüberliegenden parallelen Induktionsspulen, die auf entgegengesetzten Seiten der beiden übereinander liegenden Blätter befestigt sind.

Kurzbezeichnung Zeichnungen

Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und anderen Verwendungen der vorliegenden Erfindung werden deutlicher durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer ersten Induktionsspule nach dem Stand der Technik für die Herstellung von Punktverbindungen;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Induktionsspule nach dem Stand der Technik für die Herstellung von Punktverbindungen;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht im Querschnitt einer dritten Induktionsspule nach dem Stand der Technik mit einem Paar von gegenüberliegenden, im Abstand angeordneten Induktionsspulen;
Fig. 4 ist eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine Endansicht der in Fig. 4 gezeigten Induktionsspule;
Fig. 6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der in Fig. 4 gezeigten Induktionsspule; und
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Es wird nun auf die Fig. 4, 5 und 6 Bezug genommen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Induktions-Heizspule 50 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Induktionsspule 50 ist bestimmt zum Erwärmen eines Streifens, eines Tropfens oder eines Punktes von haftendem Verbindungsmaterial 52, das zwischen einer aneinander liegenden Anordnung eines äußeren strukturellen Elements oder Metallblattes 54 und eines inneren strukturellen Elements oder Metallblattes 56 angeordnet ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die äußere Kante 58 des unteren Blattes 54 um die äußere Kante 60 des inneren Blattes 56 herumgebogen. Vor dem Umbördelungsvorgang wird der Streifen, die Wulst oder der Punkt 52 aus Verbindungsmaterial auf eine Oberfläche des unteren Blattes 54 aufgebracht, wobei die Kante 60 des inneren Blattes 56 dann in Kontakt hiermit gebracht wird. Während des Umbördelns der äußeren Kante 58 des unteren Blattes 54 um die Kante 60 des inneren Blattes 56 werden Bereiche des Verbindungsmaterials 52 um die Seitenkante 60 des inneren Blattes 56 herum und auf die entgegengesetzte Oberfläche des inneren Blattes 56 zwischen dem inneren Blatt 56 und der äußeren Kante 58 des äußeren Blattes 54 gequetscht.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Induktionsspule 50 ein erstes Element 64 mit einem ersten und einem zweiten kolinearen Beinbereich 66 und 68. Der erste und der zweite Beinbereich 66, 68 sind in einer geraden Linie angeordnet und durch einen klei nen Abstand getrennt, wie in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist.
Die Induktionsspule 50 enthält auch ein zweites Element 70, das aus einem zweiten Bein 72 gebildet ist. Das zweite Element 70 ist einem vorbestimmten, nicht parallelen Winkel mit Bezug auf das erste Element 64 angeordnet. Vorzugsweise ist die Ebene des zweiten Elements 70 im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene des ersten Elements 64 angeordnet. Dies ermöglicht, daß das erste Element 64 benachbart einer Oberfläche der Umbördelung zwischen den beiden Blättern 54 und 56 angeordnet ist, während das zweite Element 70 benachbart der Kante der umbördelten Verbindung der beiden Blätter 54 und 56 angeordnet ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Das erst und das zweite Element 64 und 70 sind in jeder gewünschten Länge für eine Punktverbindung oder von einer kleinen Länge des Verbindungsmaterials 52 oder für eine Verbindung der gesamten Umfangskante einer Anordnung vorgesehen.
Es sind Mittel vorgesehen zum Verbinden des ersten und des zweiten Elements 64 und 70 in eine Induktionsspule mit einer einzelnen Windung. Die Verbindungsmittel umfassen vorzugsweise ein erstes und ein zweites Endbein 74 und 76, welche integral gebildet oder verbunden sind mit dem ersten bzw. zweiten Beinbereich 66, 68 des ersten Elements 64. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind das erste und das zweite Endbein 74 und 76 an ein Ende des ersten bzw. zweiten Beinbereichs 66, 68 angelötet. Das erste und das zweite Endbein 74 und 76 liegen in derselben ersten Ebene wie der erste und der zweite Beinbereich 66, 68 des ersten Elements 64. Ein drittes und ein viertes End bein 78 bzw. 80 sind integral gebildet oder verbunden mit dem Bein 72 des zweiten Elements 70. Bei einem Ausführungsbeispiel sind das dritte und das vierte Endbein 78 und 80 an entgegengesetzte Enden des das zweite Element 70 bildenden Beins 72 angelötet und liegen in derselben zweiten Ebene wie das zweite Element 70. Weiterhin sind das erste und zweite Endbein 74 und 76 beispielsweise durch Hartlöten mit dem dritten und vierten Bein 78 bzw. 80 verbunden, um das erste und das zweite Element 64 und 70 integral miteinander zu verbinden. Hierdurch werden das erste und das zweite Element 64 und 70 in einer im Wesentlichen L-förmigen Konfiguration angeordnet, die geeignet ist für eine einfache Aufnahme der umbördelten Verbindung der beiden Metallblätter 54 und 56 in enger Nähe hiermit.
In einer beispielhaften Konstruktion sind Höhenverbindungsmittel in der Form eines ersten und eines zweiten Höhenverbinders 82 und 84 mit dem ersten und zweiten Beinbereich 66 bzw. 68 des ersten Elements 64 verbunden und erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht von diesen. Der erste und der zweite Höhenverbinder 82 und 84 sind verbunden oder integral ausgebildet mit einem ersten und einem zweiten Basisteil 86 bzw. 88, welche eine Basis zum Verbinden der Induktionsspule 50 mit einer nicht gezeigten Quelle für elektrischen Hochfrequenzstrom bilden, wie einem herkömmlichen Transformator, elektrischen Busschienen usw.. Befestigungsöffnungen 90 sind in dem ersten und zweiten Basisteil 86 und 88 ausgebildet, um Befestigungsglieder für die Anbringung der Induktionsspule 50 an der Quelle für elektrischen Strom aufzunehmen.
Rippen 100 und 102 sind integral ausgebildet mit und erstrecken sich zwischen dem ersten Basisglied 86 und entgegengesetzten Seiten des ersten Höhenverbinders 82, wie in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt ist. Ein gleichartiges Paar von Rippen 104 ist ebenfalls vorgesehen zwischen dem zweiten Basisglied 88 und entgegengesetzten Seiten des zweiten Höhenverbinders 84. Zusätzlich ist eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material 106 wie einem Kunststoff zwischen den im Abstand angeordneten Bereichen der Rippen 100, 102 und 104, den ersten und zweiten Höhenverbindern 82 und 84 und den zugewandten Bereichen des ersten und zweiten Beins 66 und 68 des ersten Elements 64 angeordnet, um eine elektrische Isolierung zwischen solchen Elementen zu erzielen.
Alle Komponententeile des ersten und zweiten Elements 64 und 70 sowie der erste und der zweiten Höhenverbinder 82 und 84 und das erste und zweite Basisglied 86 und 88 sind aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer gebildet. Weiterhin sind alle Komponenten des ersten und zweiten Elements 64 und 70 und der erste und zweite Höhenverbinder 82 und 84 als hohle, ringförmige Teile ausgebildet mit einem sich hierdurch erstreckenden Durchgang, der durch die Bezugszahl 92 gekennzeichnet ist. Der Durchgang 92 öffnet sich durch jedes der Basisglieder 86 und 88 und erstreckt sich durch die gesamte Induktionsspule 50, um einen Kühlfluid-Strömungspfad vorzusehen, wenn die Enden des Durchgangs 92 in den Basisgliedern 86 und 88 mit einer Quelle für ein Kühlfluid verbunden sind. Die Strömung von Kühlfluid durch die Induktionsspule 50 führt Wärme aus der Induktionsspule 50 ab.
Die integrale Verbindung des ersten und zweiten Elements 64 und 70 durch jeweils das erste und zweite Endbein 74 und 76 sowie das dritte und vierte Endbein 78 und 80 bildet eine Induktionsspule mit einer ein zigen Wicklung, welche ein magnetisches Feld erzeugt, wenn ein elektrischer Hochfrequenzstrom durch sie hindurchgeht. Das magnetische Feld bewirkt eine Erwärmung der Metallblätter 54 und 56 in den Bereichen des ersten und zweiten Elements 64 und 70, welche Wärme durch die Blätter 54 und 56 zu dem zwischen ihnen angeordneten Verbindungsmaterial 52 geführt wird. Die Zuführung von Wärme während einer vorbestimmten Zeitspanne härtet das Verbindungsmaterial 52 teilweise oder vollständig zumindest in der Nähe der Induktionsspule 50. Infolge der L-förmigen Anordnung des ersten und zweiten Elements 64 und 70 der Induktionsspule 50 nach der vorliegenden Erfindung wird die Härtung des Verbindungsmaterials 52 in einen festen Zustand hoher Festigkeit viel schneller erreicht als bei früheren Vorrichtungen mit einer einzelnen Induktionsspule für die Herstellung von Punktverbindungen, da Wärme von der Bodenfläche der umbördelten Verbindung sowie von der Seitenkante der umbördelten Verbindung zugeführt wird. Von der Seitenkante abgestrahlte Wärme erwärmt auch jegliches Verbindungsmaterial, das oberhalb des inneren Blattes 56 und der überlappenden äußeren Kante 58 des äußeren Blattes 54 angeordnet ist. Somit findet die Erwärmung des Verbindungsmaterials 52 gleichzeitig an drei Stellen statt, wodurch die zum Härten des Verbindungsmaterials in einem hochfesten Zustand erforderliche Zeit wesentlich verkürzt wird. Es wurde auch gefunden, daß eine derartige Erwärmung des Verbindungsmaterials von zwei Seiten aus, wie in Fig. 5 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, einen erhöhten Festigkeitspegel in dem Verbindungsmaterial schafft im Vergleich zu einer Erwärmung von nur einer Seite aus, wie es bei den vorbeschriebenen Induktionsspulen nach dem Stand der Technik erfolgt.
Beispielsweise kann ein elektrische Strom bei Frequenzen von 3 bis 30 kHz durch die Induktionsspule 50 Temperaturen zwischen 250º und 450º in dem Verbindungsmaterial 52 erzeugen. Abhängig von der Dauer der Erwärmungszeit und der sich ergebenden Härtungstemperatur bei den Blättern 54 und 56 wurde gefunden, daß die L-förmige Induktionsspule 50 nach der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung von bis zu 500% hinsichtlich der Festigkeit der Härtung des Verbindungsmaterials 52 zeigt im Vergleich zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Einspulen-Vorrichtung.
Konzentrierende magnetische Kerne können um vorbestimmte Bereiche des ersten und zweiten Elements 64 und 70 vorgesehen sein für eine Konzentration des durch das erste und das zweite Element 64 und 70 erzeugten magnetischen Feldes. Beispielsweise sind ein erster und ein zweiter U-förmiger magnetischer Kern 94 und 96 um den ersten und zweiten Beinbereich 66 und 68 des ersten Elements 64 herum angeordnet und an diesen befestigt. In gleicher Weise ist ein länglicher U-förmiger magnetischer Kern 98 um das Bein 72 des zweiten Elements 70 angeordnet.
Schließlich ist die Induktionsspule 50 versehen mit schützenden Elementen 108 und 110, welche fest an dem ersten Element 64 und dem zweiten Element 70 angebracht sind und eine geeignete schützende Oberfläche darstellen, die einen Kontakt der äußeren Platte 54 der verbördelten Blätter 54 und 56 mit dem ersten und zweiten Element 64 und 70 verhindern. Die Blätter 54 werden durch nicht gezeigte geeignete Befestigungsmittel oder Werkzeuge so gehalten, daß sie in enger Nähe mit der Induktionsspule 50 sind, diese aber nicht berühren.
In Betrieb wird ein Streifen aus Verbindungsmaterial 52 anfänglich auf die äußere Tafel 54 an einer Stelle, die einen Abstand von der Umfangskante 58 der äußeren Tafel 54 aufweist, aufgebracht. Die innere Tafel 56 wird dann in eine aneinander liegende Position mit Bezug auf die äußere Tafel 54 gebracht und ist mit dem Streifen aus Verbindungsmaterial 52 in Berührung. Die äußere Kante 58 des äußeren Blattes 54 wird dann um die äußere Kante 60 des inneren Blattes 56 gebogen oder gebördelt, um eine gebördelte Verbindung zwischen den beiden Blättern 54 und 56 zu schaffen. Die gebördelte Verbindung wird dann in die Nähe der Induktionsspule gebracht. Während ein Kühlfluid durch den inneren Durchgang 92 der Induktionsspule 50 fließt, wird der Induktionsspule 50 ein Hochfrequenzstrom zugeführt. Dieser Strom induziert ein magnetisches Feld, welches eine Erwärmung der Metalltafeln 54 und 56 an Stellen bewirkt, die unmittelbar benachbart dem ersten und dem zweiten Element 64 und 70 der Induktionsspule 50 sind. Eine derartige Wärme wird zu dem Verbindungsmaterial 52 geleitet und härtet das Verbindungsmaterial 52 in einen Zustand hoher Festigkeit, wodurch die beiden Blätter 54 und 56 miteinander verbunden werden. Das erste und das zweite verbundene Blatt 54 und 56 werden dann von der Induktionsspule 50 entfernt.
Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem getrennte identische Induktionsspulen 110 und 112 in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung mit Bezug aufeinander angeordnet sind, um eine umbördelte Verbindung von zwei Blattmetalltafeln zwischen sich in derselben Weise wie die Induktionsspule 50 aufzunehmen, wie beispielsweise die vorbeschriebenen Blattmetalltafeln 54 und 56. Da beide Induktionsspulen 110 und 112 iden tisch sind, wird die folgende Beschreibung nur für die Induktionsspule 110 gegeben, wobei davon ausgegangen wird, daß die Induktionsspule 112 in gleicher Weise ausgebildet ist.
Die Induktionsspule 110 enthält ein erstes Element, das aus einem ersten und einem zweiten unteren Bein 114 und 116 gebildet ist, welche jeweils mit Endbeinen 118 und 120 verbunden sind. Ein längliches oberes Bein 122 erstreckt sich zwischen den entgegengesetzten Ende der Endbeine 118 und 120. Die Beine 114, 116, 118, 120 und 122 sind integral ausgebildet oder miteinander verbunden, beispielsweise durch Hartlöten, um eine Induktionsspule 110 aus einer einzelnen Windung zu bilden.
Ein erster und ein zweiter Höhenverbinder 124 und 126 sind verbunden mit und erstrecken sich senkrecht zu den Beinen 114 und 116 und sind jeweils mit Basisgliedern 128 und 130 verbunden. Rippen 127 und 129 sind zwischen dem Höhenverbinder 134 und dem Basisglied 128 und zwischen dem Höhenverbinder 126 und dem Basisglied 130 verbunden. Eine geeignete Isolation kann zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Höhenverbinder 124 und 126 sowie der Basisglieder 128 und 130 vorgesehen sein, wie vorbeschrieben und in Fig. 5 gezeigt ist. Ein konzentrierender magnetischer Kern 132 ist um das Bein 122 angeordnet, um das von der Induktionsspule 110 erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren.
Ein interner Kühlmittelpfad kann in jedem der Beine, Höhenverbinder und der Basis jeder Induktionsspule 110 und 112 ausgebildet sein, wie vorbeschrieben ist, für die Strömung eines Kühlfluids durch die Induktionsspule 110 während des Betriebs von dieser.
Das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei getrennte, senkrecht angeordnete Induktionsspulen 110 und 112 ausgebildet sind, arbeitet in der derselben Weise wie die vorstehend beschriebene und in den Fig. 4 bis 6 gezeigte Induktionsspule 50. Die erste Induktionsspule 110 wird benachbart einer Oberfläche der gebördelten Verbindung von zwei Blättern 54 und 56 positioniert, während die zweite Induktionsspule 112 benachbart der Seitenkante der gebördelten Verbindung der beiden Blätter 54 und 56 angeordnet ist. Der gleichzeitige Fluß eines elektrischen Hochfrequenzstroms durch jede der Induktionsspulen 110 und 112 erzeugt magnetische Felder, welche eine Erwärmung der Metallblätter 54 und 56 und die sich daraus ergebende Erwärmung und nachfolgende Härtung des zwischen diesen angeordneten Verbindungsmaterials bewirken.
Zusammengefaßt ist festzustellen, daß eine einzigartige Induktionsspule und ein Verfahren zum Erwärmen und Härten eines zwischen zwei aneinander liegenden Metallblättern angeordneten Verbindungsmaterials offenbart wurden. Die Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung enthält eine einzigartige nicht parallele, vorzugsweise L-förmige, im Wesentlichen senkrechte Anordnung eines ersten und eines zweiten Elements, welche gleichzeitig Wärme zu dem Verbindungsmaterial von einer Oberfläche der beiden Blätter und von einer Seitenkanten-Oberfläche zuführt, wodurch eine gleichförmigere und viel schnellere Erwärmung und nachfolgende Härtung des Verbindungsmaterials in einen Zustand hoher Festigkeit erzielt werden. Die L-förmige Anordnung der Elemente vereinfacht auch die Ausbildung des Produktionswerkzeugs, da die gebördelte Verbindung von zwei Metallblättern leicht auf der Induktionsspule angeordnet und von dieser entfernt werden kann ohne das Erfordernis beweglicher Teile, um eine Induktionsspule in Wirkeingriff mit einer Oberfläche der gebördelten Verbindung zu bringen.

Claims

1. Induktions-Heizspule (50) zum gegenseitigen Verbinden nebeneinander liegender Bereiche von zwei Metallblättern durch ein wärmehärtbares Verbindungsmaterial, welche Induktions-Heizspule (50) aufweist:

ein in einer ersten Ebene angeordnetes erstes Element (64);

ein in einer zweiten Ebene angeordnetes zweites Element (70); und

eine Vorrichtung zum Liefern eines elektrischen Hochfrequenzstroms zu dem ersten und zweiten Element;

dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Ebene des zweiten Elements unter einem vorbestimmten nicht parallelen Winkel mit Bezug auf die erste Ebene des ersten Elements angeordnet ist.

2. Induktions-Heizspule nach Anspruch 1, worin die Ebene des zweiten Elements (70) im wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene des ersten Elements (64) ist.

3. Induktions-Heizspule nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist; eine Vorrichtung (74, 76) zum Verbinden des ersten und zweiten Elements (64, 70) zur Bildung einer einzigen Spulenwindung.

4. Induktions-Heizspule nach Anspruch 3, worin:

das erste Element (64) enthält ein erstes Bein (66, 68) und ein erstes und ein zweites Endbein (74, 76), welche senkrecht mit entgegengesetzten Enden des ersten Beins (66) verbunden sind;

das zweite Element (70) enthält ein zweites Bein (72) und ein drittes und viertes Endbein (78, 80), welche jeweils mit entgegengesetzten Enden des zweiten Beins (72) verbunden sind und sich senkrecht von diesen erstrecken; und

das erste und das zweite Endbein (74, 76) sind jeweils mit dem dritten und vierten Endbein (78, 80) verbunden, um das erste und das zweite Element (64, 70) zu einer einzigen Spulenwindung zu verbinden.

5. Induktions-Heizspule nach Anspruch 4, worin das erste Bein (66) aufweist: einen ersten und einen zweiten Beinbereich (66, 68), welche koplanar und im Abstand voneinander angeordnet sind.

6. Induktions-Heizspule nach Anspruch 3, welche weiterhin aufweist:

eine Basisvorrichtung (86, 88) zum Befestigen der Induktions-Heizspule (50) mit einer Quelle für einen elektrischen Hochfrequenzstrom; und

Höhenverbindungsmittel (82, 84) zum Verbinden der Basisvorrichtung (86, 88) mit dem ersten Element (64).

7. Induktions-Heizspule nach Anspruch 4, welche weiterhin aufweist:

ein erstes und ein zweites Basisteil (86, 88), die Seite an Seite im Abstand voneinander angeordnet sind; und

einen ersten und einen zweiten Höhenverbinder (82, 84), welche mit dem ersten bzw. zweiten Basisteil (86, 88) verbunden sind und sich von die sen weg erstrecken, und welche mit dem ersten bzw. zweiten Beinbereich (66, 68) des ersten Elements (64) verbunden sind.

8. Induktions-Heizspule nach Anspruch 7, welche weiterhin aufweist: das erste Bein (66) enthält einen ersten und einen zweiten Beinbereich (66, 68), welche koplanar und im Abstand voneinander angeordnet sind; und das erste Basisteil (86), der erste Höhenverbinder (82), der erste Beinbereich (66), das erste Endbein (74), das dritte Endbein (78), das zweite Bein (72), das vierte Endbein (80), das zweite Endbein (76), der zweite Beinbereich (68) der zweite Höhenverbinder (84) und das zweite Basisteil (88) sind in Reihe miteinander in einer durchgehenden einzelnen Spulenwindung verbunden.

9. Induktions-Heizspule nach Anspruch 6, worin: das erste und das zweite Element (64, 70) und die Höhenverbinder (82, 84) sind aus hohlen rohrförmigen Teilen gebildet.

10. Induktions-Heizspule nach Anspruch 4, welche weiterhin aufweist: Fluidströmungspfade (92), welche in dem ersten und zweiten Element (64, 70) ausgebildet sind, für die Strömung von Kühlmittel-Fluid durch das erste und das zweite Element (64, 70).

11. Induktions-Heizspule nach Anspruch 3, worin die Verbindungsvorrichtung aufweist: Endbeine (74, 76, 78, 80), die mit jedem von dem ersten und zweiten Element (64, 70) verbunden sind, wobei jedes Endbein zu einem Endbein des anderen von dem ersten und zweiten Element (64, 70) gebildet ist.

12. Induktions-Heizspule nach Anspruch 7, welche weiterhin aufweist: Isoliermittel, die zwischen dem ersten und zweiten Höhenverbinder (82, 84), dem ersten und zweiten Basisbereich (86, 88) und dem ersten und zweiten Beinbereich (66, 68) des ersten Elements angeordnet sind.

13. Induktions-Heizspule nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist: Magnetkernmittel (94, 96), welche Teile des ersten und zweiten Elements (64, 70) umgeben, um das von dem ersten und dem zweiten Element (64, 70) erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren.

14. Induktions-Heizspule nach Anspruch 4, welche weiterhin aufweist: Magnetkernmittel (94, 96), welche um das erste Bein (66) des ersten Elements (64) und um das zweite Bein (72) des zweiten Elements (70) angeordnet sind, um das von dem ersten und dem zweiten Element (64, 70) erzeugte magnetische Feld zu konzentrieren.

15. Induktions-Heizspule nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist: Schutzflächenmittel (108, 110), welche an dem ersten und dem zweiten Element (64, 70) befestigt sind, um eine Schutzfläche für die Befestigung von zwei Metallblättern daran vorzusehen.

16. Induktions-Heizspule nach Anspruch 1, worin:

das erste und das zweite Element (110,112) enthalten jeweils ein erstes Bein (122), ein erstes und ein zweites Endbein (118, 120), die mit entgegengesetzten Enden des ersten Beins (122) verbunden sind, und ein zweites und ein drittes Bein (114, 116), die einen Abstand von dem ersten Bein (122) aufweisen und mit dem ersten bzw. zweiten Endbein (118, 120) verbunden sind;

das erste Bein (122), das erste und zweite Endbein (118, 120) und das zweite und dritte Bein (114, 116) von jedem von dem ersten und zweiten Element (110,112) koplanar für jedes jeweilige erste und zweite Element (110,112) angeordnet sind; und

die Mittel zum Liefern von elektrischem Hochfrequenzstrom mit jedem von dem ersten und zweiten Element (110,112) verbunden sind.

17. Verfahren zum Verbinden eines ersten Metallblatts mit einem zweiten Metallblatt, welches die Schritte aufweist:

Anordnen eines ungehärteten, wärmehärtbaren Verbindungsmaterials auf einer Oberfläche eines ersten Blattes an einer vorbestimmten Stelle mit Bezug auf eine Umfangskante des ersten Blattes;

Anordnen eines zweiten Blattes in einer aneinander liegenden Position mit Bezug auf das erste Blatt in Kontakt mit dem Verbindungsmaterial, wobei eine Umfangskante des zweiten Blattes an der Umfangskante des ersten Blattes anliegt;

Anordnen einer Induktions-Heizvorrichtung benachbart einer Oberfläche von einem von dem ersten und zweiten Blatt und benachbart den aneinander liegenden Umfangskanten des ersten und des zweiten Blattes, wobei die Induktions-Heizvor richtung eine Induktions-Heizspule mit einem in einer ersten Ebene angeordneten ersten Element (64) und einem in einer zweiten Ebene angeordneten zweiten Element (70) aufweist; und

Induzieren von Wärme von Induktions-Heizvorrichtung zu dem Verbindungsmaterial von einer Oberfläche von einem von dem ersten und zweiten Blatt und von den aneinander liegenden Umfangskanten des ersten und des zweiten Blattes, um das Verbindungsmaterial zwischen zumindest dem ersten und dem zweiten Blatt und entlang der aneinander liegenden Kanten des ersten und zweiten Blattes in der Nähe der Induktions-Heizvorrichtung zu härten; Anwenden einer Induktions- Heizspule (50) zum gegenseitigen Verbinden nebeneinander liegender Bereiche von zwei Metallblättern durch ein wärmehärtbares Verbindungsmaterial, welche Induktions-Heizspule (50) aufweist:

ein in einer ersten Ebene angeordnetes erstes Element (64);

ein in einer zweiten Ebene angeordnetes zweites Element (70); und

eine Vorrichtung zum Liefern eines elektrischen Hochfrequenzstroms zu dem ersten und dem zweiten Element;

dadurch gekennzeichnet,

18. Verfahren nach Anspruch 17, welches weiterhin den Schritt aufweist: Umbördeln der Umfangskante des einen von dem ersten und zweiten Blatt um die anliegende Um fangskante des anderen des ersten und zweiten Blattes, nachdem das erste und das zweite Blatt in einer aneinander liegenden Beziehung angeordnet wurden.

19. Verfahren nach Anspruch nach Anspruch 17, worin der Schritt des Anordnens der Induktions-Heizvorrichtung weiterhin die Schritte aufweist:

Anordnen des ersten Elements (64) der Induktions-Heizspule in einer ersten Ebene benachbart einer Oberfläche von einem von dem ersten und zweiten aneinander liegenden Blatt; und

Anordnen des zweiten Elements (70) der Induktions-Heizspule in einer zweiten im wesentlichen nicht parallelen Ebene mit Bezug auf die erste Ebene des ersten Elements (64) benachbart den aneinander liegenden Kanten des ersten und zweiten Blattes.