DE69732577T2

DE69732577T2 - Ultrasonisches befestigungssystem und verfahren

Info

Publication number: DE69732577T2
Application number: DE69732577T
Authority: DE
Inventors: S. Joseph BOYCE; A. Glenn FREITAS; L. Constance MAGEE; M. Thomas FUSCO; J. John HARRIS; Edward Kunkle
Original assignee: Aztex Inc Waltham; Aztex Inc
Current assignee: Aztex Inc Waltham; Aztex Inc
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-12-23
Also published as: EP0952918A4; DE69732577D1; CA2273992A1; EP0952918B1; CA2273992C; AU712069B2; ES2238738T3; WO1998029243A1; AU5806198A; EP0952918A1; US5800672A; JP2000507883A; ATE289541T1; JP3194749B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschallbefestigungsverfahren zum Verbinden zweier Kunststoffteile oder eines Kunststoffteiles und eines anderen Teiles, und auf ein Ultraschallbefestigungssystem zum Verstärken eines einzelnen zusammengesetzten oder Verbund-Teiles, oder zum Verbinden einer breiten Vielfalt von Teilen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Verbinden von zwei oder mehr Kunststoffteilen zusammen wird gewöhnlich mit Schrauben oder anderen Befestigern erzielt. Der Verbindungsvorgang ist langsam und mühselig und führt oft zu teurer Handarbeit.
Balamuth im US-Patent Nr. 03 148 353 zeigt eine Ultraschalltrichter-Vorrichtung, die eine Schraube zur gleichen Zeit durch zwei Kunststoffteile einsetzt. Ein Ultraschalltrichter wird mit einer Schraubenaufnahme versehen und in eine Presse getan. Diese Vorrichtung erfordert jedoch, daß die Bedienungsperson von Hand eine Schraube zu einer Zeit in die Aufnahme des Ultraschalltrichters setzt und dann von Hand die Presse absenkt, nachdem der Ultraschalltrichter mit Energie versorgt worden ist.
Demgemäß ist dieses Gerät auf Befestiger vom Schraubentyp begrenzt und es ist nicht nützlich im Außeneinsatz, da es nicht tragbar ist. Dieses Gerät leidet auch an der Beschränkung, daß nur eine Schraube auf einmal eingesetzt werden kann.
Boyce, US-Patent Nr. 05186 776 zeigt eine hohle Ultraschalltrichternadelspitze, die ein zusammengestztes Laminat durchdringt und eine Verstärkungsfaser innerhalb des Laminats ablagert. Wiederum ist dieses Gerät nicht tragbar, nur eine Verstärkungsfaser wird auf einmal eingesetzt und bei Gebrauch neigte die Nadel dazu, zu verstopfen
Boyce, US-Patent Nr 04 808 461 zeigt ein Verfahren des Einsetzens einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern durch zwei zusammengesetze Bestandteile unter Verwendung eines Autoklaven. In vielen Fällen ist jedoch die Verwendeung eines Autoklaven teuer und zeitaufwendig.
Demgemäß zeigt kein Stand der Technik ein Gerät, das die Fähigkeit hat, gleichzeitig eine Mehrzahl von Befestigern, so wie Stifte oder Schrauben, einzusetzen, um zwei Kunststoffteile oder ein Kunststoffteil und ein Verbundteil oder zwei Verbundteile in wirksamer und billiger Weise zu verbinden, insbesondere in Fällen, wenn eine Presse oder ein Autoklav nicht verfügbar ist, z.B. im Außeneinsatz.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes Ultraschallbefestigungsverfahren zu schaffen.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes Ultraschallbefestigungssystem zu schaffen.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein verbessertes Ultraschallbefestigungsverfahren und -system zu schaffen, das tragbar ist und somit im Außeneinsatz benutzt werden kann.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein Ultraschall befestigungsverfahren und -system zu schaffen, das die Fähigkeit hat, eine Anzahl von Verstärkungselementen zur gleichen Zeit einzusetzen.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein verbessertes Ultraschallbefestigungsverfahren und -system zu schaffen, das äußerst wirksam ist und das eine automatisierte Verstärkungs- und Verbindungs-Vorrichtung ergibt.
Es ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, solch ein Ultraschallbefestigungsverfahren und -system zu schaffen, das viel der Handarbeit, die mit dem Stande der Technik verbunden ist, beseitigt.
Diese Gegenstände werden durch das Verfahren wie in Anspruch 1 wiedergegeben und durch das System wie in Anspruch 5 wiedergegeben erzielt.
Diese Erfindung ergibt sich aus der Erkenntnis, daß zwei Kunststoffteile oder Bestandteile im Außeneinsatz schnell, wirksam und verläßlich verbunden werden können durch Einsetzen einer Anzahl von Befestigern, so wie Stifte oder Schrauben, in einen Schaumkörper, der die Ausrichtung der Stifte oder Schrauben während des Einsetzens erhält, Aufsetzen der Kombination aus Befestigern und Schaumkörper auf den zwei Teilen, die verbunden werden sollen, und Versehen der Befestiger mit Ultraschallenergie und Anwenden von Druck um die Befestiger gleichzeitig durch beide Teile zu treiben. Der Ultraschalltrichter erhitzt die Befestiger so, daß sie leicht in Kunststoffteile getrieben werden und die erhitzten Befestiger verursache auch ein örtliches Schmelzen der Kunststoffteile und verschmelzen somit die zwei Teile miteinander um eine starke und verläßliche Verbindung sicherzustellen.
Diese Erfindung ergibt sich aus der weiteren Erkenntnis, daß die Handarbeit, die mit den gegenwärtigen Verbundteil-, Verstärkungs- und Verbindungstechniken für zusammengesetzte Kunststoffteile verbunden ist, vermindert werden kann, indem man ein Ultraschallbefestigungssystem verwendet, das die kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder automatisch unterhalb des Ultraschalltrichters zuführt, der dann abgesenkt wird, um die Befestiger in das Teil oder die Teile zu stoßen.
Die Erfindung zeichnet sich durch ein Ultraschallbefestigungsverfahren zum Verbinden eines Kunststoffbestandteiles in einen anderen Kunststoffbestandteil, ein Gewebestück oder ein Nicht-Kunststoffverbundteil aus. Das Kunststoffglied wird in Bezug auf ein zweites Glied, das mit dem Kunststoffglied an einem Verbindungsstellenbereich zwischen ihnen verbunden werden soll, ausgerichtet. Eine Mehrzahl von Befestigern werden in ein zusammendrückbares Glied eingesetzt um eine Kombination aus Befestiger und zusammendrückbarem Glied zu bilden, um die richtige Ausrichtung der Befestiger während des Einsetzens zu unterstützen und aufrechtzuerhalten. Die Befestiger können gerade Stifte, Schrauben, Nägel mit Flachköpfen oder jede andere Art von Befestiger sein. Die Kombination aus Befestiger und zusammendrückbarem Glied wird automatisch nahe dem Verbindungsbereich zwischen dem Kunststoffglied und dem zweiten Glied zugeführt und dann wird den Befestigern Ultraschallenergie erteilt, während sie gleichzeitig in das Kunststoffglied und das zweite Glied getrieben werden.
In einer Ausführungsform schließt das Verfahren weiter das Anbringen einer Metallplatte an den Befestigern ein. Jegliches verbliebene zusammendrückbare Material kann entfernt werden, nachdem die Befestiger in das Kunststoffglied getrieben worden sind, oder alternativ kann das restliche zusammendrückbare Material auf dem Kunststoffglied belassen werden. Diese Erfindung enthält auch das Erzeugnis, das durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt worden ist.
Diese Erfindung enthält auch ein Ultraschallbefestigungssystem, das ein Ultraschallwandleruntersystem mit einem Ultraschalltrichter aufweist, und einen zuführbaren Vorrat von kombinierten Befestigern/zusammendrückbaren Gliedern, von denen jedes eine zusammendrückbaren Körper und eine Mehrzahl von Befestigern, die in den zusammendrückbaren Körper eingesetzt sind, aufweist, derart daß der zusammendrückbare Körper die Befestiger trägt.
In einer anderen Ausführungsform weist das Ultraschallwandleruntersystem einen Ultraschalltrichter und Einrichtungen zum Absenken und Anheben des Ultraschalltrichters auf. Es gibt auch ein Befestiger/zusammendrückbares Material-Zuführuntersystem, das Einrichtungen zum Zuführen eines kombinierten Befestigers/zusammendrückbares Glied unterhalb des Ultraschalltrichters aufweist. Solch ein System kann verwendet werden, um die einzelnen Lagen eines einzelnen Verbundteils entweder in dem ausgehärteten, kunststoffimprägnierten oder Vorformling-Zustand zu verstärken oder kann verwendet werden um zwei Verbundglieder, zwei Kunststoffglieder oder jegliche Kombination daraus zu verbinden.
Die Einrichtungen zum Absenken und Anheben können ein Grundteil mit einer Öffnung zum Empfangen des Ultraschalltrichters und mindestens ein Führungsteil, das von dem Grundteil nach oben steht, aufweisen. Es gibt auch Einrichtungen zum gleitbaren Anbringen besagten Ultraschalltrichters auf dem Führungsteil. In einem automatischen System gibt es einen Betätiger zum automatischen Absenken und Anheben des Ultraschalltrichters. Die Einrichtungen zum Zuführen weisen typischerweise ein Grundteil und ein hohles Zuführteil, das von dem Grundteil nach oben absteht und einen Stapel der kombinierten Befestiger/zusammendrückbare Glieder enthält, auf. Es gibt auch einige Einrichtungen um die kombinierten, Befestiger/zusammendrückbare Teile zum Grundteil zu drängen, so wie eine Feder innerhalb des hohlen Teiles. Das Grundteil weist bevorzugt einen Kanal in Verbindung mit dem hohlen Zuführteil zum Transportieren der kombinierten Befestiger/zusammendrückbare Glieder von dem hohlen Zuführteil in eine Stellung nahe dem Ultraschalltrichter auf. In einem automatischen System gibt es einen linearen Betätiger, der in Bezug auf den Kanal gleitbar ist zum automatischen Transportieren einzelner kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder aus einer Stellung nahe dem hohlen Zuführteil in eine Stellung nahe dem Ultraschalltrichter.
In einer anderen Ausführungsform weisen die Einrichtungen zum Zuführen eine Rolle von Band der kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder, die unterhalb des Ultraschalltrichters zugeführt werden und von einer Aufnahmespule aufgenommen werden, auf.
In noch einer weiteren Ausführungsform gibt es einen linear betätigten Rahmen, der einen Vorrat der kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern aufweist. Ein weiterer Rahmen weist eine Mehrzahl von Ultraschalltrichtern, die der Anzahl der Zuführeinrichtungen entsprechen, auf.
OFFENBARUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den begleitenden Zeichnungen erkennbar werden, in denen:
1A–1E schematisch das Ultraschallbefestigungsverfahren dieser Erfindung zum Verbinden zweier Kunststoffteile abbilden;
2 eine schematische Ansicht ist, die das Ultraschallbefestigungsverfahren dieser Erfindung zeigt, wenn Verstärkungselemente an mehr als an einer Stelle eingesetzt werden sollen;
3A–3C schematische Ansichten sind, die eine Art des Ultraschallbefestigungssystems gemäß der Erfindung zeigen;
4 eine schematische Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des Ultraschallbefestigungssystem dieser Erfindung ist;
5 eine Seitenansicht des Ultraschallbefestigungssystem der 4 ist;
6 eine Seitenansicht eines anderen Ultraschallbefestigungssystems gemäß der gegenständlichen Erfindung ist;
7 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Ultraschallbefestigungssystems dieser Erfindung ist;
8 eine schematische Ansicht des in 7 gezeigten Ultraschallbefestigungssystems in Benutzung ist;
9A–9D schematische Ansichten sind, die eine andere Ausführungsform des Ultraschallbefestigungssystem dieser Erfindung zeigen.
1A–1E bilden die anfänglichen Schritte in dem Ultraschallbefestigungsverfahren dieser Erfindung, insofern es sich auf Kunststoffbestandteile bezieht, ab. Das zusammendrückbare Teil 10, 1A, ist aus Schaumstoff oder einem andern geeigneten Material so wie RTV-Silikongummi, FIBERFORM^TM-Graphitisolierung, KAWOOL^TM-Keramikisolierung, Schaum auf Phenolgrundlage, Fiberglas, Isolierung auf Basis von Polyamid, Maleimid, ROHACELLTN^TM; PVC (Polyvinylclorid), Polyäthylenen, Polyestern, Polyurethanen, Polystyrenen, PEEK, PBS oder jegliche andere Substanz, die unter Druck zusammendrückbar ist, hergestellt.
Die Befestiger 12, 1A, 1B und 1C sind innerhalb des zusammendrückbaren Körpers 10 wie gezeigt angeordnet und werden durch das zusammendrückbare Glied 10 während des Einsetzungsvorganges getragen. Die Befestiger 12 können Schrauben sein wie die Schraube 13, 1A oder Stifte, die aus Aluminium, Bor, Kohlenstoff, Glas, Wolfram, festen Phenolverbindungen, festen Polyimiden, Keramik und Verbindungs- oder Verbundstoffen solcher Materialien hergestellt sind. Der Durchmesser, die Länge und der Abstand der Befestiger wird von den Abmessungen der Teile, die verbunden werden sollen, abhängen. Eine andere Art von Befestiger ist der Stift 15 mit Schaft 17 und Kopf 19. Die Befestiger können senkrecht innerhalb des Schaumstoffkörpers 10 oder unter jeglichem gewünschten Winkel angeordnet sein. Die Befestiger 12 werden in das zusammendrückbare Glied 10 von Hand oder unter Verwendung eines numerisch gesteuerten Untersystems (nicht gezeigt) eingesetzt.
Zwei solche Teile, die verbunden werden sollen, sind als Glied 14, 1A und Teil 16 gezeigt, die jegliche Art von thermoplastischem, aushärtbarem oder irgendeinem anderen Kunststoffmaterial sein können. Alternativ kann das Glied 14 ein Kunststoffmaterial und das Glied 16 ein Verbundstoffmaterial, das Lagen von harzverstärktem Gewebe oder Fasern aufweist, sein. Auch könnte das Glied 14 eine Lage von Gewebe, das an dem Kunststoffglied 16 als eine Abdeckung angebracht werden soll, sein, oder das Glied 16 könnte aus Kunststoff sein und Glied 14 könnte Holz oder irgendein anderes Material, das in der Lage ist, Befestiger 12 aufzunehmen, sein.
Die Überlappung des Teiles 14 und des Teiles 16, wie bei 18 gezeigt, wird als der „Verbindungsbereich" zwischen Teilen 14 und 16 bezeichnet und die Kombination aus Befestiger/zusammendrückbarem Glied, die hiernach als Glied 20 bezeichnet wird, wird nahe dem Verbindungsbereich 18 angeordnet.
Sobald Befestiger/zusammendrückbares Glied 20 nahe dem Verbindungsbereich 18 angeordnet ist, wird der Ultraschalltrichter 22 mit Energie versorgt und dazu gebracht, auf Befestiger/zusammendrückbares Glied 20 zu drücken, wie in 1A gezeigt. Diese Betätigung treibt gleichzeitig alle der Befestiger durch Teil 14 und in Teil 16 und verbindet somit die zwei Teile, wie in 1C gezeigt. Das Überbleibsel des zusammendrückbaren Gliedes 10 wird dann entfernt, wie in 1D gezeigt, und jegliche Befestiger, die sich nach oben von der oberen Oberfläche des Gliedes 14 erstrecken, werden fluchtrecht gefeilt oder weiter eingesenkt unter Verwendung des Ultraschalltrichters 22.
Im Querschnitt ist das Ergebnis wie in 1E gezeigt, worin die Befestiger 12 durch beide Teile 14 und 16 angeordnet gezeigt sind. Wenn der Ultraschalltrichter 22 mit Energie versorgt wird, wird Ultraschallenergie auf die Befestiger übertragen und erhitzt somit die Befestiger und erleichtert ihr Einsetzen in Glieder 14 und 16. In der Praxis wurde bemerkt, daß die erhitzten Befestiger ein örtliches Schmelzen an der Verbindungszwischenfläche zwischen den Gliedern 14 und 16 wie bei 24, 1E, gezeigt, verursachen. Wenn dieses geschmolzene Kunststoffmaterial sich verfestigt, hilft es, eine starke Verbindung zwischen den Gliedern 14 und 16 sicherzustellen.
Zwei größere Kunststoffbestandteile 30 und 32 können durch Verwenden einer Mehrzahl von Befestiger/zusammengesetzten Gliedern 20a, 20b, 20c, 20d und 20e, wie in 2 gezeigt, und aufeinanderfolgendes Herabbringen des Ultraschalltrichters 22 um die Befestiger, die in jeder Kombination Befestiger/zusammendrückbares Glied enthalten sind, durch Teil 30 und in Teil 32 zu schlagen, verbunden werden. Dementsprechend ist das Ultraschallbefestigungsverfahren dieser Erfindung für automatisierte, robotische oder numerisch gesteuerte Herstellungsvorgänge geeignet.
In der von Hand gehaltenen Fassung des Ultraschallbefestigungssystems dieser Erfindung weist die Kombination aus Befestiger/zusammengesetztem Teil 20f, 3A und 3B, eine Mehrzahl von Verstärkungselementen 12a im Schaumkörper 10a auf und es gibt auch eine Schutzabdeckung 40, eine Klebelage 42 und eine Entfernungslage 44. Schutzabdeckungslage 40 wird entfernt und der Körper 10a wird auf den Teilen 14A und 16A, die verbunden werden sollen, angeordnet, die Kunststoffteile, Verbundteile (entweder ausgehärtet oder in dem kunststoffimprägnierten oder Vorformlings-Zustand) sein, oder Holz oder sogar metallische oder Legierungsteile oder jegliche Kombination davon sein können. Der von Hand gehaltene Ultraschallwandler 48 wird dann durch die Bedienungsperson mit Energie versehen, die Schalter 46 drückt und einen nach unten gerichteten Druck auf den Ultraschalltrichter 22 über die Griffe 50 und 52 ausübt.
Wie in 3A gezeigt, wird der Wandler 48 zuerst benutzt um die Befestiger des linken Abschnittes des Befestigers/zusammendrückbaren Gliedes 20f einzusetzen und dann zum rechten Abschnitt hinüberbewegt, um die Befestiger jenes Abschnittes durch Teil 14a und in Teil 16a einzusetzen. Der Rest des zusammengedrückten Materials von Befestiger/zusammendrückbarer Körper 20f wird dann abgeschält, 3C, indem man am Ende der Entfernungslage 44 zieht. Alternativ kann der Restbereich des Befestigers/zusammendrückbaren Gliedes 20f an seiner Stelle gelassen werden, um eine zusätzliche Verankerung für die Befestiger 12a zu liefern. In einem wahlfreien Schritt werden die Befestiger 12a fluchtrecht mit der Oberfläche des Teils 14a gesetzt, indem man einen nach unten gerichteten Druck auf den Wandler 48 aufbringt, 3D, und wiederum Ultraschallenergie an das herausragende Ende der Befestiger 12a über den Ultraschalltrichter 22a anlegt.
Wie oben umrissen, beinhaltet die Erfindung auch Merkmale eines Ultraschallbefestigungssystems, worin der Befestiger/zusammendrückbares Material automatisch zum Ultraschalltrichter zugeführt wird. In einer Ausführungsform weist das Ultraschallbefestigungssystem 60, 4, ein Ultraschalltrichteruntersystem 22 und Einrichtungen 62 zum Absenken und Anheben des Ultraschalltrichters 22 auf. Befestiger/zusammendrückbares Glied 20 weisen weiter eine wahlfreie metallische Plattenschicht 77 auf. Die Befestiger werden mittels Schweiß- oder Löttechniken an der metallischen Platte 77 angebracht, bevor sie in den Schaumstoff eingesetzt werden. Die metallische Schicht 77 hilft dabei, Ultraschallenergie auf die Befestiger zu übertragen, hilft beim Aufrechterhalten der Ausrichtung der Befestiger während des Einsetzens und bildet einen integralen Teil des Befestigungsmediums zwischen zwei Teilen. Es gibt auch ein Befestiger/zusammendrückbares Material-Zuführuntersystem 64, 5, zum Zuführen kombinierter Befestiger/zusammendrückbare Glieder 20 unterhalb des Ultraschalltrichters 22.
Der Unterschalltrichter 22 wird nahe des Grundbereiches 66 angehoben und abgesenkt durch die Verwendung von Führungsgliedern 68 und 70, die sich von dem Grundteil 66 nach oben erstrecken, wie gezeigt. Der Ultraschalltrichter 22 und sein zugehöriger Wandler sind gleitbar über Glieder 72 und 74 auf Führungsgliedern 68 bzw. 70 angebracht. Der Anschlag 74 begrenzt die Fahrbewegung des Gliedes 72, so daß der Ultraschalltrichter 22 innerhalb der Öffnung 76 des Grundteils 66 richtig aufgenommen wird. Griffe 80 und 82 werden durch die Bedienperson erfaßt um das Gerät 60 wie erforderlich anzuordnen.
Kraftantrieb 84 ist an der oberen Klammer 86 angebracht und bewegt die Welle 88 in der durch den Pfeil 90 gezeigten Richtung um den Ultraschalltrichter 22 automatisch anzuheben und abzusenken. Ein Vorrat von kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern sitzt innerhalb des Zuführrohres 92, das auch in 5 gezeigt ist. Die Feder 94 ist zwischen der Kappe 96 und dem obersten Glied des Stapels von kombiniertem Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern wie in 5 gezeigt zusammengedrückt um die kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder nach unten in Richtung Grundteil 66 des Gerätes 60 zu drängen. Grundteil 66 weist einen Kanal 98 in Verbindung an seinem einem Ende mit Führungsrohr 92 und in Verbindung an seinem anderem Ende mit der Öffnung 76 in der Grundplatte 66, durch welche der Ultraschalltrichter 22 aufgenommen wird, auf. Der lineare Kraftantrieb 100 treibt die Zuführstange 102 in der durch Pfeil 104 gezeigten Richtung um ein einzelnes Befestiger/zusammendrückbares Glied innerhalb Kanal 98 in eine Stellung unterhalb des Ultraschalltrichters 22 zu stoßen.
Die Bedienungsperson drückt Schalter 110, 4, um die Einsetzabfolge einzuleiten, die wie folgt fortschreitet. Wenn der Schalter 110 heruntergedrückt wird, wird die Zuführstange 104 zurückgezogen um das Ende des Führungsrohres 92 zu öffnen, was den Stapel von kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern 20 veranlaßt, nach unten fortzuschreiten. Die Zuführstange 104 bewegt sich dann vorwärts und stößt ein einzelnes Befestiger/zusammendrückbares Glied innerhalb des Kanals 98 und in Stellung unter Trichter 22. Der Wandler 112 wird dann in Gang gesetzt, was verursacht, daß Ultraschallenergie zum Trichter 22 übermittelt wird. Zur gleichen Zeit wird der Kraftantrieb 84 mit Energie versorgt, was den Trichter 22 in Berührung mit einem kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glied bewegt und Druck anlegt um dasselbe zusammenzudrücken und die Befestiger in Teil 116 einzusetzen. Das Ergebnis ist, daß die Befestiger (in diesem Falle Stifte) die einzelnen Lagen eines Verbundteiles verstärken und eine Lagentrennung verhindern. Alternativ kann System 60 verwendet werden um zwei Verbundteile, zwei Kunststoffteile, ein Kunststoffteil und ein Verbundteil oder jegliche Kombination von verschiedenen Arten von Materialien zu verbinden.
In einer anderen Ausführungsform, Gerät 60, 4, ohne Kraftantrieb 84 ist als Gerät 84' gezeigt, kann auf dem Ständer 130, 6, angebracht sein. Der Ständer 130 weist eine einstellbare Arbeitsoberfläche 132 und einen Hebel 134, der mit einem Zahnstangen- und Zahnradgetriebe 136 zum Anheben und Absenken der Vorrichtung 84' verbunden ist, auf. Der Ultraschalltrichter 22' und der Wandler 112' werden durch die Stromversorgung 138, die durch Fußpedal 140 ausgelöst wird, mit Strom versorgt.
In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung 150, 7, eine Rolle 152 von Band, das die kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder aufweist, die wie gezeigt von der Rolle 152 bei 154 abgeführt werden, auf. Die Aufnahmespule 156 empfängt das verdichtete Material nachdem die Stifte in die Teile getrieben worden sind. Der Roboter 160, 8, ordnet das Gerät 150 im Verhältnis zu den Teilen 162 und 164 (oder einem einzelnen Verbundteil, das schon ausgehärtet ist, oder im Vorform- oder kunststoffimprägnierten Zustand ist, das durch die einzelnen Befestiger in der Form von Stiften verstärkt werden soll), die auf einem Förderband 166 gestützt werden, an. Führungen 168 unterstützen beim Halten des Bandes 154 in der richtigen Stellung.
Für Fälle der Herstellung mit hoher Geschwindigkeit, so wie sie z.B. in der Automobilindustrie angetroffen werden können, kann ein speziell bestimmtes Stück von Maschinerie, die spezifisch für den Zusammenbau eines speziellen Bauteiles entworfen wurde, wünschenswert sein. Entsprechend, wie in 9A–9D gezeigt, gibt es einen ersten Rahmen 190, der eine Mehrzahl von Einsetzgeräten so wie die Einsetzgerät-Ausführungsform, die als 60 in 4 gezeigt ist, aufweist und es gibt einen zweiten Rahmen 192, der eine entsprechende Anzahl von Befestigern/zusammendrückbares Teil-Zuführern ähnlich zu der Führungsrohrunteranordnung 92, die in 5 gezeigt ist, aufweist. Der Rahmen 190 ist mit einem mechanischen, elektrischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Gerät verbunden, das den Rahmen 190 in Bezug auf die Teile 196 und Teil 198, die verbunden werden sollen, anhebt und absenkt. Der Rahmen 192 ist mit einem mechanischen, elektrischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Gerät verbunden, das es erlaubt, daß der Rahmen horizontal in Bezug auf die Teile 196 und 198 verschoben wird. In diesem Falle ist Teil 196 ein Verbund-Versteifungsglied, das Lagen von harzverstärkten Fasern aufweist und Teil 198 ist ein Kunststoffteil. Der Rahmen 192 wird in die Stellung über den Teilen 196 und 198 abgesenkt, wie durch Teil 200, 9A, gezeigt. Zuführ-Untersysteme 92 werden aktiviert um die Befestiger/zusammendrückbaren Glieder 20 an den gewünschten Stellen abzulegen. Rahmen 192 wird dann angehoben und horizontal wie in 9B gezeigt bewegt. Rahmen 190 wird dann in Berührung mit den kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern abgesenkt wie gezeigt und die einzelnen Ultraschalltrichter werden betätigt. Weiteres Absenken des Rahmen 190 drückt die einzelnen kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder zusammen und setzt die Stifte oder Schrauben in die Teile 198 und 196 ein und verbindet sie so. Wie in 9D gezeigt, wird der Rahmen 190 dann angehoben und das fertige Teil 202 wird entfernt und eine andere Folge von Teilen wird verarbeitet. Der Vereinigungsvorgang der oben erörtert wurde wird dann wiederholt.
Obwohl spezielle Merkmale dieser Erfindung in einigen Zeichnungen gezeigt sind und nicht anderen, dient dies nur der Bequemlichkeit, da jedes Merkmal mit jedem oder allen der anderen Merkmale gemäß der Erfindung kombiniert werden kann.
Andere Ausführungsformen werden den Fachleuten ersichtlich werden und liegen innerhalb der folgenden Ansprüche.

Claims

Ein ultrasonisches/Ultraschall-Befestigungsverfahren, aufweisend: Ausrichten eines Kunststoffgliedes (14, 16) in Bezug auf ein zweites Glied (14, 16), das mit besagtem Kunststoffglied (14, 16) an einem Verbindungsbereich (18) dazwischen verbunden werden soll; Einsetzen einer Mehrzahl von Befestigern (12) in ein zusammendrückbares Glied (10) um eine Befestigern/zusammendrückbares Glied-Kombination (20) zu bilden um die richtige Ausrichtung besagter Befestiger (12) während des Einsetzens zu unterstützen und aufrechtzuerhalten; automatisches Zuführen besagter Kombination (20) aus Befestigern/zusammendrückbarem Glied zunächst besagtem Verbindungsbereich (18), und Erteilen von Ultraschallenergie und Druck auf eine Anzahl besagter Befestiger (12) und gleichzeitiges Treiben besagter Anzahl von Befestigern (12) in besagtes Kunststoffglied (14, 16) und in besagtes zweites Glied (14, 16) gleichzeitig während besagtes zusammendrückbares Glied (10) zusammengedrückt wird.
Das Verfahren des Anspruchs 1, weiter aufweisend das Anbringen eines Endes besagter Befestiger an einer Platte (77) vor dem Einsetzen der Befestiger (12) in das zusammendrückbare Glied (10).
Das Verfahren des Anspruchs 1, weiter aufweisend den Schritt des Entfernens jeglichen verbleibenden zusammendrückbaren Materials (10) nachdem die Befestiger (12) in besagtes Kunststoffglied (14, 16) getrieben worden sind.
Das Verfahren des Anspruchs 1, weiter aufweisend den Schritt des Belassens jeglichen verbleibenden zusammendrückbaren Materials (10) auf besagtem Glied (14, 16).
Ein ultrasonisches Befestigungssystem, aufweisend: Ein Ultraschall-Wandler-Untersystem, das einen Ultraschalltrichter (22) und eine Kraftquelle (138) aufweist; eine zuführbare Versorgung von kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern (20), von denen jedes einen zusammenpreßbaren Körper (10) und eine Mehrzahl von Befestigern (12), die in besagten zusammendrückbaren Körper (10) eingesetzt sind derart, daß der zusammendrückbare Körper (10) besagte Befestiger (12) unterstützt, aufweist, und Einrichtungen (64) um besagten Vorrat an besagten Ultraschalltrichter (22) zuzuführen.
Das System des Anspruchs 5, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen ein Grundteil (66) und ein hohles Zuführteil (92), das von besagtem Grundteil nach oben wegsteht und einen Stapel besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) enthält, aufweisen.
Das System des Anspruchs 6, in dem besagtes hohles Teil Einrichtungen zum Drängen der kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder (20) zu besagtem Grundteil (66) hin aufweist.
Das System des Anspruchs 7, in dem besagte Einrichtungen zum Drängen eine Feder (94), ein Ende deren gegen ein geschlossenes oberes Ende des hohlen Teiles (92) angeordnet ist, und ein Ende deren gegen das oberste Glied des Stapels von kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern (20) angeordnet ist, aufweisen.
Das System des Anspruchs 6, in dem besagte Grundlage einen Kanal enthält, der in Verbindung mit besagtem hohlen Zuführteil (92) steht zum Übertragen besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) von besagtem hohlen Zuführteil (92) zu einer Stellung zunächst besagtem Ultraschalltrichter (22).
Das System des Anspruchs 9, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen weiter einen linearen Betätiger, der in Bezug auf besagten Kanal gleitbar ist um besagte kombinierte Befestiger/zusammendrückbare Glieder (20) aus einer Stellung zunächst dem hohlem Zuführteil (92) in eine Stellung zunächst dem Ultraschalltrichter (22) zu übertragen, aufweisen.
Das System des Anspruchs 5, in dem besagte Versorgung eine Rolle von Band (152), die besagte kombinierte Befestiger/zusammendrückbare Glieder (20) aufweist, die unter besagten Ultraschalltrichter zugeführt werden, aufweist.
Das System des Anspruch 11, weiter aufweisend eine Aufnahmespule (156) um Band, das von besagter Rolle abgeführt worden ist, aufzunehmen.
Das System des Anspruchs 5, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen aufweisen: ein Grundteil, das eine Öffnung (76) zum Aufnehmen besagten Ultraschalltrichters (22) aufweist; mindestens ein Führungsteil (68, 70), das von dem Grundteil aufsteht; Einrichtungen um besagten Ultraschalltrichter auf besagtem Führungsteil (68, 70) gleitbar anzubringen; ein hohles Zuführteil (92), das von besagtem Grundteil (66) aufsteht und einen Stapel besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) enthält; und Einrichtungen zum Drängen der kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder (20) zu besagtem Grundteil.
Das System des Anspruchs 5, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen aufweisen: eine Rolle (152) von Band, die die kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder (20), die unter besagten Ultraschalltrichter (22) zugeführt werden, aufweist; und Einrichtungen zum Zuführen des Bandes unter besagten Ultraschalltrichter (22), wobei das Ultraschall-Wandler-Untersystem Einrichtungen (62) zum Absenken und Anheben besagten Ultraschalltrichters (22) aufweist.
Das System des Anspruchs 5, weiter aufweisend; einen ersten Rahmen (190), der eine Mehrzahl der Ultraschall-Wandler-Untersysteme aufweist, von denen jedes einen Ultraschalltrichter (22) aufweist; Einrichtungen zum Absenken und Anheben besagten Rahmens; und einen zweiten Rahmen (192), der eine Mehrzahl von Befestiger/zusammendrückbares Material-Zuführ-Untersystemen aufweist, von denen jedes die Einrichtungen um eines der kombinierten Befestiger/zusammendrückbare Glieder (20) unterhalb jeden besagten Ultraschalltrichter (22) zuzuführen, aufweist.
Das System des Anspruchs 5, weiter aufweisend: Einrichtungen (62) zum Absenken und Anheben besagten Ultraschalltrichters; und in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen eine Rolle (152) von Band, die besagte kombinierte Befestiger/zusammendrückbare Glieder (20), die unterhalb besagten Ultraschalltrichter (22) zugeführt werden sollen, aufweist, aufweisen.
Das System des Anspruchs 5, in dem besagtes Ultraschall-Wandler-Untersystem Einrichtungen (62) zum Absenken und Anheben besagten Ultraschalltrichters aufweist; und besagte Einrichtungen zum Zuführen ein kombiniertes Befestiger/zusammendrückbares Glied (20) unterhalb besagten Ultraschalltrichters (22) aufweisen; und weiter aufweisend einen linear betätigbaren Rahmen, der den Vorrat besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) aufweist.
Das System des Anspruchs 5, weiter aufweisend: Einrichtungen (62) zum Absenken und Anheben besagten Ultraschalltrichters.
Das System des Anspruchs 18, in dem besagte Einrichtungen zum Absenken und Anheben besagten Ultraschalltrichters ein Grundteil (66), das eine Öffnung (76) zum Aufnehmen besagten Ultraschalltrichters (22) aufweist, mindestens ein Führungsglied (68, 70), das von dem Grundteil (66) aufsteht und Einrichtungen zum gleitbaren Anbringen besagten Ultraschalltrichters auf besagtem Führungsglied aufweisen.
Das System des Anspruchs 19, in dem besagte Einrichtungen zum Absenken und Anheben weiter einen Betätiger (84) zum automatischen Absenken und Anheben besagten Ultraschalltrichters (22) aufweisen.
Das System des Anspruchs 18, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen ein Grundteil (66) und ein hohles Zuführteil (92), das von besagtem Grundteil aufsteht und einen Stapel besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) enthält, aufweisen.
Das System des Anspruchs 21, in dem besagtes hohles Teil (92) Einrichtungen zum Drängen der kombinierten Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) zu besagtem Grundteil aufweist.
Das System des Anspruchs 22, in dem besagte Einrichtungen zum Drängen eine Feder (94), ein Ende deren gegen ein geschlossenes oberes Ende des hohlen Teiles (92) angeordnet ist und ein Ende deren gegen das oberste Glied des Stapels von kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Gliedern (20) angeordnet ist, aufweisen.
Das System des Anspruchs 21, in dem besagte Grundlage einen Kanal enthält, der in Verbindung mit besagtem hohlen Zuführglied (92) steht zum Übertragen besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) von besagtem hohlen Zuführteil (92) zu einer Stellung zunächst besagtem Ultraschalltrichter (22).
Das System des Anspruchs 24, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen weiter einen linearen Betätiger (100), der in Bezug auf besagten Kanal (98) gleitbar ist um besagte kombinierte Befestiger/zusammendrückbare Glieder (20) aus einer Stellung zunächst dem hohlem Zuführteil (92) in eine Stellung zunächst dem Ultraschalltrichter (22) zu übertragen, aufweisen.
Das System des Anspruchs 18, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen eine Rolle von Band (152), die die kombinierten Befestiger/zusammendrückbaren Glieder (20), die unter besagten Ultraschalltrichter (22) zugeführt werden, aufweist, aufweisen.
Das System des Anspruchs 26, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen weiter eine Aufnahmespule (156) um Band, das von besagter Rolle (152) abgeführt worden ist, aufzunehmen, aufweist.
Das System des Anspruchs 18, in dem besagte Einrichtungen zum Zuführen einen linear betätigbaren Rahmen, der besagten Vorrat besagter kombinierter Befestiger/zusammendrückbarer Glieder (20) aufweist, aufweisen.
Das System des Anspruchs 28, in dem besagter Rahmen eine Mehrzahl von Zuführgeräten aufweist.
Das System des Anspruchs 29, in dem besagtes Ultraschalltrichter-Untersystem einen Rahmen mit einer Mehrzahl von Ultraschalltrichtern, die der Anzahl der Zuführgeräten entspricht, aufweist.