SK8790Y1 - Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním - Google Patents

Abstract

Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním obsahuje prívod (11) chladiaceho vzduch a nosnú rúrku (1), na ktorej jednom konci je vnútri nosnej rúrky (1) mechanicky ukotvený ohrevný element (2) a zvonka nosnej rúrky (1) usporiadaný výmenný tvarovací nástroj (7). Ten je vybavený na čele dutou tvarovacou časťou na vytvorenie hlavy nitu, pričom na druhom konci nosnej rúrky (1) je umiestnený prívod elektrickej energie. Na ohrevný element (2) je nalisovaný tvarovaný návlek (4), ktorý je na zvýšenie účinku obtekaného chladiaceho vzduchu vybavený na povrchu aspoň jedným zvislým kanálikom a jeho časť, vystupujúca v axiálnom smere z nosnej rúrky (1), je usporiadaná na pripevnenie výmenného tvarovacieho nástroja (7). Druhý koniec nosnej rúrky (1) je vybavený osadením (17) na ukotvenie zariadenia v nosnej doske (15) nitovacej jednotky, v ktorom je zaskrutkovaná priechodka (18) usporiadaná na mechanické prichytenie prívodných vodičov (19) elektrickej energie a na ich utesnenie proti úniku chladiaceho vzduchu. V strednej časti je nosná rúrka (1) vybavená dvoma drážkami (9) s tesniacimi elementmi (22), medzi ktorými je v nosnej rúrke (1) vytvorený priechodný otvor (14), cez ktorý je prevlečený rotačný prívod (11) chladiaceho vzduchu do vnútorného priestoru nosnej rúrky (1) vybavený prívodnou hadičkou (13) a zaistený na nosnej rúrke (1) v axiálnom smere poistnými krúžkami (10).

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka zariadenia na tepelné spájanie dielov zplastov nitovaním, kde aspoň jeden diel spoja, prípadne obidva, sú zhotovené z termoplastu, využívajúce na tepelný ohrev nitovacieho nástroja prispôsobeného na tvarovanie hlavy plastového nitu elektrickú energiu.

Doterajší stav techniky

Doteraz sa na spájanie plastových dielov navzájom alebo plastových dielov s dielmi z iných materiálov hojne, najmä v automobilovom priemysle, používajú nitové spojenia. Pri týchto nitových spojoch má jeden z dielov na svojom povrchu v mieste budúceho spoja vytvorený (vylisovaný) plastový nit v tvare valca, zrezaného kužeľa alebo iného tvaru ako kruhového prierezu, pričom je výhodné, keď os plastového nitu je kolmá na plochu pripojovaného dielu, a ak sú diely navzájom spájané väčším počtom nitov, potom je vhodné, keď osi všetkých nitov sú rovnobežné. Pripájaný diel alebo pripájané diely majú naopak v mieste budúceho spoja vytvorené (vylisované) otvory, ktorými pri spojení prechádza nit z prvého (základného) dielu. Vlastné spojenie sa vytvára tak, že nit, respektíve nity, sa s využitím tepelnej energie nitovacími nástrojmi plasticky deformujú a následne ochladia, pričom sa vytvarujú hlavy nitov, napríklad v tvare guľového vrchlíka, zrezaného kužeľa a pod. Výtvarovaním hláv nitov sú obidva plastové diely (alebo aj viac dielov) vzájomne spojené.

V súčasnosti používané nitovacie nástroje majú rúrkovitý tvar, kde na jednom konci rúrky je umiestnený tepelný ohrevný element, ktorý má hladké steny a jeho pevnou súčasťou je aj tvarovacia časť, ktorá má na konci recipročný tvar zodpovedajúci požadovanému tvaru budúcej hlavy nitu. Prívody elektrickej energie a chladiaceho vzduchu sú tu umiestnené na protiľahlej strane nirky.

Sú tiež známe výmenné tvarovacie nástroje na tvarovanie hláv plastových nitov vybavené závitomna naskrutkovanie na nitovacie zariadenie, ktoré sú v súčasnosti obvykle zhotovené z ocele, zliatin hliníka alebo zliatin medi. Na povrchu je takýto výmenný tvarovací nástroj vybavený tvrdšou vrstvou vytvorenou galvanickým alebo chemickým postupom, prípadne tepelným spracovaním alebo naprašovanímvo vákuu.

Nitovací nástroj, ako súčasť nitovacej jednotky, by mal byť konštruovaný tak, aby bolo možné nitovacie jednotky umiestniť čo najbližšie k sebe, a tým docieliť vytváranie hláv aj pri nitoch, ktoré sú blízko seba, respektíve majú veľkú hustotu rozmiestenia. Jestvujúca kumulácia prívodov energií na jednom konci rúrky nitovacieho nástroja však zaberá veľa priestoru, čo neumožňuje umiestniť nitovacie nástroje tak blízko seba, ako to vyžadujú aplikácie nitovania s veľkou hustotou nitov. Preto je nutné nitovanie takýchto spájaných dielov vykonávať oddelene vo viacerých krokoch, čo síce umožní zväčšiť odstup jednotlivých nitovacích nástrojov v každom kroku, ale tento postup vedie k zvyšovaniu nákladov plynúcich z nutnosti použitia viacerých prípravkov, do ktorých sa spájané diely zakladajú, s čímsú spojené náklady navyše na zvyšovanie počtu manipulačných úkonov medzi jednotlivými nitovacími pozíciami a zabratie miesta na ďalšie strojné zariadenia. Nevýhodou doteraz používaného ohrevného elementu nástroja je skutočnosť, že z dôvodu ľahkej výroby má ohrevný element hladké steny, okolo ktorých prúdi chladiaci vzduch nesystémovo, čo predlžuje čas chladenia a zvyšuje náklady na spotrebu chladiaceho vzduchu.

Doteraz používané výmenné tvarovacie nástroje sú zhotovované z materiálov majúcich veľký súčiniteľ tepelnej vodivosti a čo najvyššiu tvrdosť. Pretože však v neupravenom stave nespĺňajú požiadavku na potrebnú povrchovú tvrdosť, musia byť vybavené odolnejšou povrchovou vrstvou, ktorá má zároveň znižovať alebo zabraňovať prichytávaniu či prilepovaniu nitovaného plastu na ich povrchu. Typ nanesenej povrchovej vrstvy a jej životnosť pritom závisí od druhu nitovaného plastu a jeho lepivosti k materiálu výmenného tvarovacieho nástroja. Keďže aj tieto nanesené povrchové vrstvy majú obmedzenú životnosť, je preto potrebné výmenné tvarovacie nástroje často meniť, pretože by pri ich opotrebení dochádzalo k zmene tvaru hláv nitov a prilepovaniu nitovaného materiálu na tvarovací nástroj.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním, obsahujúce prívod chladiaceho vzduchu a nosnú rúrku, na ktorej jedno m konci je vnútri nosnej rúrky mechanicky ukotvený ohrevný element a zvonka nosnej rúrky usporiadaný výmenný tvarovací nástroj vybavený na čele dutou tvarovacou časťou na vytvorenie hlavy nitu, pričom na druhom konci nosnej rúrky je umiestnený prívod elektrickej energie, podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že na ohrevný element je nalisovaný tvarovaný návlek, ktorý je na zvýšenie účinku obtekaného chladiaceho vzduchu vybavený na povrchu aspoň jedným zvislým kanálikom a jeho časť, vystupujúca v axiálnom smere z nosnej rúrky, je usporiadaná na pripevnenie výmenného tvarovacieho nástroja. Druhý koniec nosnej rúrky

S K 8790 Υ1 je vybavený osadením na ukotvenie zariadenia v nosnej doske nitovacej jednotky. Do tejto osadenej časti rúrky je zaskrutkovaná priechodka usporiadaná na mechanické uchytenie prívodných vodičov elektrickej energie a na ich utesnenie proti úniku chladiaceho vzduchu. V strednej časti je nosná rúrka vybavená dvoma drážkami s tesniacimi elementmi, medzi ktorými je v nosnej rúrke vytvorený priechodný otvor, cez ktorý je prevlečený rotačný prívod chladiaceho vzduchu do vnútorného priestoru nosnej rúrky. Rotačný prívod je vybavený prívodnou hadičkou a na nosnej rúrke je zaistený v axiálnom smere poistnými krúžkami.

Na výrazné zlepšenie chladiaceho účinku sú výhodne zvislé kanáliky tvarovaného návleku ohrevného elementu vybavené striedavo usporiadanými rebrami alebo majú tvar meandrov, a/alebo má kanálik tvar skmtkovice.

Z hľadiska ľahkej výmeny výmenného tvarovacieho nástroja je výhodné, ak časť tvarovaného návleku, vystupujúca v axiálnom smere z nosnej rúrky, je vybavená vonkajším závitom alebo má valcový tvar. Vtejto súvislosti je tiežvýhodné, ak výmenný tvarovací nástroj je vybavený vnútorným závitom na uchytenie na vystupujúcej časti tvarovaného návleku z nosnej rúrky. Pre správnu fúnkciu je potom výhodné, keď je nosné teleso výmenného tvarovacieho nástroja zhotovené zkovu s vysokou tepelnou vodivosťou, napríklad zo zliatin hliníka alebo medi, v ktorého zahĺbení je mechanicky upevnená tableta zhotovená zo spekaného tvrdokovu alebo keramického materiálu. Ako výhodné sa tiež javí, keď je výmenný tvarovací nástroj zhotovený monoliticky z tvrdokovu alebo keramického materiálu.

Predmetné technické riešenie na zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovanímsa od známych riešení líši rozdelením prívodov energií na dve miesta, čo umožňuje usporiadať nitovacie nástroje v menších vzdialenostiach od seba, a tak nitovať na jednom stroji viac nitov súčasne. Novou konštrukciou zariadenia sa teda docieľuje vyššia hustota pri zástavbe nitovacích jednotiek, pričom sa zvýši variabilnosť v trasovaní prívodov energií do zariadenia a usporiadaním zvislých kanálikov v návleku ohrevného elementu dochádza k zrýchleniu chladenia, čo vedie k úspore tlakového chladiaceho vzduchu a k skráteniu pracovného cyklu.

Novou konštrukciou výmenného tvarovacieho nástroja sa dosiahne kratší čas operácie nitovania, zvýši sa životnosť nástroja a zlepší sa rozmerová a tvarová stabilita hláv nitov nitovaného spoja, a najmä sa odstráni prilepovanie vysoko lepivých plastov na výmenný tvarovací nástroj, čím sa zníži početnosť údržbových zásahov počas výrobného procesu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie bude bližšie vysvetlené pomocou výkresov, kde na obr. 1 je znázornený zvislý rez zariadením na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním, ktoré je tu uchytené v držiaku nitovacej jednotky, vrátane prívodov energií. Na obr. 2a je v zväčšenej mierke zobrazený ohrevný element s nalisovaným tvarovaným návlekom, kde zvislé kanáliky na jeho povrchu sú vybavené striedavo usporiadanými rebrami. Na obr. 2b majú zvislé kanáliky tvar meandrov a na obr. 2c má zvislý kanálik tvar skmtkovice. Obr. 3 zachytáva časť nitovacieho zariadenia a dva plastové diely pripravené na vytvorenie nitového spoja predmetným zariadením Z obr. 4a je v zväčšenej mierke viditeľný výmenný tvarovací nástroj pozostávajúci z nosného telesa, napríklad zo zliatin hliníka alebo medi, v ktorého zahĺbení je mechanicky upevnená tableta zhotovená zo spekaného tvrdokovu alebo keramického materiálu a na obr. 4b je tiež v zväčšenej mierke vyobrazený výmenný tvarovací nástroj, ktorý je zhotovený monoliticky z tvrdokovu alebo keramického materiálu.

Príklady uskutočnenia

Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním pozostáva, ako je zrejmé z obr. 1, z nosnej rúrky 1, na ktorej jednom konci je mechanicky, pomocou prelisov 6 ukotvený ohrevný element 2, na ktorý je nalisovaný tvarovaný návlek 4, ktorý je na zvýšenie účinku obtekaného chladiaceho vzduchu vybavený na povrchu obvykle jedným až tromi kľukatými zvislými kanálikmi, ktorých však v závislosti od ich šírky môže byť aj viac. Tieto zvislé kanáliky tvarovaného návleku 4 ohrevného elementu 2 sú, ako je viditeľné z obr. 2a, 2b a 2c, vybavené buď striedavo usporiadanými rebrami 5, alebo majú tvar meandrov 23, a/alebo kanálik má tvar skmtkovice 24, pričom kanáliky svojím tvarom predlžujú dráhu, ktorou chladiaci vzduch obteká ohrevný element 2, čím je výrazne zvyšovaný jeho chladiaci účinok. Časť nalisovaného tvarovaného návleku 4, vystupujúca v axiálnom smere z nosnej nirky 1, je usporiadaná na pripevnenie výmenného tvarovacieho nástroja 7. V danom prípade je táto časť návleku 4 vybavená vonkajším závitom 25, ale môže mať aj valcový tvar, slúžiaci na uchytenie výmenného tvarovacieho nástroja 7, ktorý je na čele vybavený dutou tvarovacou časťou 8 na vytvorenie hlavy nitu 20. Druhý koniec nosnej rúrky 1 je vybavený osadením 17, ktoré slúži na ukotvenie zariadenia v nosnej doske 15 nitovacej jednotky, kde osadenie 17 je k nosnej doske 15 pritlačované svorkou 16, ktorá je umiestnená pod nosnou doskou 15. Na ľahšiu výmenu a manipuláciu majú koncové časti nosnej dosky 15 a prítlačné svorky 16 otvory, respektíve vybrania v tvare U, v ktorých je osadenie 17 nosnej

S K 8790 Υ1 rúrky 1 uchytené. Zhora je do osadenej časti nosnej rúrky 1 zaskrutkovaná priechodka 18, usporiadaná na mechanické uchytenie prívodných vodičov 19 elektrickej energie a na ich utesnenie proti úniku chladiaceho vzduch. Priechodku 18 je možné pretiahnuť otvorom v nosnej doske 15, čo tiež uľahčuje montáž a výmenu zariadenia. V strednej časti je nosná rúrka 1 vybavená dvoma drážkami 9 s tesniacimi elementmi 22, medzi ktorými je v nosnej rúrke 1 vytvorený priechodný otvor 14, cez ktorý je prevlečený rotačný prívod 11 chladiaceho vzduchu do vnútorného priestoru nosnej rúrky 1. Rotačný prívod 11 je na nosnej rúrke 1 v axiálnom smere zaistený poistnými krúžkami 10, pričom je vybavený spojkou 12, do ktorej je zasunutá hadička 13 prívodu chladiaceho tlakového vzduchu.

Materiálovo je celá konštrukcia zariadenia vyhotovená tak, aby odolávala prevádzkovej teplote, ktorá dosahuje v závislosti od druhu nitovaných plastov až 300 °C, pričom nosná rúrka Ije zhotovená z nehrdzavejúcej ocele.

Výmenný tvarovací nástroj 7 má nosné teleso 3 zhotovené buď z kovu s vysokou tepelnou vodivosťou, napríklad zo zliatin hliníka alebo medi, ako je znázornené na obr. 4a, v ktorého zahĺbení je mechanicky upevnená, napríklad zalisovaním alebo zalemovaním, prípadne tvrdým spájkovaním, tableta 27 zo spekaného tvrdokovu alebo keramického materiálu - technickej keramik} , ktorá má, ako už bolo uvedené, na svojom čele dutú tvarovaciu časť 8, ktorej tvar a objem zodpovedá tvaru a požadovanej velkosti hlavy nitu 20, pričomvýmenný tvarovací nástroj 7je vybavený vnútorným závitom 26 na uchytenie na vystupujúce časti tvarovaného návleku 4 z nosnej rúrky 1. Alebo je, pozri obr. 4b, výmenný tvarovací nástroj 7 zhotovený monoliticky z tvrdokovu alebo keramického materiálu - technickej keramiky.

Zariadenie podľa tohto technického riešenia pri vytváraní nitovaného spoja pracuje, ako vyplýva z obr. 3, tak, že sa najskôr začne zvyšovať teplota jeho ohrevného elementu 2, a tým súčasne aj výmenného tvarovacieho nástroja 7, ktorý je naskrutkovaný alebo inak mechanicky uchytený, napríklad zvemým spojením, na tvarovaný návlek 4 ohrevného elementu 2, a nitovacia jednotka prisunie v smere šípky nitovací nástroj 7 k nitovanému spoju v smere jeho osi na dotyk s nitom 20. Pohyb zariadenia sav tomto stave na krátky čas zastaví, pričom tento okamih slúži na zistenie nepoškodenosti tvaru alebo prítomnosti nitu 20. Po uvedení materiálu plastového nitu 20 do plastifikačného stavu sa zariadenie pohybuje ďalej v smere šípky kspojovanýmdielom, až na ne dosadne a výmenným tvarovacím nástrojom 7 vytvorí hlavu nitu 20 nitového spoja. Po dosiahnutí tejto pozície začne hadičkou 13 prúdiť chladiaci vzduch cez rotačný prívod 11 do vnútorného priestoru nosnej rúrky 1. Ďalej chladiaci vzduch prúdi zvislými kanálikmi tvarovaného návleku 4 ohrevného elementu 2 a ochladzuje vytvorený nitový spoj. Po ochladení spoja nitovacia jednotka odsunie výmenný tvarovací nástroj 7 späť do východiskovej polohy.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním obsahujúce prívod chladiaceho vzduch a nosnú rúrku, na ktorej jednom konci je vnútri nosnej rúrky mechanicky ukotvený ohrevný element a zvonku nosnej rúrky usporiadaný výmenný tvarovací nástroj vybavený na čele dutou tvarovacou časťou na vytvorenie hlavy nitu, pričom na druhom konci nosnej rúrky je umiestnený prívod elektrickej energie, vyznačujúce sa tým, že na ohrevný element (2) je nalisovaný tvarovaný návlek (4), ktorý je na zvýšenie účinku obtekaného chladiaceho vzduchu vybavený na povrchu aspoň jedným zvislýmkanálikom a jeho časť, vystupujúca v axiálnom smere z nosnej rúrky (1), je usporiadaná na pripevnenie výmenného tvarovacieho nástroja (7), pričom druhý koniec nosnej rúrky (1) je vybavený osadením(17), na ukotvenie zariadenia v nosnej doske (15) nitovacej jednotky, v ktorom je zaskrutkovaná priechodka (18) usporiadaná na mechanické uchytenie prívodných vodičov (19) elektrickej energie a na ich utesnenie proti úniku chladiaceho vzduchu, pričom v strednej časti je nosná rúrka (1) vybavená dvoma drážkami (9) s tesniacimi elementmi (22), medzi ktorými je v nosnej rúrke (1) vytvorený priechodný otvor (14), cez ktorý je prevlečený rotačný prívod (11) chladiaceho vzduchu do vnútorného priestoru nosnej rúrky (1) vybavený prívodnou hadičkou (13) a zaistený na nosnej rúrke (1) v axiálnom smere poistnými krúžkami (10).
2. 2. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že zvislé kanáliky tvarovaného návleku (4) ohrevného elementu (2) sú vybavené striedavo usporiadanými rebrami (5).
3. 3. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že zvislé kanáliky tvarovaného návleku (4) ohrevného elementu (2) majú tvar meandrov (23).
4. 4. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že zvislý kanálik tvarovaného návleku (4) ohrevného elementu (2) má tvar skrutkovice (24).
5. 5. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním podľa nárokov laž4, vyznačujúce sa tým, že časť tvarovaného návleku (4), vystupujúca v axiálnom smere z nosnej rúrky (1), je vybavená vonkajším závitom (25) alebo má valcový tvar.
6. 6. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním podľa nárokov la 5, vyznačujúce sa tým, že výmenný tvarovací nástroj (7) je vybavený vnútorným závitom (26) na uchytenie na vystupujúcu časti tvarovaného návleku (4) z nosnej rúrky (1), pričom má nosné teleso (3) zhotovené z kovu s vysokou tepelnou vodivosťou výhodne zo zliatin hliníka alebo medi, v ktorého zahĺbení je mechanicky upevnená tableta (27) zo spekaného tvrdokovu alebo keramického materiálu.
7. 7. Zariadenie na tepelné spájanie dielov z plastov nitovaním podľa nárokov la 5, vyznačujúce sa tým, že výmenný tvarovací nástroj (7) je vybavený vnútorným závitom (26) na uchytenie na vystupujúcej časti tvarovaného návleku (4) z nosnej rúrky (1), pričom je zhotovený monoliticky z tvrdokovu alebo keramického materiálu.