WO2017005782A1 - Verfahren zum ausbilden eines eingriffabschnitts in einem werkstück - Google Patents

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recess
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curable
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PCT/EP2016/065955
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Thomas Bettermann
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Weeke Bohrsysteme Gmbh
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    • F16B3/005—Key-type connections; Keys the key being formed by solidification of injected material

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming an engagement portion s, in particular a
  • Thread in a workpiece, in particular of wood
  • Wood fiber containing materials wood composites, veneer, plastic and combinations thereof.
  • the workpieces used here are often at least
  • chipboard or MDF boards examples of this are chipboard or MDF boards
  • the present invention has been conceived in view of the drawbacks described above, and it is an object of the present invention to provide a method comprising, in a workpiece, preferably at least partially made of wood, wood fiber containing materials,
  • an engagement portion can be formed in the simplest possible way, moreover, ensures a secure engagement with a corresponding engagement element and facilitates the assembly of different workpieces by means of the engagement member.
  • the present invention provides a method according to claim 1. Further preferred embodiments are given in the dependent claims. Furthermore, the invention is to a manufactured by this method
  • Engagement portion are formed in the workpiece, which is a "negative" of the engagement structure of the engagement element
  • the formation of the engagement portion s works by simply pressing the engagement element into a curable filling compound and thus in a particularly simple and productive manner.
  • the hardening of the filling compound produces a kind of toothing effect between the then at least partially hardened filling compound and the structure of the workpiece, into which the hardenable ⁇ that is the not yet hardened) filling compound penetrates.
  • the penetration of the filling material into the structure of the workpiece is thereby by the impressions of the
  • Engaging elements in which. the filling material penetrates into or engages around and / or surrounds the engagement structure located on the engagement element. As a result, you get a very stable connection between the workpiece, filling material and engagement element.
  • the connection Wer Swiss-Fül imasse input element is thereby preferably one
  • cooling air is applied or in
  • Engagement portion with the correct i. can fit exactly matching engagement element.
  • the engagement structure is on the
  • Engagement element an (external) thread so that in the filling material or in the workpiece an ⁇ internal) thread is formed as an engagement portion.
  • the engagement is learning after holding pressed into the curable filling material for a predetermined period of time in a predetermined position, preferably until at least partially curing the filling material.
  • Workpiece is formed at the desired position and in the correct orientation.
  • the predetermined volume is such
  • Fill mass is used. Too much filling material would possibly cause the problem with it that the filling material swells out of the recess during the pressing of the engagement element and hardens in this state, which could affect both the material appearance and the further processing.
  • the proportion which penetrates into the workpiece when the engagement element is pressed in can be taken into account. This proportion can be added to the predetermined volume accordingly.
  • the optimum filling quantity of the filling compound can be adjusted more accurately.
  • the proportion of the filling material, which penetrates into the workpiece depends essentially on the Structure, ie the porosity ,, of the workpiece. In a coarse particle board, a larger amount of filling material will penetrate than in a plastic composite plate.
  • the curable filling compound is preferably a pasty mass.
  • Molding material both the engagement structure of the engagement element and the structures of the workpiece optimally "flow around” or can penetrate into this.
  • the method preferably has regard to
  • Introducing the filler further comprises the steps of: feeding granules to an extruder and melting the granules in the extruder to form the curable filler.
  • hardenable filling compound allows both a simple preparation of the filling compound with the desired properties as well as the targeted delivery of the same.
  • Processing a granulate will further be a simple one
  • the granules are granules which
  • the curable filler is a
  • thermoplastic mass which when heated in a thermoplastic state passes and when cooled
  • the method then further comprises heating the filling compound before or during insertion into the recess.
  • thermoplastic material has the advantage of a simple processing. Furthermore, both in the not yet cured (curable) state and in the cured state, the desired
  • the step of heating prior to introduction of the filling compound can set a suitable viscosity of the filling compound so that it is both easy to process and has the desired flow properties for penetrating into the engagement structure of the engagement element and the structure of the workpiece.
  • a particularly secure engagement of the engagement element with the workpiece can be combined with the simplest possible processing.
  • thermoplastic materials are also biodegradable.
  • Such can be, for example
  • thermoplastic polyesters such as
  • the curable filling compound can be designed such that this
  • Energy supply can be cured. Then the process has the additional step of curing the curable filler by supplying energy.
  • This energy may, for example, be thermal energy, the material then being exposed, for example, by laser,
  • Infrared or microwave radiation energy is supplied.
  • this energy supply for example, a
  • the curable filling compound may also be such
  • Raw mass can be formed.
  • the method then further comprises the steps of introducing the raw material into the
  • the raw material can, for example, from a
  • Granulate be formed, which is introduced into the recess.
  • a preformed "plug" in raw form can be introduced into the recess, which is then transferred by energy supply into the curable filling material.
  • the curable filling compound preferably comprises a mixture of biological polymers and natural fibers.
  • the biological polymers or biopolymers can be prepared, for example, from sugar by fermentative and polymer chemical processes.
  • biopolymer (the biological polymer) lignin, which, for example, directly from the
  • Woodworking can be won.
  • To reinforce the cured filling material for example
  • Reinforcing fibers such as wood fibers, flax, hemp, sisal, jute or other plant fibers may be present.
  • natural resin natural wax, natural oils and cellulose may be present, with the aid of which, for example, the vi scolastic properties of the filling material and the like Hardening and softening can be adjusted.
  • polyhydroxyalkanoates polyhydroxyalkanoates
  • Polyhydroxialbutyraten, polycaprolactone, polyester and / or starch Polyhydroxialbutyraten, polycaprolactone, polyester and / or starch.
  • Recess further comprises a countersink on the workpiece, wherein the countersink is dimensioned such that in this at least the protruding from the recess part of the engagement member can be accommodated such that the engagement member does not project beyond the contour of the workpiece.
  • the recess has an undercut with respect to the indentation direction of the engagement element into the filling compound.
  • a groove or a plurality of grooves may be formed in the workpiece, which extend transversely (in particular perpendicular) to the Eindrückraum of the engagement member and are cut into the walls of the recess.
  • the grooves may be provided in parallel arrangement.
  • a groove is formed thread-like or helically encircling.
  • Filling compound engages in the grooves.
  • the grooves in the Urafangscardi the recess be formed in full or in sections.
  • the engagement element is a screw, which further preferably has a countersunk or round head.
  • the latter are for example advantageous if that with the.
  • Engagement element provided workpiece to be stacked.
  • the screw is a deep
  • Thread for example in the form of a self-tapping
  • FIGS. 1A to 1C schematically illustrate the various steps of an embodiment of the method according to the invention, cross-sections being shown in FIGS.
  • FIGS 2A to 2E illustrate developments of the method according to the invention by means of cross sections.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of a device with which the method according to the invention
  • FIGS 4A to 4D illustrate further embodiments in the form of cross sections.
  • Figure 1 shows in the sub-figures 1A to IC the
  • an internal thread to be formed on or in the workpiece 10 is an essential step of a method according to the invention for forming an engagement section in a workpiece 10
  • a workpiece 10 having a recess 11 is provided.
  • a curable but not yet cured filling compound 20 is introduced in the next step.
  • Hardness in this case means that the filling material can change its viscoelastic properties by a process of aging so that it does not become viscoelastically when cured under normal conditions
  • the cured filling material either withstand the occurring stresses or break, i. in particular, no plastic flow in the sense of a
  • “Not yet cured” refers to a state in which the filler has viscous properties and can increase (ie, increase without substantial increase in stress) in the material without unduly long stress, but at the same time, it is preferred that the material be plastically deformed
  • Filling compound is not completely liquid, as this is the Incorporation of the filling material in the recess would complicate.
  • the filling compound can in this "not yet cured"
  • Fill mass state are set so that the filling material, at least until the introduction of the engagement element (until the onset of Aushärtevorgancs), for example, under the influence of gravity does not flow significantly. This makes it possible to process the filling compound "overhead" or on the inclined workpiece.
  • the viscosity is at least initially so low that the filling compound can penetrate at least partially into the rough surface of the recess 11 in the workpiece and thus "intermesh" with the workpiece during curing thought of the often rough cut edges of chipboard.
  • a viscosity range from 20,000 mPas to 100,000 mPas is suitable for the uncured filling material.
  • other viscosities may be adjusted depending on the specific application.
  • the filling compound 20 When introduced into the embryo 11, the filling compound 20 has egg egg predetermined volume V. After introducing the filling compound 20 is in the not yet cured
  • the engagement element 30 has an engagement structure
  • the recess 11 is limited at least bodensei t ig by the workpiece 10.
  • the recess 11 shown in the drawings is milled into the workpiece 10, for example in the form of a straight circular cylinder.
  • any other shape of recess may be used as and when required (e.g. a cuboid recess or a recess with a generally polyhedral cross-section and a tapered recess).
  • the recess 11 in this case has a larger cross-section than the part of the engagement member 30 which in the
  • the volume of the recess 11 is slightly larger than the part of the engagement member 30 which is to be arranged in the recess. This constitutes one
  • Engagement element 30 is pressed into the filling material 20 located in the recess 11.
  • the engagement element 30 By introducing the engagement element 30 into the filling compound 20, the engagement element 30 assumes a predetermined position with respect to the workpiece.
  • a case is shown in which the engagement element is arranged perpendicular to the surface of the workpiece.
  • any inclined orientations are conceivable.
  • the filling compound 20 is the
  • the user has to unscrew only the screw 30 from the cured filling compound 20, in which by pressing and curing an internal thread (engaging portion) is trained. Thereafter, the workpiece 10 may be connected to a suitable counterpart (for example, another workpiece having a corresponding through hole) by screwing the screw (engaging element) back into the internal thread ⁇ engaging portion) formed in the workpiece.
  • a suitable counterpart for example, another workpiece having a corresponding through hole
  • the predetermined volume V is in the recess 11th
  • filled filling compound 20 preferably to be dimensioned so that it is substantially the volume of the recess 11 minus the volumetric displacement of the Eingriffseiements 30th
  • Engaging element penetrates into the workpiece. This proportion can be added to the predetermined volume accordingly.
  • topping up the filling compound can cause the hardened Filling compound over the edge of the workpiece 10 is also, so it can fulfill the function of a "washer" or a spacer.
  • the viscosity of the curable, not yet cured filling compound 20 is formed such that, although an impressions of the
  • the material of the filling compound 20 is a thermoplastic composition that when heated in a thermoplastic state
  • Preference is given to heating to a temperature of 180 ° C to 220 ° C.
  • thermoplastic filling compound 20 before introduction into the
  • Recess 11 is heated.
  • the hardening of the filling by Cooling after the engagement element 30 has been introduced is usually carried out without additional processing step, solely by cooling the softened material by the cooler ambient air.
  • the cooling of the filling compound can also be supported by a dedicated cooling step. This may include, for example, the inflation of cooling air.
  • a filling compound 20 which has a biopolymer which is characterized by biodegradability and is substantially bio-based, for example by fermentative and polymer chemical
  • the biopolymer has lignin.
  • the material may include natural resins, natural waxes, natural oils, cellulose and natural reinforcing fibers, such as
  • the material of the filling compound may furthermore Polyhydroxialkanoate, Polyhydroxiaibutyraten,
  • thermoplastic component in particular biodegradable thermoplastics b z w.
  • the filling compound prefferably wood dust or wood flour of a preceding processing step
  • the filling material need not be separately taken into account with respect to a recycling operation.
  • the filling compound 20 may also be designed such that it cures with the supply of energy. So is
  • the filling compound then preferably has two components, a base mass and a
  • Heat input is activated.
  • the necessary heating is then for example in a range of about 195 ° C.
  • the filling compound 20 can then be cured, for example, by irradiation with artery energy or (laser) light or the action of ultrasound energy.
  • a workpiece produced by the method illustrated in FIGS. 1A to 1C is thus characterized by a recess which is filled with a hardened filling compound 20 in which in turn an engagement section is formed which engages with an engagement structure of an engagement element.
  • the engagement portion is the geometric counterpart (negative) to
  • Recess 11 has thereby supplying a granulate woody material, in particular a mixture of
  • biodegradable polymers and natural fiber proven to be an extruder.
  • the granules are then melted in the extruder to form the curable (not yet cured) filling material, which then hardens again on cooling.
  • Example of a screw described as an engagement element Example of a screw described as an engagement element.
  • a protruding engagement element 30 (see Figure IC) may be disadvantageous.
  • a screw head of a screw 30 can be sunk for transport in the workpiece 10.
  • the recess may also be of conical cross-section with oblique sidewalls ⁇ see Figure 2C).
  • Recess 11 which is potted with a cured filling compound 20, which in turn has an engagement portion with which an engagement member via a formed thereon engagement structure is engaged.
  • Engaging portion is the counterpart (negative) to the engagement structure and the engagement takes place in substantially complete positive engagement. Further, a recess 12 is formed around the recess 11, which is dimensioned so that it can accommodate at least the protruding part of the recess 11 of the engaging member 30 such that it does not project beyond the contour A of the workpiece 10.
  • the recess as in
  • Figures 2D and 2E have shown an undercut 14 with respect to the Eindschreibraum of the engagement member.
  • the recess indicates. a portion which faces away in the Eindschreibraum of the engagement member of the side, pressed from the engagement element ago is, a region having a larger inner diameter, as the portion of the recess, from which the
  • Hi terschneidung 14 may take the form of an inverted
  • the filling compound is designed such that, in particular by energy supply, it can be transferred from this raw state into the not yet cured state to form the curable filling compound.
  • the filling material after the.
  • Introducing the filling material in the raw state then be transferred in the recess 11 in the not yet cured state. This can be done for example by heating the filling compound or by ültraschallein Brady on the workpiece, which then not shown ultrasonic electrodes on the workpiece
  • heating may be provided in particular by hot air, laser radiation and microwaves, which may also be used in combination (possibly with the effect of the ültras).
  • Laser radiation or microwaves this can also by
  • Admixing be supported by polymers which the
  • the device has a clamping device 120 for the workpiece 10. Furthermore, the device has a tool carrier 130, in which different tool heads 101, 110 and 140 can be accommodated. These tool heads include, for example, a boring / milling device 110 for mounting a workpiece in the workpiece 10
  • the device has as a tool head via a holding device 140 for
  • the application unit 101 has an extruder 103, which preferably conveys granular raw material while heating to an outlet opening 102.
  • the raw material for the filling material can in a reservoir 105th
  • these tool heads 101, 110 and 140 are shown above one another in the apparatus shown in FIG. However, it should be noted that they can be accommodated in the tool head 130 with the aid of an exchangeable magazine, which is a change of the
  • tool carrier 130 can also be designed such that it also receives the tool heads for the respective method step individually from a separate magazine and after completion of the
  • the tool head 130 has a spindle unit for driving the drill / milling device or the extruder 103.
  • the tool carrier 130 is designed as a so-called “five-fold tool carrier", which holds with respect to the held by the clamping devices 120 Workpiece can be moved and aligned in five directions. These directions can affect each other
  • the device may have power sources 150 which are then designed to accommodate the
  • Engaging elements or for transferring the filling material from a raw state in a not yet cured but curable state (which can then be cured ⁇ are used.
  • Such energy sources can for example
  • the device may further include a not shown
  • Control unit which is designed such that it first controls the formation of a recess 11 with a certain volume in the workpiece 10 and then calculated based on this volume of the recess, the predetermined volume of the filling material 20, which is to be introduced into the recess 11, wherein the predetermined volume V preferably so
  • the porosity of the workpiece can be taken into account. Since the filling material penetrates into the pores of the workpiece, if necessary, an impact dependent on the porosity of the workpiece must be added to the volume calculated above.
  • the device may also be designed such that the tool carrier 130 only in the X-Y and Z direction relative to the by the clamping devices
  • the workpiece 10 can also be transported by a conveyor, not shown, with respect to the tool carrier 130, in order to carry out the method according to the invention in one pass.
  • FIG. 4 once again schematically shows a number of possible embodiments in cross-section.
  • FIG. 1 shows a recess 11 with countersink 12 after the hardenable filling compound 20 has been introduced.
  • the amount or the volume of the filling compound 20 may be such that the
  • volume of the filling compound 20 may also be so
  • FIG. 4D shows an embodiment which again demonstrates the versatility of the method
  • Dressing layer 15 to prepare together with the attached thereto engagement elements 30, and then press as a whole so to the workpiece 10 that the engagement elements 30 penetrate into the filled with the not yet cured filling compound 20 recesses 11 in the workpiece 10. After hardening of the filling compound, the coating layer 15 is firmly attached to the workpiece 10.
  • Trainee engaging sections is, in one in one

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Ausbildung eines Eingriffabschnitts in einem Werkstück, welches Werkstück bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzfaser enthaltenden Materialien, Holzverbundwerkstoffen, Furnier, Kunststoffen und Kombinationen hiervon besteht. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen des Werkstücks mit einer Ausnehmung, Einbringen eines vorbestimmten Volumens einer härtbaren Füllmasse in die Ausnehmung und Einbringen eines Eingriffselements in die härtbare Füllmasse, wobei das Eingriffelement eine Eingriffstruktur aufweist, die zumindest abschnittsweise ein geometrisches Gegenstück zum Eingriffabschnitt darstellt, das Eingriffselement eine vorbestimmte Position des Werkstücks einnimmt, und die Eingriffstruktur zumindest abschnittsweise in der Füllmasse angeordnet ist.

Description

VERFAHREN ZOM AUSBILDEN EINES EINGRIFFABSCHNITTS IN EINEM
WERKSTÜCK
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines Eingriffabschnitt s, insbesondere eines
Gewindes, in einem Werkstück, insbesondere aus Holz,
Holzfaser enthaltenden Materialien, Holzverbundwerkstoffen, Furnier, Kunststoff und Kombinationen hiervon.
STAND DER TECHNIK
Im Möbelbau ist es vielfach gängige Praxis, die
Einzelteile eines Möbelstücks vorzufertigen, welche dann zu entsprechenden Bausätzen zusammengefasst werden, die
schließlich vor Ort zusammengesetzt werden. Die dabei verwendeten Werkstücke bestehen häufig zumindest
abschnittsweise aus Holz, beziehungsweise Holzfaser
enthaltenden Materialien sowie Holzverbundwerkstoffen. Als Beispiele seien hierfür Spanplatten oder MDF-Platten
angeführt .
Zum Zusammenfügen der Werkstücke werden dem Bausatz dann gewöhnlich Verbindungseiemente wie Schrauben zum
Zusammenfügen in separaten Packungen beigelegt. Beim
Zusammenbau vor Ort werden diese Verbindungselemente dann an geeigneter Stelle eingesetzt. Dieses Prozedere ist aus mehrerlei Hinsicht nachteilhaft. Zum einen bedarf es seitens des Herstellers des Möbelbausatzes eines Mehraufwands an Logistik, um die
Verbindungselemente in entsprechenden Packungen abzupacken und dem Bausatz beizulegen.
Ferner ist beim Zusammenbau der Möbelstücke ein erhöhter Arbeitsaufwand nötig, da die Verbindungselemente in das
Werkstück getrieben werden müssen. Selbst wenn dies durch eine Vorbohrung am vorgefertigten. Werkstück unterstützt ist, ist im Interesse der Verbindungsfestigkeit dennoch ein gewisser Kraftaufwand nötig, um die Verbindungselemente geeignet zu setzen.
Insbesondere wenn die Möbel von einer Privatperson zusammengesetzt werden, mangelt es dabei häufig sowohl an geeignetem Werkzeug als auch am nötigen Fachwissen, um eine stabile Verbindung sicherzustellen. Ferner ist es gemäß dieser Praxis unvermeidlich, dass die Präzision beim
Zusammenbau leidet.
Wird beispielsweise eine Schraube als Verbindungselement direkt in ein zumindest abschnittsweise aus Holz bestehendes Werkstück, wie eine Spanplatte, eingebracht, ist ferner die Festigkeit der Verbindung nicht immer gewährleistet.
Besonders bei Spanplatten kann dabei häufig das Phänomen beobachtet werden, dass eine Schraube aus ihrem Schraubenloch ausreißt, beziehungsweise herausbricht. Zwar kann dies durch Verwendung geeigneter Dübel eingeschränkt werden, allerdings zieht dies wiederum ein weiteres Verkomplizieren des
Zusammenbauvorgangs sowie einen erhöhten Logistikbedarf bei der Kommissionierung des Möbelbausatzes nach sich.
Ferner liegt beim Zusammenbau des Möbelstücks die Gefahr vor, dass der Anwender die beigelegten Verbindungselemente verwechselt und an den falschen Stellen einsetzt. Wird der Fehler bemerkt, ist ein Rückbau häufig nicht ohne weiteres möglich, jedenfalls nicht ohne eine zumindest teilweise
Beschädigung am Werkstück oder Verbindungselement in Kauf nehmen zu müssen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Nachteile ersonnen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem in einem Werkstück, welches bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzfaser enthaltenden Materialien,
Holzverbundwe kstoffen, Furnier, Kunststoff und Kombinationen hiervon besteht, ein Eingriffabschnitt auf möglichst einfache Weise ausgebildet werden kann, der darüber hinaus einen sicheren Eingriff mit einem entsprechenden Eingriffselement gewährleistet und den Zusammenbau verschiedener Werkstücke mittels des Eingriffselements erleichtert.
Hierzu stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereit. Weitere bevorzugte A sführungs formen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt. Ferner ist die Erfindung auf ein mit diesem Verfahren hergestelltes
Werkstück gerichtet,
Insbesondere weist ein Verfahren zur Ausbildung eines
Eingriffabschnitts in einem Werkstück, welches Werkstück bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzfaser enthaltenden Materialien, Holzverbundwerkstoffen, Furnier, Kunststoff und Kombinationen hiervon besteht, die folgenden Schritte auf: Bereitstellen des Werkstücks mit einer
Ausnehmung; Einbringen eines vorbestimmten Volumens einer härtbaren Füllmasse in die Ausnehmu g; Eindrücken eines eine Eingriffstruktur aufweisenden Eingriffselements in die härtbare Füllmasse derart, dass die Eingriffstruktur
zumindest teilweise in der Füllmasse angeordnet ist. Mit diesem Verfahren kann auf einfache leise ein
Eingriffabschnitt im Werkstück gebildet werden, der ein „Negativ" der Eingriffstruktur des Eingriffselements
darstellt. Das Ausbilden des Eingriffabschnitt s funktioniert dabei durch das einfache Eindrücken des Eingriffselements in eine härtbare Füllmasse und somit auf besonders einfache und produktive Weise.
Ferner gewährleisten die Verwendung einer härtbaren Füllmasse und das Eindrücken des Eingriffselements in die härtbare Füllmasse, dass sowohl zwischen Werkstück und
Füllmasse als auch zwischen Füllmasse und Eingriffselement eine besonders haltbare und stabile Verbindung ausgebildet wird .
Durch das Aushärten der Füllmasse entsteht dabei eine Art Verzahnungswirkung zwischen der dann zumindest teilweise ausgehärteten Füllmasse und der Struktur des Werkstücks, in die die härtbare {also die noch nicht ausgehärtete) Füllmasse eindringt. Das Eindringen der Füllmasse in die Struktur des Werkstücks wird dabei durch das Eindrücken des
Eingriffselements in die Füllmasse unterstützt, welche die Füllmasse entsprechend verdrängt und teilweise in die
Struktur des Werkstücks zwingt.
Ein entsprechender Effekt trifft auf Seiten des
Eingriffselements ein, bei dem. die Füllmasse in die auf dem Eingriffselement befindliche Eingriffstruktur eindringt bzw. diese umschließt und/oder umgibt. Als Folge erhält man eine sehr stabile Verbindung zwischen Werkstück, Füllmasse und Eingriffselement. Die Verbindung Wer kstück-Fül imasse- Eingr iffselement ist dabei bevorzugt eine
Formschlussverbindung . Wird eine geeignete Füllmasse
verwendet, ist insbesondere bei der Verbindung zwischen Füllmasse und Werkstück auch eine stoffschlüssige Verbindung denkbar. Dabei erfolgt nach dem Eindrücken des Eingriffselements in die Füllmasse ein Aushärten der Füllmasse üblicherweise ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte, alleine durch Abkühlen des weichen Materials durch, die kühle Umgebungsluft . Es ist aber denkbar, dass zur Beschleunigung des Aushärtens
beispielsweise Kühlluft beaufschlagt wird oder in
Abhängigkeit des Materials eine andere Aushärtungstechnik zur Anwendung gelangt.
Neben der Perspektive, eine besonders haltbare
Verbindung zu erzeugen, eröffnet das Verfahren die
Möglichkeit, das Eingriffselement nach dem Einbringen in die Füllmasse (und dem Aushärten derselben) einfach im Werkstück, zu belassen. Dadurch wird ein Werkstück bereitgestellt, in welchem das Eingriffselement bereits eingesetzt ist. Dieses kann anschließend weiterverarbeitet und beispielsweise zu einem Möbelbausatz zusammengestellt werden.
Vor Ort m ss der Anwender das Eingriffselement dann lediglich aus dem. im Werkstück ausgebildeten
Eingriffabschnitt entfernen. Der Anwender kann das Werkstück dann beispielsweise mit einem anderen Werkstück verbinden, und die Anordnung durch Wiedereinsetzen des Eingriffselements in den Eingriffabschnitt fixieren.
Auf diese Weise kann zum einen der Logistikaufwand beim Zusammenstellen von Bausätzen reduziert werden. Zum anderen wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlbedienung beim Anwender reduziert , da dieser auf den fertig ausgebildeten
Eingriffabschnitt mit dem richtigen, d.h. genau passenden Eingriffselement zurückgreifen kann.
Bevorzugt ist die Eingriffstruktur auf dem
Eingriffselement ein (Außen-) Gewinde sodass in der Füllmasse bzw. im Werkstück ein { Innen-) Gewinde als Eingriffabschnitt ausgebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass das Eingriffselement einfach und wiederholbar mit dem in der Füllmasse ausgebildeten Eingriffabschnitt in Eingriff
gebracht und wieder gelöst werden kann.
Bevorzugt wird das Eingriffs lernent nach dem Eindrücken in die härtbare Füllmasse für eine vorbestimmte Zeitspanne in einer vorbestimmten Position gehalten, und zwar bevorzugt bis zum zumindest teilweisen Aushärten der Füllmasse.
Dies stellt sicher, dass der Eingriff bschnitt im
Werkstück an der gewünschten Position und in der korrekten Ausrichtung ausgebildet wird.
Bevorzugt ist das vorbestimmte Volumen derart
eingestellt, dass es dem. Volumen der Ausnehmung abzüglich der volumetrischen Verdrängung des Eingriffselements in der
Füllmasse entspricht .
Dadurch kann das Volumen der Füllmasse optimal
eingestellt werden, sodass weder zu viel noch zu wenig
Füllmasse verwendet wird. Zu viel Füllmasse brächte dabei ggf. das Problem mit sich, dass die Füllmasse beim Eindrücken des Eingriffselements aus der Ausnehmung herausquillt und in diesem Zustand erhärtet, was sowohl die Materialanmutung als auch die Weiterverarbeitung beeinträchtigen könnte.
Zusätzlich kann hinsichtlich des vorbestimmten Volumens der Anteil berücksichtigt werden, der beim Eindrücken des Eingriffselements in das Werkstück eindringt. Dieser Anteil kann dem vorbestimmten Volumen entsprechend hinzuaddiert werden.
Durch die Berücksichtigung des in das Werkstück
eindringenden Anteils der Füllmasse im vorbestimmten Volumen, kann die optimale Füllmenge der Füllmasse noch genauer eingestellt werden. Der Anteil der Füllmasse, der in das Werkstück eindringt, hängt dabei im Wesentlichen von der Struktur, d.h. der Porosität,, des Werkstücks ab. In eine grobe Spanplatte wird eine größere Menge Füllmasse eindringen als in eine KunststoffVerbundplatte .
Bevorzugt ist die härtbare Füllmasse eine pastöse Masse.
Dies heißt, dass die Masse eine pastöse Konsistenz mit einer entsprechenden Viskosität aufweist. Dies stellt
einerseits die einfache Verarbeitung der Füllmasse
insbesondere beim Einbringen der Füllmasse in die Ausnehmung sicher und garantiert andererseits, dass die härtbare
Füllmasse sowohl die Eingriffstruktur des Eingriffselements als auch die Strukturen des Werkstücks optimal „umfließen" bzw. in diese eindringen kann.
Bevorzugt weist das Verfahren hinsichtlich des
Einbringens der Füllmasse ferner die folgenden Schritte auf: Zuführen eines Granulats zu einem Extruder und Aufschmelzen des Granulats in dem Extruder, um die härtbare Füllmasse auszubilden.
Die Verwendung eines Extruders zur Zufuhr und zur
AufSchmelzung eines Granulats (d.h. zur Erzeugung der
härtbaren Füllmasse) ermöglicht dabei sowohl eine einfache Präparation der Füllmasse mit den gewünschten Eigenschaften als auch die gezielte Abgabe derselben. Durch die
Verarbeitung eines Granulats wird ferner eine einfache
Lagerung des Ausgangsmaterials gewährleistet.
Bevorzugt ist das Granulat ein Granulat, das
Holzmaterial aufweist.
Neben der guten Verfügbarkeit ist ein Vorteil eines solchen Granulats in der sehr guten Recyclebarkeit zu suchen.
Bevorzugt ist die härtbare Füllmasse eine
thermoplastische Masse, die bei Erwärmung in einen thermoplastischen Zustand übergeht und bei Abkühlung
aushärtet. Das Verfahren weist dann ferner das Erwärmen der Füllmasse vor oder beim Einbringen in die Ausnehmung auf.
Eine Füllmasse aus thermoplastischem Material hat dabei den Vorteil einer einfachen Verarbeitung. Ferner können sowohl im noch nicht ausgeharteten (härtbaren) Zustand als auch im ausgehärteten Zustand die gewünschten
Materialeigenschaften hinsichtlich Viskosität und Festigkeit gewährleistet werden. Durch den Schritt des Erwärmens vor dem Einbringen der Füllmasse kann eine geeignete Viskosität der Füllmasse eingestellt werden, sodass diese sowohl einfach zu verarbeiten ist als auch die gewünschten Fließeigenschaften zum Eindringen in die Eingriffstruktur des Eingriffselements und die Struktur des Werkstücks aufweist. Somit kann unter Verwendung der thermoplastischen Masse ein besonders sicherer Eingriff des Eingriffselements mit dem Werkstück mit einer möglichst einfachen Verarbeitung kombiniert werden.
Bevorzugt sind die thermoplastischen Materialien ferner biologisch abbaubar. Solche können zum Beispiel
thermoplastische Polyester, wie beispielsweise
Polyhydroxialkanoate,
Polyhydroxialbutyrate und Polycaprolacton sein.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann die härtbare Füllmasse derart ausgestaltet sein, dass diese durch
Energiezufuhr ausgehärtet werden kann. Dann verfügt das Verfahren über den zusätzlichen Schritt des Aushärtens der härtbaren Füllmasse durch Zufuhr von Energie.
Diese Energie kann beispielsweise Wärmeenergie sein, wobei dem Material dann beispielsweise durch Laser-,
Infrarot- ode Mikrowellenstrahlung Energie zugeführt wird . Durch diese Energiezufuhr kann beispielsweise ein
Vernetzungsprozess in dem Material induziert werden, wodurch die Füllmasse aushärtet. Ferner kann die härtbare Füllmasse auch derart
beschaffen sein, dass sie durch Energiezufuhr aus einer
Rohmasse ausgebildet werden kann. Das Verfahren weist dann ferner die Schritte des Einbringens der Rohmasse in die
Ausnehmung und des Überführens der Rohmasse in die härtbare Füllmasse durch Energiezufuhr auf.
Die Rohmasse kann dabei beispielsweise aus einem
Granulat ausgebildet sein, das in die Ausnehmung eingebracht wird. Alternativ kann auch ein vorgeformter „Pfropfen" in Rohform in die Ausnehmung eingebracht werden, der dann durch Energiezufuhr in die härtbare Füllmasse überführt wird. Die Energiezufuhr kann dabei durch Laser-, Mikrowellen-,
Ultraschall- oder Infraroteinwirkung geschehen.
Bevorzugt weist die härtbare Füllmasse eine Mischung aus biologischen Polymeren und Naturfasern auf.
Dies hat den Vorteil, dass alle Materialien der
Füllmasse biologisch abbaubar sind, was das Recyceln des
Werkstücks nach Gebrauch stark vereinfacht . Gegebenenfalls uss dann nämlich nur noch das Eingriffselement entfernt werden und das Werkstück mit dem Eingriffabschnitt kann der Verwertung zugeführt werden. Die biologischen Polymere bzw. Biopolymere können beispielsweise durch fermentative und polymerchemische Prozesse aus Zucker hergestellt sein.
Insbesondere weist das Biopolymer (das biologische Polymer) Lignin auf, welches beispielsweise direkt aus der
Holzverarbeitung gewonnen werden kann. Zur Verstärkung der ausgehärteten Füllmasse können beispielsweise
Verstärkungsfasern wie Holzfasern, Flachs, Hanf, Sisal, Jute oder andere Pflanzenfasern vorhanden sein.
Zusätzlich können Naturharz, Naturwachs, Naturöle und Cellulose vorhanden sein, mit deren Hilfe beispielsweise die vi skolastischen Eigenschaften der Füllmasse und dere Erhärtungs- und Erweichungsverhalten eingestellt werden können. Zusätzlich können Polyhydroxialkanoate
Polyhydroxialbutyraten, Polycaprolacton, Polyester und/oder Stärke enthalten sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die
Ausnehmung ferner eine Senkung am Werkstück auf, wobei die Senkung derart dimensioniert ist, dass in dieser zumindest der aus der Ausnehmung vorstehende Teil des Eingriffselements derart aufgenommen werden kann, dass das Eingriffselement nicht über die Kontur des Werkstücks vorsteht.
Dies hat den Vorteil , dass trotz des Einbringens des
Eingriffselements keine vorstehenden Teile vorhanden sind, was das das Lagern, Verpacken und Transportieren erleichtert.
Weiter bevorzugt weist die Ausnehmung bezüglich der Eindrückrichtung des Eingriffselements in die Füllmasse eine Hinterschneidung auf.
Dies hat den Vorteil, dass nach dem Aushärten der
Füllmasse eine besonders starke Verbindung zwischen dem
Werkstück und der Füllmasse erzeugt wird, da die ausgehärtete Füllmasse durch die Hinte schneidung wie ein Widerhaken im Werkstück wirkt.
Zusätzlich/alternativ können in den Wänden der
Ausnehmung eine Rille oder mehrere Rillen im Werkstück ausgebildet sein, die quer (insbesondere senkrecht) zur Eindrückrichtung des Eingriffselements verlaufen und in die Wände der Ausnehmung eingeschnitten sind. Die Rillen können in paralleler Anordnung vorgesehen sein. Alternativ ist eine Rille gewindeartig bzw. helikal umlaufend ausgebildet.
Auch hierdurch kann eine starke Verbindung zwischen Werkstück und Füllmasse gefördert werden, da die ausgehärte
Füllmasse in die Rillen eingreift. Dabei können die Rillen in der Urafangsrichtung der Ausnehmung vollumfänglich oder abschnittsweise ausgebildet sein.
Bevorzugt ist das Eingriffselement eine Schraube, welche weiter bevorzugt einen Senk- oder Rundkopf aufweist. Letztere sind beispielsweise dann vorteilhaft, wenn das mit dem.
Eingriffselement versehene Werkstück gestapelt werden soll.
Ferner ist bevorzugt, wenn die Schraube ein tiefes
Gewinde beispielsweise in Form eines selbstschneidenden
Gewindes aufweist, da die ausgehärtete Füllmasse dann gut mit der Schraube in Eingriff gelangen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figuren 1A bis IC stellen die verschiedenen Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dar, wobei jeweils Querschnitte in den
verschiedenen Verfahrensstadien gezeichnet sind.
Die Figuren 2A bis 2E stellen Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe von Querschnitten dar.
Figur 3 stellt eine bevorzugte Ausführungsform, einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren
ausgeführt werden kann, in einer vereinfachten Form dar.
Die Figuren 4A bis 4D stellen weitere Ausgestaltungen in Form von Querschnitten dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausfüh ungsfcrmen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Weitere in diesem
Zusammenhang genannte Modifikationen können jeweils
miteinander kombiniert werden, um neue Aus füh ungsformen auszubilden .
Figur 1 stellt in den Teilfiguren 1A bis IC die
wesentlichen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbilden eines Eingriffabschnitts in einem Werkstück 10 dar. Als Beispiel für den Eingriffabschnitt wird vorliegend ein an bzw. in dem Werkstück 10 auszubildendes Innengewinde
betrachtet .
Zunächst wird, wie in Figur 1A gezeigt, ein Werkstück 10 bereitgestellt, das eine Ausnehmung 11 aufweist . In diese Ausnehmung 11 wird im nächsten Schritt eine härtbare aber noch nicht ausgehärtete Füllmasse 20 eingebrach .
„Härtbar" hei t in diesem Fall , dass die Füllmasse ihre viskoelastischen Ei genschaften durch einen Aushä teVorgang dahingehend ändern kann, dass sie im ausgehärteten Zustand unter normalen Bedingungen kein viskoelastisehes
Fließverhalten mehr zeigt, u d auch ihre Form zumindest im belastungsfreien Zustand (d.h. ohne zusätzliche externe
Kräfte) von selbst nicht ändert . Im ausgehärteten Zustand ist ferner bevorzugt , dass das die ausgehärtete Füllmasse den auftretenden Belastungen entweder standhält oder brich , d.h. insbesondere kei plastisches Fließen im Sinne einer
Dehnungszunähme ohne eine gleichzeit ige Spannungs zunähme zeigt (wobei für einige Anwendungen eine begrenzte elastische Deformation unter Belastung durchaus erwünscht sein kann} .
„Noch nich ausgehärtet" bezeichnet einen Zustand, in dem die Füllmasse viskose Eigenschaften aufweist und ohne allzu gro e dauerha te Spannungs zunähme (im Wesentlichen ohne dauerhafte Spannungs zunähme) im Material plastisch deformiert werden kann . Gleichzeitig ist aber bevorzugt , dass die
Füllmasse nicht vollständig flüssig ist, da dies die Einbringung der Füllmasse in die Ausnehmung erschweren würde. Die Füllmasse kann in diesem „noch nicht ausgehärteten"
(härtbaren) Zustand folglich z.B. als „pastös" oder
„gelartig" bezeichnet werden. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die viskoelastischen Eigenschaften der härtbaren
Füllmasse Zustand so eingestellt sind, dass die Füllmasse zumindest bis zum Einbringen des Eingriffselements (bis zum Einsetzen des Aushärtevorgancs) beispielsweise unter dem Einfluss der Schwerkraft nicht wesentlich fließt. Dies iässt eine Verarbeitung der Füllmasse „über Kopf" oder am geneigten Werkstück möglich werden.
Gleichzeitig ist es bevorzugt, dass die Viskosität zumindest anfänglich so niedrig ist, dass die Füllmasse zumindest teilweise in die raue Oberfläche der Ausnehmung 11 im Werkstück eindringen und sich beim Aushärten so mit dem Werkstück „verzahnen" kann. Bei der „rauen Oberfläche" sei hier an die oftmals rauen Schnittkanten von Spanplatten gedacht .
Beispielsweise geeignet ist ein Viskositätsbereich von 20.000 mPas bis 100.000 mPas für die noch nicht ausgehärtete Füllmasse. Allerdings können in Abhängigkeit der spezifischen Anwendung auch andere Viskositäten eingestellt werden.
Beim Einbringen in die Aus ehmung 11 weist die Füllmasse 20 dabei ei vorbestimmtes Volumen V auf. Nach dem Einbringen der Füllmasse 20 wird in die noch nicht ausgehärtete
Füllmasse 20 ein Eingriffselement 30 eingedrückt. Wie am Beispiel der in Figur IC gezeigten Schraube dargestellt, weist das Eingriffselement 30 eine Eingriffstruktur
(vorliegend das Außengewinde der Schraube auf) , die das geometrische Gegenstück bzw. Negativ z m im/am Werkstück auszubildenden Eingriffabschnitt (vorliegend ein
Innengewinde) in der ausgehärteten Füllmasse darstellt. Bevorzugt ist die Ausnehmung 11 zumindest bodensei t ig durch das Werkstück 10 begrenzt. Die in den Zeichnungen dargestellte Ausnehmung 11 ist beispielsweise in Form eines geraden Kreiszylinders in das Werkstück 10 eingefräst .
Allerdings kann nach Bedarf und Anwend ng auch jede beliebige andere Form der Ausnehmung verwendet werden {z.B. eine quaderförmige Ausnehmung oder eine Ausnehmung mit einem allgemein polyedrischen Querschnitt sowie eine konisch zulaufende Ausnehmung ) .
Die Ausnehmung 11 weist dabei einen größeren Querschnitt als der Teil des Eingriffselements 30 auf, der in die
.Ausnehmu g einzubringen ist (siehe Figur IC) . Dabei ist es bevorzugt , dass das Vol men der Ausnehmung 11 geringfügig größer als der Teil des Eingriffselements 30 ist, der in der Ausnehmung angeordnet werden soll. Dies stellt eine
bedarfsgerechte Verdrängung der Füllmasse 20 sicher, wenn das
Eingriffselement 30 in die in der Ausnehmung 11 befindliche Füllmasse 20 eingedrückt wird.
Durch das Einbringen des Eingriffselements 30 in die Füllmasse 20 nimmt das Eingriffselement 30 eine vorbestimmte Position bezüglich des Werkstücks ein. Vorliegend ist ein Fall dargestellt, bei dem das Eingriffselement senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist. Allerdings sind auch beliebige geneigte Ausrichtungen denkbar.
Nach dem Aushärten der Füllmasse 20 ist das
Eingriffselement 30 dann im Wesentlichen fest in der
vorbestimmten Position bezüglich des Werkstücks angeordnet.
Im Falle der in den Zeichnungen dargestellten Schraube als Eingriffselement 30 kann das Werkstück 10 mitsamt der Schraube nun in einen Bausatz verpackt werden. Am Ort des
Zusammenbaus muss der Anwender lediglich die Schaube 30 aus der ausgehärteten Füllmasse 20 ausschrauben, in der durch das Eindrücken und Aushärten ein Innengewinde (Eingriffabschnitt ) ausgebildet ist. Danach kann das Werkstück 10 mit einem geeigneten Gegenstück (beispielsweise ein weiteres Werkstück mit einem entsprechenden Durchgangsloch) dadurch verbunden werden, dass die Schraube (Eingriffselement} wieder in d s im Werkstück ausgebildete Innengewinde {Eingriffabschnitt ) eingeschraubt {eingebracht) wird.
Dieser Vorgang zeichnet sich dabei sowohl durch eine sehr hohe Verbindungspräzision als auch durch eine besonders einfache Handhabe aus, da der Anwender auf ein bereits ausgebildetes Gewinde (Eingriffabschnitt } zurückgreifen kann, und nicht erst mit erhöhtem Kraftaufwand ein Gewinde
{Eingriffabschnitt) in dem Werkstück schneiden (ausbilden) muss . Zusätzlich können damit auch andere Schrauben und nicht nur Spanplattenschrauben eingesetzt werden, welche ggf.
höhere Widerstandskräfte gegen „Ausreißen" bzw.
„Herausziehen" und „Herausbrechen" gewährleisten.
Um ein passgenaues Zusammensetzen zu unterstützen, ist das vorbestimmte Volumen V der in die Ausnehmung 11
verfüllten Füllmasse 20 bevorzugt so zu bemessen, dass es im Wesentlichen dem Volumen der Ausnehmung 11 abzüglich der volumetrischen Verdrängung des Eingriffseiements 30
entspricht. Dies ist beispielsweise beim Übergang von Figur 1B zu Figur IC dargestellt. Wird das Eingriffselement dann in die Füllmasse eingedrückt, so schließt die Füllmasse im
Wesentlichen bündig mit dem Rand des Werkstücks ab (siehe Figur IC). Ein etwaiges Nachbearbeiten entfällt. Zusätzlich kann hinsichtlich des vorbestimmten Volumens der Anteil berücksichtigt werden, der beim Eindrücken des
Eingriffselements in das Werkstück eindringt. Dieser Anteil kann dem vorbestimmten Volumen entsprechend hinzuaddiert werden .
Für einige Ausführungsformen können allerdings auch abweichende Volumina vorteilhaft sein. Beispielsweise kann ein Oberfüllen der Füllmasse dazu führen, dass die erhärtete Füllmasse über den Rand des Werkstücks 10 hinaus steht, womit es die Funktion einer „Beilegscheibe" beziehungsweise eines Abstandselements erfüllen kann.
Im Gegenzug kann ein Volumen V, das kleiner als das Volumen der Ausnehmung 11 abzüglich der volumetri.sehen
Verdrängung des Eingriffselements 30 ist, sicher
gewährleisten, dass das Eingriffselement in der Ausnehrcung versenkt werden kann, bzw. dass kein Abschnitt der erhärteten Füllmasse 20 über die Kante des Werkstücks 10 vorsteht.
Om das positionsgerechte Anordnen des Eingriffselements 30 in der vorbestimmte Position in der ausgehärteten
Füllmasse 20 zu unterstützen, ist es ferner bevorzugt, das Eingriffselement 30 in Schritt IC solange in der
vorbestimmten Position zu halten, bis die Füllmasse 20 zumindest teilweise ausgehärtet ist.
In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass die Viskosität der härtbaren, noch nicht ausgehärteten Füllmasse 20 derart ausgebildet ist, dass zwar ein Eindrücken des
Eingriffselements 30 einfach möglich ist, jedoch ein
seitliches Verschieben beziehungsweise Verkippen des
Eingriffselements 30 erschwert ist.
Hinsichtlich des Materials der Füllmasse 20 ist es bevorzugt, dass das Material eine thermoplastische Masse ist, die bei Erwärmung in einen thermoplastischen Zustand
übergeht, und bei Abkühlung aushärtet.
Bevorzugt wird hierbei auf eine Temperatur von 180 °C bis 220 °C erwärmt.
Demzufolge kann eine Füllmasse 20 mit geeigneten
Eigenschaften dadurch bereitgestellt werden, dass die
thermoplastische Füllmasse 20 vor dem Einbringen in die
Ausnehmung 11 erwärmt wird. Das Erhärten der Füllmasse durch Abkühlen, nachdem das Eingriffselement 30 eingebracht wurde, erfolgt üblicherweise ohne zusätzlichen Bearbeitungsschritt, alleine durch Abkühlen des erweichten Materials durch die kühlere Umgebungsluft . Das Abkühlen der Füllmasse kann allerdings auch durch einen dezidierten Kühlungsschritt unterstützt werden. Dieser kann beispielsweise das Aufblasen von Kühlluft umfassen.
Besonders bevorzugt ist eine Füllmasse 20, welche ein Biopolymer aufweist, das sich durch biologische Abbaubarkeit auszeichnet und im Wesentlichen bio-basiert ist, indem es beispielsweise durch fermentative und polymerchemische
Prozesse aus Zucker hergestellt ist. Insbesondere weist das Biopolymer Lignin auf. Des Weiteren können in dem Material Naturharze, Naturwachse, Naturöle, Zellulose und natürliche Verstärkungsfasern enthalten sein, wie beispielsweise
Holzfasern, Flachsfasern, Hanf, Sisal, Jute oder andere
Pflanzenfasern, Das Material der Füllmasse kann des Weiteren Polyhydroxialkanoate, Polyhydroxiaibutyraten ,
Polycaprolacton, Polyester und/oder Stärke aufweisen. Als thermoplastischer Anteil werden insbesondere biologisch abbaubare Thermoplaste b z w . thermoplastische Polyester verwendet, wie beispielsweise Polyhydroxialkanoate,
Polyhydroxialbutyrate und Polycaprolacton.
Als weitere Vorteile dieses Materials sind ferner die gute biologische Abbaubarkeit und die Möglichkeit einer ressourcenschonenden Herstellung zu nennen. So ist für das Füllmasse beispielsweise sogar denkbar, öass Holzstaub oder Holzmehl eines vorangegangenen Bearbeitungsschritts
herangenommen wird. Beim Entsorgen des Möbelstücks muss der Füllmasse hinsichtlich eines Recyclingvorgangs ferner nicht gesondert Rechnung getragen werden.
Ferner kann die Füllmasse 20 auch derart ausgelegt sein, dass diese unter Zufuhr von Energie aushärtet. So ist
beispielsweise ein sich unter Wärmeeintrag {chemisch) vernetzende Füllmasse 20 denkbar. Die Füllmasse weist dann bevorzugt zwei Komponenten, eine Basismasse und einen
Vernetzer auf, wobei die Vernetzungsreaktion durch
Wärmeeintrag aktiviert wird. Die nötige Erwärmung liegt dann beispielsweise in einem Bereich von ca. 195 °C . Nach dem
Einbringen des Eingriffselements 30 kann die Füllmasse 20 dann beispielsweise durch Bestrahlung mit Inf arotenergie oder (Laser-) Licht oder Einwirkung von Ultraschallenergie ausgehärtet werden.
Ein durch das in Figur 1A bis IC dargestellte Verfahren hergestelltes Werkstück zeichnet sich folglich durch eine Ausnehmung aus, die mit einer ausgehärteten Füllmasse 20 ausgegossen ist, in der wiederum ein Eingriffabschnitt ausgebildet ist, der sich mit einer Eingriffstruktur eines Eingriffselements in Eingriff befindet. Der Eingriffabschnitt ist dabei das geometrische Gegenstück (Negativ) zur
Eingriffstruktur und der Eingriff erfolgt in im Wesentlichen vollständigen Formschluss .
Wird die in den Zeichnungen dargestellte Schraube 30 als Eingriffselement verwendet, entsteht so eine Anordnung, bei dem das Eingriffselement 30 nur sehr schwer durch Zug am Eingriffselement vom Werkstück 10 entfernt werden kann.
Dabei zeigten Testversuche mit einer M8 Schraube und einer Spanplatte, dass die erfindungsgemäße Anordnung
Zugkräften standhält, welche die Festigkeit herkömmlicher Dübelverbindungen weit übersteigen würden. Üblicherweise endeten solche Zugtests mit der Zerstörung der Spanplatte - und nicht etwa mit einem Versagen der ausgehärteten Füllmasse oder einem Ausreißen der ausgehärteten Füllmasse aus dem Werkstück. Dies untermauert den durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichbaren Festigkeitsvorteil,
Als Verfahren zum Einbringen der Füllmasse in die
Ausnehmung 11 hat sich dabei das Zuführen eines Granulats aus holzartigem Material, insbesondere einer Mischung aus
biologisch abbaubaren Polymeren und Naturfaser, zu einem Extruder bewährt. Das Granulat wird dann in dem Extruder aufgeschmolzen, um die härtbare (noch nicht ausgehärtete} Füllmasse auszubilden, die dann unter Abkühlung wieder aushärtet .
Vorliegend wurde das erfindungsgemäße Verfahren am
Beispiel einer Schraube als Eingriffselement beschrieben.
Allerdings sind hierbei auch noch andere Eingriffselemente denkbar. Beispielsweise sei an Haken gedacht, welche ein Außengewinde an einem Ende aufweisen. Auch sind
Eingriffselemente denkbar, die als Eingriffstrukturen
(umlaufende) Rillen beziehungsweise Vorsprünge (insbesondere umlaufende ringförmige Vorsprünge) aufweisen. Sind diese geeignet dimensioniert und ist die Elastizität der
ausgehärteten Füllmasse 20 entsprechend eingestellt, kann das Eingriffseiement nach dem Aushärten der Füllmasse durch
Ziehen am Eingriffseiement vom Werkstück gelöst werden. Das Wiederverbinden erfolgt dann durch Einklicken des
Eingriffselements in die Füllmasse und Einrasten der
Eingriffstruktur in den Eingriffabschnitt der ausgehärteten Füllmasse .
In jedem Fall kann nach der Fertigbearbeitung des
Werkstücks gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das
Eingriffselement zunächst im Eingriffabschnitt in der
Füllmasse 20 und damit im Werkstück 10 verbleiben . Für den
Möbelbausatz werden ggf. mehrere solcher Werkstücke 10 zu Packungen zusammengestellt und entsprechend versendet.
Sowohl in diesem Fall als auch bei der Lagerung eines solchen Werkstücks 10 kann allerdings ein herausstehendes Eingriffselement 30 (siehe Figur IC) nachteilhaft sein.
In solchen Fällen ist es bevorzugt, dass um die
Ausnehmung 11 im Werkstück eine in Figur 2A dargestellte Senkung 12 ausgebildet ist. Dadurch entsteht ein Sackloch , in dem der aus der eigentlichen Ausnehmung 11 vorstehende Teil des Eingriffselements 30 derart aufgenommen werden kann, dass das Eingriffselement 30 nicht über das Werkstück 10 vorsteht. Die Senkung 12 und die Ausnehnmng 11 sind dann so
dimensioniert, dass das Eingriffselement 30 in der
vorbestimmten Position nicht über die Kontur Ä des Werkstücks 10 heraussteht. Damit kann beispielsweise ein Schraubenkopf einer Schraube 30 für den Transport im Werkstück 10 versenkt werden.
In Figur 2A ist die Senkung 12 als im Querschnitt
quade förmige Vertiefung dargestellt. Allerdings kann die Vertiefung auch von konischem Querschnitt mit schräglaufenden Seitenwänden sein {siehe Figur 2C) .
Damit ist ein solches in Figur 2B dargestelltes
Werkstück dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück eine
Ausnehmung 11 aufweist, die mit einer ausgehärteten Füllmasse 20 vergossen ist, welche wiederum einen Eingriffabschnitt aufweist, mit dem ein Eingriffselement über eine auf diesem ausgebildete Eingriffstruktur in Eingriff ist. Der
Eingriffabschnitt ist dabei das Gegenstück (Negativ) zur Eingriffstruktur und der Eingriff erfolgt in im Wesentlichen vollständigem Formschluss . Ferner ist um die Ausnehmung 11 eine Senkung 12 ausgebildet, die so dimensioniert ist, dass sie zumindest den aus der Ausnehmung 11 vorstehenden Teil des Eingriffselements 30 derart aufnehmen kann, dass dieses nicht über die Kontur A des Werkstücks 10 vorsteht.
Zur weiteren Unterstützung der Verzahnung zwischen der Füllmasse und dem Werkstück kann die Ausnehmung, wie in
Figuren 2D und 2E gezeigt, eine Hinterschneidung 14 bezüglich der Eindrückrichtung des Eingriffselements aufweisen . Mit anderen Worten weist die Ausnehmung an. einem Abschnitt, welcher in Eindrückrichtung des Eingriffselements der Seite abgewandt ist, von der her das Eingriffselement eingedrückt wird, einen Bereich auf, der einen größeren Innendurchmesser aufweist, als der Abschnitt der Ausnehmung , von dem her das
Eingriffselement eingedrückt wird. Eine solche
Hi terschneidung 14 kann in Form einer umgekehrten
Kegel senkbohrung (Figur 2D) oder eines Stufenabschnitts am
Übergang zu einem Abschnitt vergrößerten Durchmessers {Figur
2E) in der Ausnehmung ausgebildet sein.
In voranstehendem Verfahren kann die Füllmasse
alternativ in einem „Rohzustand" , beispielsweise in Form eines Granulates oder eines vorgeformten Körpers in die
Ausnehmung 11 eingebracht werden. Dabei ist die Füllmasse derart ausgelegt, dass sie, insbesondere durch Energiezufuhr, aus diesem Rohzustand in den noch nicht ausgehärteten Zustand zum Ausbilden der härtbaren Füllmasse überführt werden kann. Damit kann die Füllmasse nach dem. Einbringen der Füllmasse im Rohzustand anschließend in der Ausnehmung 11 in den noch nicht ausgehärteten Zustand überführt werden. Dies kann beispielsweise durch Erwärmen der Füllmasse oder durch ültraschalleinwirkung auf das Werkstück geschehen, wobei dann nicht gezeigte Ultraschallelektroden an dem Werkstück
angelegt werden können. Als Alternativen kann eine Erwärmung insbesondere durch Heißluft, Laserstrahlung und Mikrowellen vorgesehen, die (ggf. mit der ültraschalleinwirkung) auch kombiniert eingesetzt werden können. Im Falle der
Laserstrahlung bzw. Mikrowellen kann dies ferner durch
Beimischen von Polymeren unterstützt werden, welche die
Energieform gezielt absorbieren.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 3 eine beispielhafte Vorrichtung zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Die Vorrichtung weist eine Einspanneinrichtung 120 für das Werkstück 10 auf. Ferner weist die Vorrichtung einen Werkzeugträger 130 auf, in dem verschiedene Werkzeugköpfe 101, 110 und 140 aufgenommen werden können. Diese Werkzeugköpfe umfassen beispielsweise eine Bohr-/ Fräseinrichtung 110, um in dem Werkstück 10 eine
entsprechende Ausnehmung 11 {gegebenenfalls einschließlich einer Senkung 12) auszubilden. Ferner verfügt die Vorrichtung als Werkzeugkopf über eine Halteeinrichtung 140 zum
Aufnehmen, Halten und anschließenden Absetzen des
Eingriffselements 30.
Ein weiterer Werkzeugkopf ist durch die
Auftragungseinheit 101 gegeben, mit der die Füllmasse 20 in die Ausnehmung 11 eingebracht werden kann. Im gezeigten
Beispiel weist die Auftragungseinheit 101 einen Extruder 103 auf, der bevorzugt granuläres Rohmaterial unter Erwärmung hin zu einer Austrittsöffnung 102 fördert. Das Rohmaterial für die Füllmasse kann dabei in einem Vorratsbehälter 105
bevorratet sein, der über einen Schlauch 104 mit dem Extruder 103 in Verbindung steht.
Zur einfacheren Darstellung sind diese Werkzeugköpfe 101, 110 und 140 in der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung übereinander dargestellt. Allerdings sei angemerkt, dass diese mit Hilfe eines Wechselmagazins im Werkzeugkopf 130 aufgenommen sein können, das ein Durchwechseln der
Werkzeugköpfe gestattet. Ferner kann der Werkzeugträger 130 auch derart ausgestaltet sein, dass er die Werkzeugköpfe für den jeweiligen Verfahrensschritt auch einzeln aus einem separaten Magazin aufnimmt und nach Beendigung des
entsprechenden Schritts wieder in dieses ablegt.
Bevorzugt weist der Werkzeugkopf 130 eine Spindeleinheit zum Antreiben der Bohr-/ Fräseinrichfung beziehungsweise des Extruders 103 auf.
Ferner ist bevorzugt, dass der Werkzeugträger 130 als sogenannter „Fünfachswerkzeugträger" ausgeführt ist, der bezüglich des durch die Einspanneinrichtungen 120 gehaltenen Werkstücks in fünf Richtung verfahren und ausgerichtet werden kann. Diese Richtungen können sich dabei auf
Längsverschiebungen entlang der drei Raumrichtungen sowie auf Rotationsbewegungen um zwei unabhängige Achsen beziehen.
Hierfür können beispielsweise bekannte Strukturen wie Systeme mit einem Fünfachs-Spindel köpf und dergleichen genutzt werden. Insgesamt hat eine solche Ausgestaltung den Vorteil, dass die Ausnehmungen 11 in verschiedensten Geometrien und Lagen am Werkstück 10 ausgebildet werden können, und auch die Füllmasse 20 sowie die Eingriffselemente 30 flexibel
eingebracht bzw. eingesetzt werden können.
Alternativ/zusätzlich kann auch vorgesehen sein, das
lerkstück 10 durch eine geeignete Vorrichtung bezüglich des Werkzeugträgers zu bewegen.
Ferner kann die Vorrichtung über Energiequellen 150 verfügen, die dann derart ausgelegt sind, dass sie die
Füllmasse mit Energie beaufschlagen. Dies kann beispielsweise zum Aushärten der Füllmasse nach dem Einbringen des
Eingriffselements oder zum Überführen der Füllmasse aus einem Rohzustand in einen noch nicht ausgehärteten aber härtbaren Zustand (der dann ausgehärtet werden kann} genutzt werden.
Solche Energiequellen können beispielsweise aus
Infrarotstrahlen-, Mikrowellen- beziehungsweise
Ultraschallapplikationseinrichtungen bestehen.
Die Vorrichtung kann ferner eine nicht gezeigte
Steuereinheit aufweisen, die derart ausgelegt ist, dass sie zunächst das Ausbilden einer Ausnehmung 11 mit einem gewissen Volumen in dem Werkstück 10 steuert und dann basierend auf diesem Volumen der Ausnehmung das vorbestimmte Volumen der Füllmasse 20 berechnet, das in die Ausnehmung 11 einzubringen ist, wobei das vorbestimmte Volumen V bevorzugt so
eingestellt wird, dass dies dem Volumen der Ausnehmung 11 abzüglich der bekannten volumetrisehen Verdrängung des in die Füllmasse 20 einzubringenden Eingriffselements 30 entspricht. Hierbei kann zusätzlich noch die Porosität des Werkstücks berücksichtigt werden. Da die Füllmasse in die Poren des Werkstücks eindringt, ist dem oben berechneten Volumen ggf. ein von der Porosität des Werkstücks abhängiger Aufschlag zuzugeben.
Als Alternative zu dem oben beschriebenen
Fünfachs erkzeugträger 130 kann die Vorrichtung auch derart ausgeführt sein, dass der Werkzeugträger 130 lediglich in X- Y- und Z-Richtung relativ zum durch die Einspanneinrichtungen
120 gehaltenen Werkstücke 10 verschoben werden kann.
Zusätzlich kann das Werkstück 10 auch durch eine nicht gezeigte Fördereinrichtung bezüglich des Werkzeugträgers 130 transportiert werden, um das erfindungsgemäße Verfahren im Durchlauf auszuführen.
Durch die oben beschriebene Vorrichtung und den
erwähnten Abwandlungen ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbilden eines Eingriffabschnitts in einem
Werkstück einfach auszuführen.
In Figur 4 sind nochmals einige mögliche Ausgestaltungen diesbezüglich schematisch im Querschnitt dargestellt. Fig zeigt eine Ausnehmung 11 mit Senkung 12, nachdem die härtbare Füllmasse 20 eingebracht wurde. Die Menge bzw. das Volumen der Füllmasse 20 kann dabei so bemessen sein, dass die
Senkung 12 nach dem Einbringen des Eingriffselements 30 im Wesentlichen vollständig mit dem Eingriffselement 30 und der verdrängten Füllmasse 20 ausgefüllt ist {Figur 4B) .
Alternativ kann das Volumen der Füllmasse 20 auch so
eingestellt sein, dass nur wenig von der verdrängten
Füllmasse 20 in den Bereich der Senkung 12 quillt (Figur 4C) .
In Figur 4D ist schließlich eine Ausgestaltung gezeigt, welche die Vielseitigkeit des Verfahrens nochmals
verdeutlicht. Hier hält eine Schraube als Eingriffseiement 30 eine Verkleidungsschicht 15 am Werkstück 10. Dabei ist das Eingriffselement als Kopfschaube ausgeführt, welche durch ein entsprechendes Durchgangsloch der Verkleidungsschicht 15 geführt ist. Bei der Herstellung ist denkbar, die
Verkleidungsschicht 15 mitsamt den an dieser angebrachten Eingriffselementen 30 vorzubereiten, und dann als Ganzes so an das Werkstück 10 zu drücken, dass die Eingriffselemente 30 in die mit der noch nicht ausgehärteten Füllmasse 20 gefüllten Ausnehmungen 11 im Werkstück 10 eindringen. Nach dem Härten der Füllmasse ist die Verkleidungsschicht 15 fest an dem Werkstück 10 angebracht. Ein herkömmlich notwendiger
Verschraubungsvorgang des Werkstücks 10 mit der Deckschicht 15 entfällt.
Dadurch, dass ein Eingriffselement, dessen
Eingriffstruktur gewissermaßen ein Negativ bzw. geometrisches Gegenstück des in der Füllmasse (bzw. im Werkstück)
auszubildenden Eingriffabschnitte ist, in eine in eine
Ausnehmung 11 des Werkstücks 10 eingegossene, härtbare
Füllmasse eingedrückt wird, kann nach dem Aushärten der
Füllmasse ein bearbeitetes Werkstück bereitgestellt werden, das sich insbesondere zur Weiterverwendung in Möbelbausätzen eignet und sich durch eine sichere und einfache Verbindung mit einem Eingriffselement auszeichnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1, Verfahren zur Ausbildung eines Eingriffabschnitts, insbesondere eines Gewindes, in einem Werkstück (10), welches Werkstück (10) bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzfaser enthaltenden Materialien, Holz erbundwerkstoffen, Furnier, Kunststoff und Kombinationen hiervon besteht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist :
Bereitstellen des Werkstücks (10) mit einer Ausnehmung
(ii);
Einbringen eines vorbestimrnten Volumens (V) einer härtbaren Füllmasse (20) in die Ausnehmung (11);
Eindrücken eines eine Eingriffstruktur aufweisenden Eingriffselements (30) in die härtbare Füllmasse (20), sodass die Eingriffstruktur (30) zumindest feilweise in der
Füllmasse angeordnet ist.
2, Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Haltens des Eingriffselements (30) nach dem Eindrücken in die Füllmasse in einer vorbestimmten Position für eine vorbestimmte Zeitspanne, bevorzugt bis zum zumindest
teilweisen Aushärten der Füllmasse (20) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das
vorbestimmte Volumen (V) dem Volumen der Ausnehmung (11) abzüglich der volumetr ischen Verdrängung des
Eingriffseiements (30) in der Füllmasse (20) entspricht,
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das vorbestimmte Volumen (V) der härtbaren Füllmasse (20) einen Volumenanteil aufweist, der durch die Porosität des Werkstücks bestimmt wird .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die härtbare Füllmasse (20} eine pastöse Masse ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Einbringen der Füllmasse {20} ferner umfasst:
Zuführen eines Granulats, bevorzugt eines Holzmaterial aufweisenden Granulats, zu einem Extruder (103);
Aufschmelzen des Granulats in dem Extruder (103), um die härtbare Füllmasse (20) auszubilden .
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die härtbare Füllmasse (20) eine thermoplastische Masse ist, die bei Erwärmung in einen thermoplastischen Zustand übergeht und bei Abkühlung aushärtet, ferner mit dem Schritt des
Erwärmens der härtbaren Füllmasse {20} vor oder beim
Einbringen in die Ausnehmung (11) .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die härtbare Füllmasse (20) durch Energiezufuhr
ausgehärtet werden kann, ferner mit dem Schritt des
Aushärtens der härtbaren Füllmasse (20) durch Zufuhr von
Energie .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die härtbare Füllmasse (20) durch Energiezufuhr aus einer Rohmasse ausgebildet werden kann, ferner mit den Schritten:
Einbringen der Rohmasse in die Ausnehmung (11);
Überführen der in der Ausnehmung befindlichen Rohmasse in die härtbare Füllmasse (20} durch Zufuhr von Energie.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die härtbare Füllmasse (20 ) eine Mischung aus biologischen
Polymeren, insbesondere Lignin, und Naturfasern aufweist, wobei die Naturfasern bevorzugt aus Holz, Flachs, Hanf,
Sisal, Jute und/oder anderen Pflanzenfasern gebildet sind.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem um die Ausnehmung (11) eine Senkung (12) im Werkstück (10) ausgebildet ist, wobei die Senkung {12) derart
dimensioniert ist, dass in dieser zumindest der aus der
Ausnehmung (11) vorstehende Teil des Eingriffselements {30} derart aufgenommen werden kann, dass das Eingriffseiement (30) nicht über die Kontur (A) des Werkstücks (10) vorsteht.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausnehmung (Ii) bezüglich der Eindrückrichtung des Eingriffselements (30) eine Hinterschneidung ( 1 ) aufweist .
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das die Eingriffstruktur des Eingriffselements ( 30 } ein Gewinde ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Eingriffselement (30) eine Schraube ist, wobei die Schraube bevorzugt einen Senk- oder Rundkopf aufweist,
15. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Schraube ein selbstschneidendes Gewinde aufweist.
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