DE10023953A1 - Verfahren zur Verbindung von Bauteilen aus thermoplastischem Material - Google Patents

Verfahren zur Verbindung von Bauteilen aus thermoplastischem Material

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verbindung von Bauteilen (10, 12) aus thermoplastischem Material, bei dem ein erstes Bauteil (10) mit einem zweiten Bauteil (12) entlang einer Trennungszone (18) zusammengefügt wird und bei dem nach dem Zusammenfügen mit Hilfe externer Energie im Bereich der Trennungszone (18) eine stoffschlüssige Verbindung geschaffen wird. DOLLAR A Zur Übertragung von Energie in die Trennzone (18) wird vorgeschlagen, vor dem Zusammenfügen der beiden Bauteile (10, 12) in dieser Trennzone (18) ein leitfähiges Element (24) anzuordnen. Dieses ist an den Verlauf der Trennzone (18) angepaßt und wird nach dem Zusammenfügen mit einer Energiequelle (26) in Wirkverbindung gebracht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verbindung von Bauteilen aus thermoplastischem Material entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Als derartige Verfahren sind der Fachwelt beispielsweise sogenannte Blasverfahren bekannt, bei denen ein erstes Spritzteil erwärmt, in einer Blasform plaziert und vom Material eines zweiten Teils umblasen wird. Darüber hinaus sind Schweißverfahren in verschiedenen Varianten bekannt. Beispielsweise werden bei einem sogenannten Spiegelschweißverfahren die miteinander zu verbindenden Bereiche zweier Bauteile mittels einer Heizplatte plastifiziert und anschließend, nach dem Entfernen der Heizplatte, stumpf gegeneinander gepreßt. Nachteilig dabei ist ein unvermeidlicher Zeitverzug zwischen dem Entfernen der Heizplatte und dem Aufeinanderpressen der Bauteile. Dieser Zeitverzug bedingt eine Abkühlung der plastifizierten Bereiche und kann zu unerwünschten, unterbrochenen Schweißungen führen. Letztere sind insbesondere dann problematisch, wenn ein druckmitteldichte Verschweißung gewünscht ist. Bei der Erhitzung der Trennzone zwischen den Bauteilen kann es bei Schweißverfahren sehr leicht zu einer temperaturbedingten Vorschädigung des Materials der Bauteile kommen. Die Folge davon sind spröde und bruchgefährdete Schweißungen.
Vorteile der Erfindung
Demgegenüber weist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß auf preisgünstige Art und Weise eine ausgesprochen zuverlässige und einfach herzustellende Verbindung zwischen Bauteilen aus thermoplastischem Material geschaffen wird. Die thermische Belastung der miteinander zu verbindenden Bauteile ist örtlich eng begrenzt und zudem einfach regelbar, so daß Materialschädigungen auszuschließen sind. Ein Zeitverzug, wie er bei einem Spiegelschweißverfahren unvermeidlich ist, tritt beim vorgeschlagenen Verfahren nicht auf. Dadurch eignet sich das Verfahren insbesondere zur Herstellung druckmitteldichter Verbindungen. Vorteilhafterweise erlaubt das Verfahren auch Verbindungen, bei denen die Trennzonen nicht in einer Ebene verlaufen. Als Energiequellen für das Verfahren sind elektrische, thermische oder magnetische Energie abgebende Einrichtungen gleichermaßen vorstellbar. Ferner läßt sich das vorgeschlagene Verfahren mit relativ geringem technischem Aufwand automatisieren.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt im Längsschnitt zwei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbindbare Bauteile; Fig. 2 darüber hinaus ein Detail X nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Fig. 3 zeigt die beiden zu verbindenden Bauteile in der Draufsicht, exemplarisch in Wirkverbindung mit einer schematisiert dargestellten Spannungsquelle.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren ist im folgenden anhand zweier in Fig. 1 abgebildeter Bauteile 10 und 12 beschrieben, die durch dieses Verfahren miteinander verbindbar sind. Beide Bauteile 10 und 12 sind aus thermoplastischem Material hergestellt und werden zunächst mechanisch zusammengesteckt. Als erstes Bauteil 10 ist in Fig. 1 ein hohlzylindrischer Stutzen mit Gewindeanschluß zu erkennen, der in eine Aufnahme 12 des zweiten Bauteils 14 eingesetzt wurde. Zu seiner Abstützung am zweiten Bauteil. 12 ist am Stutzen ein umlaufender Bund 16 angeformt. Dessen Verlauf ist an den Verlauf einer zwischen beiden Bauteilen 10, 12 bestehenden Trennzone 18 angepaßt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Trennzone 18 exemplarisch in zwei Ebenen E1 und E2. Beide Ebenen E1 und E2 sind senkrecht zur Längsachse 20 des Stutzens 11 ausgerichtet und zueinander axial beabstandet. Diagonal verlaufende Verbindungsabschnitte 16a des Bundes 16 verbinden die den verschiedenen Ebenen E1 und E2 zugeordneten Abschnitte 16b und 16c des Bundes 16 miteinander.
Selbstverständlich ist dieser beschriebene Verlauf der Trennzone 18 für das vorgeschlagene Verfahren nicht zwingend; vielmehr zeichnet sich dieses Verfahren insbesondere dadurch aus, daß diese Trennzone 18 nahezu beliebig verlaufen kann. Demnach sind beispielsweise über die Darstellung in Fig. 1 hinaus auch Bauteile 10, 12 verbindbar, deren Trennzonen 18 kontinuierliche Übergänge, oder stufenförmige Absätze aufweisen oder geneigt zur Längsachse 20 verlaufen.
Gemäß Fig. 2, ist am stirnseitigen Ende der dem Stutzen zugewandten Innenseite der Aufnahme 12 eine zum ersten Bauteil 10 hin offene Ausnehmung 22 vorgesehen. In letztere wurde vor dem Zusammenfügen der beiden Bauteile 10 und 12 ein Element 24 aus leitfähigem Material eingelegt. Dessen Abmessungen sind derart gewählt, daß im zusammengefügten Zustand Kontakt zwischen dem Element 24 und dem ersten sowie dem zweiten Bauteil 10, 12 besteht. Als Material für das Element 24 haben sich Kupferlegierungen als besonders vorteilhaft herausgestellt, da diese Legierungen gute Wärme- und gute Stromleiteigenschaften haben.
Das Element 24 wird nach dem Zusammenfügen der Bauteile 10 und 12 in Wirkverbindung mit einer Energiequelle 26 gebracht, wodurch dieses sich erhitzt und die angrenzenden Bereiche der Bauteile 10 und 12 plastifiziert. In diesem Zustand wird auf die beiden Bauteile 10 und 12 ein leichter Druck ausgeübt um eine Vermengung der Schmelzen zu gewährleisten. Kann nach einer gewissen Verweildauer von einer homogenen Vermengung ausgegangen werden, wird die Wirkverbindung mit der Energiequelle 26 aufgehoben und eine Abkühlung der Verbindung eingeleitet. Die Parameter des vorgeschlagenen Verfahrens sind im wesentlichen von den Materialien und den Abmessungen der Bauteile 10, 12 abhängig und müssen dem jeweiligen Einsatzfall individuell angepaßt werden.
Als Energiequelle 26 kann eine konventionelle Spannungsquelle verwendet werden, wie es in Fig. 3 schematisch angedeutet ist. In diesem Fall wird als Element 24 eine offene Schleife verwendet, deren Enden mit den Polen der Spannungsquelle verbunden werden. Eine derartige Spannungsquelle ist relativ leicht regelbar, so daß eine einfache Anpassung des Spannungsverlaufs beispielsweise an die Abmessungen der Bauteile 10, 12 möglich ist. Thermisch bedingte Schädigungen des Materials lassen sich somit verhindern, ferner ist eine hohe Qualität der Verbindung erreichbar. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es bei der Verbindung auf eine gute Druckmitteldichtheit ankommt, wie es beispielsweise bei Vorratsbehältern der Fall ist, an denen Anbauteile wie zum Beispiel Anschlußstutzen oder dergleichen anzubringen sind.
Nach erfolgter Verbindung der Bauteile 10, 12 wird die Energiezufuhr unterbrochen und die Enden des Elements 24 in einem Nacharbeitsgang mechanisch abgetrennt.
Alternativ dazu kann jedoch auch eine geschlossene Schleife als Element 24 eingesetzt werden, wenn als Energiequelle 26 eine Einrichtung verwendet wird, die ein magnetisches Feld erzeugt. Die zunächst mechanisch zusammengefügten Bauteile 10 und 12 werden entweder in das Magnetfeld gebracht und einer Relativbewegung ausgesetzt oder das Magnetfeld selbst wird zeitlich verändert. Die Erhitzung des Elements 24 erfolgt dabei berührungslos durch magnetische Induktion. Eine mechanische Nacharbeit an der so erzeugten Baueinheit entfällt. Diese Verfahrensvariante ist besonders leicht automatisierbar und eignet sich zur Herstellung großer Stückzahlen.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird als Energiequelle 26 eine Einrichtung vorgeschlagen, die thermische Energie abgibt. Als Element 24 wird, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, eine offene Schleife aus Kupfer oder ähnlich gut leitendem Material verwendet, deren Enden die eingebrachte thermische Energie in die Trennzone 18 einleiten und die am Ende des Verfahrens mechanisch abgetrennt werden.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsvarianten denkbar, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Es ist darauf hinzuweisen, daß zur Anordnung des Elements 24 beide Bauteile 10 oder 12 gleichermaßen geeignet sind und daß eine besonders einfache Durchführung des Verfahrens erreicht wird, wenn das Element 24 an eines der Bauteile 10 oder 12 angespritzt ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verbindung von Bauteilen (10, 12) aus thermoplastischem Material, bei dem ein erstes Bauteil (10) entlang einer Trennzone (18) mit einem zweiten Bauteile (12) zusammengefügt wird und bei dem mit Hilfe externer Energie eine stoffschlüssige, druckmitteldichte Verbindung im Bereich der Trennzone (18) geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenfügen der beiden Bauteile (10, 12) ein dem Verlauf der Trennzone (18) angepaßtes Element (24) aus leitfähigem Material montiert wird und daß nach dem Zusammenfügen der Bauteile (10, 12) dieses Element (24) zur Übertragung von Energie in die Trennzone (18) mit einer externen Energiequelle (26) in Wirkverbindung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähiges Element (24) eine Schleife mit offenen Enden verwendet wird, und daß die Enden mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähiges Element (24) eine Schleife mit offenen Enden verwendet wird und daß die Enden mit einer thermischen Energie abgebenden Energiequelle (26) verbunden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Bauteilen (10, 12) die Enden des leitfähigen Elements (24) entfernt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leitfähiges Element (24) eine geschlossene Schleife verwendet wird, die berührungslos von einer externen Energiequelle (26) erhitzt wird, welche dazu ein magnetisches Feld erzeugt.
6. Vorrichtung aus wenigstens zwei Bauteilen (10, 12) aus thermoplastischem Material, die mit Hilfe externer zuführbarer Energie entlang einer Trennungszone (18) stoffschlüssig miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieübertragung in die Trennzone (18) ein im Bereich dieser Trennzone (18) angeordnetes Element (24) aus leitfähigem Material vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vorrichtung um einen Vorratsbehälter für Druckmittel handelt, an dem Anschlußstutzen zur Kontaktierung druckmittelführender Leitungen befestigt sind.
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