DE102005050571A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörpern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörpern Download PDF

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von zwei oder mehreren, in Spritzgießtechnik hergestellten Form- oder Hohlkörperelementen zu einem Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper, vorzugsweise zur Ausbildung von Bauteilen zur Luftkühlung von Bremskraftmaschinen, wobei die miteinander zu verbindenden Form- oder Hohlkörperelemente jeweils aus mindestens zwei Komponenten bestehen, wobei die miteinander zu verschweißenden Form- oder Hohlkörperelemente im Bereich der Verbindungsstellen durch Anpressen von auf die Schmelztemperatur der jeweiligen Komponente erhitzten Kontaktelementen aufgeschmolzen und im Anschluss daran unter Einwirkung eines Pressdruckes zusammengeführt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verschweißen von zwei oder mehreren, in Spritzgießtechnik hergestellten Form- oder Hohlkörperelementen zu einem Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper, vorzugsweise zur Ausbildung von Bauteilen zur Luftführung für Brennkraftmaschinen.
  • Derartige Bauteile zur Luftführung können beispielsweise Ansaugrohre, Saugrohrmodule, Verbindungsrohre zwischen Turboladern und der Brennkraftmaschine, Filterrohre oder dergleichen Elemente sein.
  • Eine in der Fachwelt gebräuchliche Verfahrensweise zur Herstellung derartiger Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper in Spritzgießtechnik ist beispielsweise aus der DE-OS 197 01 118 bekannt. Bei dieser bekannten, die Gattung der vorliegenden Erfindung bildenden Verfahrensweise werden zwei Halbschalen in Spritzgießtechnik hergestellt und über Kunststoffschweißtechnik miteinander verbunden.
  • Die Ausbildung der zu verbindenden Form- oder Hohlkörperelemente als Halbschalen eröffnet eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten, lässt sich aufgrund des Einsatzes von gleichem Material für beide Halbschalen gut verschweißen und führt zu einem sehr stabilen Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper.
  • Für bestimmte Anwendungsbereiche ist es wünschenswert, einen Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper aus Kunststoffmaterialien mit verschiedenen Eigenschaften herzustellen, d.h. die Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper unterscheiden sich z.B. im Hinblick auf ihre thermischen oder optischen Eigenschaften oder im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegenüber verschiedenen Medien.
  • Auch kann es wünschenswert sein, harte und weiche Kunststoffmaterialien, d.h. verschiedene Komponenten in einem Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper zu vereinigen. Dies kann beispielsweise bei Rohrkonstruktionen der Fall sein, bei denen – wie bei Verbindungsrohren zwischen Turboladern und Brennkraftmaschinen – ein Teil der Rohrkonstruktion fahrzeugfest und ein anderer Teil beweglich gelagert sein muss. Hierzu werden in aller Regel so genannte Balgabschnitte vorgesehen, die aus relativ weichem Kunststoffmaterial bestehen, an das sich hartes Kunststoffmaterial zu beiden Seiten anschließt. Derartige Rohrkonstruktionen werden beispielsweise zur Verringerung bzw. zur Vermeidung von Vibrations- und Schallübertragungseffekten eingesetzt.
  • Harte und weiche Kunststoffmaterialien, d.h, harte und weiche Komponenten können zu einstückigen Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörpern in so genannter Blasformtechnik geformt werden. Dieser Technik sind allerdings hinsichtlich der Formgebung Grenzen gesetzt. Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper komplexer Form mit Hinterschneidungen, Ansätzen oder seitlich auskragenden Bereichen können mit Blasformtechnik nicht oder nur mit erheblichem fertigungstechnischen und verfahrenstechnischen Aufwand hergestellt werden.
  • Außer in Blasformtechnik können harte und weiche Kunststoffmaterialien grundsätzlich auch in der eingangs genannten Spritzgießtechnik geformt werden. Dabei werden bisher die harten und die weichen Kunststoffmaterialien, d.h. die harten und die weichen Komponenten jeweils separat hergestellt und im Anschluss daran zu einem einheitlichen Gegenstand miteinander verschweißt. Bei Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörpern komplexer Form ist dieser Verschweißvorgang allerdings sehr aufwändig und erfordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Verfahrensweise zur Verfügung zu stellen, mit der hinsichtlich der Formgebung sehr komplexe Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper mittels eines einfachen Schweißprozesses ohne hohen fertigungstechnischen Aufwand miteinander verbunden werden können.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die miteinander zu verschweißenden Form- oder Hohlkörperelemente im Bereich der Verbindungsstellen durch Anpressen von auf die Schmelztemperatur der jeweiligen Komponente erhitzten Kontaktelementen aufgeschmolzen und im Anschluss daran unter Einwirkung eines Pressdruckes zusammengeführt werden.
  • Während bei bekannten Verfahren stets die Anordnung von Schweißzonen oder Schweißebenen im Übergangsbereich von einer auf die andere Komponente erforderlich sind, werden erfindungsgemäß für jeden Schweißbereich Kontaktelemente eingesetzt, die hinsichtlich ihrer Schmelztemperatur auf die jeweilige Komponente eingestellt sind und beliebig an der jeweils erforderlichen Verbindungsstelle angeordnet werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die in Mehrkomponentenspritzgießtechnik hergestellten und miteinander zu verschweißenden Form- oder Hohlkörperelemente jeweils in einer Aufnahme im Abstand zueinander gehalten, auf Schmelztemperatur gebrachte Kontaktelemente jeweils gleichzeitig in dem Bereich der Verbindungsstellen der Form- oder Hohlkörperelemente eingefahren und zur Anlage an den Verbindungsstellen gebracht werden, nach Abschluss des Aufschmelzvorganges ausgefahren und im Anschluss daran zum Zusammenfügen und zum Aufbringen des Pressdruckes die Aufnahmen zusammengefahren werden.
  • Da die Kontaktelemente entsprechend der aufzuschmelzenden Komponente unterschiedliche Temperaturen aufweisen müssen, ist es vorteilhaft, zwischen den Kontaktelementen Isolierbereiche anzuordnen. Diese Isolierbereiche können in der verschiedensten Weise gestaltet sein. So können zwischen den Kontaktelementen geeignete Isoliermittel oder Isolierstoffe angeordnet werden. Diese können gegebenenfalls in die einander zugewandten Stirnseiten der Kontaktelemente integriert werden. Bei geringeren Temperaturdifferenzen kann es bereits ausreichen, zwischen den Kontaktelementen einen Luftspalt vorzusehen.
  • Grundsätzlich können die Aufnahmen in jeder beliebigen Weise ausgestaltet sein. Wesentlich ist lediglich, dass eine sichere Halterung der Form- oder Hohlkörperelemente beim Aufschmelzvorgang und beim anschließenden Pressvorgang sichergestellt ist. Auch müssen die Halterungen derart gestaltet sein, dass sie auf einfache Weise auseinander- und zusammengefahren werden können und sichergestellt ist, dass die Kontaktelemente zur Durchführung des Aufschmelzvorganges an den jeweiligen Verbindungsstellen zur Anlage gebracht werden können.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Aufnahmen block- oder wannenartig ausgebildet und auf ihren einander zugewandten Seiten mit Ausnehmungen ausgestattet, die zumindest abschnittweise die Negativform der aufzunehmenden Form- oder Hohlkörperelemente aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung garantiert eine formschlüssige und deshalb sichere Halterung der zu verbindenden Form- oder Hohlkörperelemente.
  • Um bei einer Schrägstellung oder Überkopflage der block- oder wannenartigen Aufnahmen ein Herausfallen der aufzunehmenden Form- oder Hohlkörperelemente zu vermeiden, ist es vorteilhaft, Spann- bzw. Halteelemente vorzusehen, die für den Be- bzw. Entladevorgang ausschwenkbar sind.
  • Im Folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens am Beispiel der Herstellung eines Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörpers in Form eines aus zwei Rohrabschnittshälften bestehenden Reinluftrohres zur Luftzuführung bei Brennkraftmaschinen näher beschrieben und erläutert.
    •
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Reinluftrohres im fertigen, d.h. in einem Zustand, in dem die beiden Rohrabschnittshälften bereits miteinander verschweißt sind,
  • 2 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung, bei der die miteinander zu verschweißenden Rohrabschnittshälften des herzustellenden Reinluftrohres zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils in einer Aufnahme gehalten sind, und
  • 3 und 4 zeigen in einer etwas konkreteren Darstellung den Aufbau der beiden Aufnahmen, jeweils mit eingelegten Rohrabschnittshälften.
  • Wie bereits erwähnt, besteht das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Reinluftrohres aus einer Rohrabschnittshälfte 1 (in 1 oben liegend) und einer Rohrabschnittshälfte 2 (in 1 unten liegend), die in einer Ebene E miteinander verschweißt sind. Die Ebene E erstreckt sich über die gesamte Länge des Reinluftrohres und hat stellenweise aus konstruktiven Gründen einen unsteten Verlauf.
  • Die Rohrabschnittshälften 1 und 2 werden im bekannten Spritzgießverfahren getrennt voneinander hergestellt und bestehen jeweils aus Abschnitten aus Kunststoff mit unterschiedlicher Härte. So besteht die Rohrabschnittshälfte 1 aus einem Halbschalenabschnitt 3 aus hartem Kunststoff, einem sich daran anschließenden Halbschalenabschnitt 4 aus weichem Kunststoff (zur Bildung einer Hälfte des späteren Faltenbalges 6) sowie aus einem an diesen anschließenden Halbschalenabschnitt 5 aus hartem Kunststoff. Die Halbschalenabschnitte 3 und 5 bestehen bei dem dargestellten Rohrabschnitt aus demselben Kunststoffmaterial, so dass die Rohrabschnittshälfte 1 aus zwei Komponenten besteht.
  • Die in 1 unten liegende Rohrabschnittshälfte 2 besteht ebenfalls aus einem Halbschalenabschnitt 3 aus hartem Kunststoff, einem daran anschließenden Halbschalenabschnitt 4 aus weichem Kunststoff (zur Bildung der zweiten Hälfte des späteren Faltenbalges 6) sowie aus einem an diesen anschließenden Halbschalenabschnitt 5 aus hartem Kunststoff.
  • Aufgrund der Lage der Ebene E umfasst die in 1 unten liegende Rohrabschnittshälfte 2 im Bereich des freien Endes ihres Halbschalenabschnittes 5 einen Anschlussabschnitt 7 aus weichem Kunststoffmaterial, der eine flexible Manschette für die Ankopplung des Reinluftrohres an eine nicht dargestellte Rohrleitung bildet.
  • Die Rohrabschnittshälfte 2 besteht somit aus zwei Halbschalenabschnitten aus hartem Kunststoff, einem Halbschalenabschnitt 4 aus weichem Kunststoff sowie einem Anschlussabschnitt 7, der ebenfalls aus weichem Kunststoff geformt ist.
  • Die Vorrichtung gemäß 2 umfasst eine obere Aufnahme 8 und eine untere Aufnahme 9. Sowohl die obere Aufnahme 8 als auch die untere Aufnahme 9 sind jeweils in Führungen 10 und 11 derart gehaltert, dass sie sowohl aufeinander zu als auch auseinander bewegt werden können, wie dies in 2 schematisch angedeutet ist.
  • Die obere Aufnahme 8 ist auf ihrer Unterseite derart gestaltet, dass sie eine obere Rohrabschnittshälfte aufnehmen kann, wie dies schematisch in 2 dargestellt ist.
  • Die untere Aufnahme 9 wiederum ist auf ihrer Oberseite derart gestaltet, dass eine untere Rohrabschnittshälfte eingesetzt werden kann.
  • Bei entsprechender Ausbildung kann die obere Aufnahme 8 beispielsweise die Rohrabschnittshälfte 1 und die untere Aufnahme 9 die Rohrabschnittshälfte 2 des Reinluftrohres gemäß 1 aufnehmen. In der Vorrichtung sind die obere Aufnahme 8 und die untere Aufnahme 9 jeweils derart zueinander gehaltert und ausgerichtet, dass bei einem Zusammenfahren der oberen Aufnahme 8 mit der unteren Aufnahme 9 die beiden Rohrabschnittshälften im Bereich ihrer Verbindungsstellen in der Ebene E präzise aufeinander liegen, wie dies später im Zusammenhang mit dem Schweißvorgang noch beschrieben werden wird.
  • Wie bereits erwähnt, werden die in einem separaten Arbeitsgang hergestellten und aus Halbschalenabschnitten aus verschieden hartem Kunststoffmaterial bestehenden Rohrabschnittshälften in die obere Aufnahme 8 bzw. die untere Aufnahme 9 eingelegt und in der jeweiligen Aufnahme fixiert. In diesem Zustand sind die beiden Aufnahmen auseinandergefahren, so dass zwischen die beiden in den Aufnahmen gehaltenen Rohrabschnittshälften Schweißwerkzeuge 12 eingefahren werden können, wie dies schematisch in 2 dargestellt ist. Die Schweißwerkzeuge sind auf einer Trägerplatte 13 befestigt, die entweder in Richtung des Pfeils 14 zwischen die Rohrabschnittshälften eingefahren oder in Richtung des Pfeils 15 aus dem Bereich der Rohrabschnittshälften und damit der Aufnahmen 8 und 9 herausgefahren werden kann. Die Trägerplatte 13 ist sowohl auf ihrer der oberen Rohrabschnittshälfte als auch der unteren Rohrabschnittshälfte zugewandten Seite jeweils mit Kontaktelementen 16, 17 und 18 ausgestattet, die unterschiedlich beheizt werden können und jeweils voneinander durch Isolierschichten 19 und 20 voneinander getrennt sind. Die einander zugeordneten Kontaktelemente (beispielsweise 16a und 16b bzw. 17a und 17b bzw. 18a und 18b) weisen jeweils die gleiche oder annähernd gleiche Temperatur auf. Die Temperatur der jeweils zugeordneten Kontaktelemente (beispielsweise 16a und 16b) ist dabei derart gewählt, dass sie der Schmelztemperatur des jeweils zugeordneten Halbschalenabschnittes der oberen bzw. unteren Rohrabschnittshälfte entspricht. Besteht beispielsweise der Abschnitt 21 der oberen Rohrabschnittshälfte und der unteren Rohrabschnittshälfte aus einem harten Kunststoffmaterial, so sind die Kontaktelemente 16a und 16b auf die Schmelztemperatur dieses harten Kunststoffmaterials im Abschnitt 21 eingestellt. Dies gilt auch für den Abschnitt 22, der beispielsweise aus weichem Kunststoffmaterial bestehen kann. Die zugeordneten Kontaktelemente 17a und 17b sind in einem solchen Fall auf die Schmelztemperatur des weichen Kunststoffmaterials des Abschnittes 22 eingestellt.
  • Der daran anschließende Abschnitt 23 kann beispielsweise wiederum aus hartem Kunststoffmaterial bestehen, auf dessen Schmelztemperatur die Kontaktelemente 18a und 18b eingestellt sind.
  • Ist die Trägerplatte 13 mit den Schweißwerkzeugen 12 eingefahren und in ihrer genauen Lage gegenüber den jeweils zugeordneten Abschnitten der oberen Rohrabschnittshälfte und der unteren Rohrabschnittshälfte fixiert worden, so werden die obere Aufnahme und die untere Aufnahme so weit zusammengefahren, dass die Kontaktelemente jeweils im zugeordneten Abschnitt im Bereich der Verbindungsstellen anliegen und auf diese Weise die Verbindungsstellen auf Schmelztemperatur gebracht werden. Dieser Vorgang erfolgt gleichzeitig für alle Verbindungsstellen, da erfindungsgemäß eine durchgehend gestaltete Ebene E in dem zu bearbeitenden Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper vorgesehen ist.
  • Ist die Schmelztemperatur erreicht, werden die obere und die untere Aufnahme wieder auseinandergefahren und das Schweißwerkzeug 12 über die Trägerplatte 13 in Richtung des Pfeils 15 ausgefahren.
  • Ist dies abgeschlossen, so wird die obere Aufnahme mit der unteren Aufnahme wieder zusammengefahren, so dass die auf Schmelztemperatur gebrachten Verbindungsstellen miteinander in Kontakt geraten und der Schweißvorgang durch Aufbringen einer Presskraft vollzogen werden kann.
  • Nach einer vorgegebenen Zeit werden die beiden Aufnahmen wieder auseinandergefahren und der auf diese Weise hergestellte Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper – im vorliegenden Fall das verschweißte Reinluftrohr – aus der Vorrichtung entnommen.
  • Wie bereits erwähnt, zeigen die 3 und 4 in einer etwas konkreteren Darstellung den Aufbau der oberen Aufnahme 8 (3) und der unteren Aufnahme 9 (4) für die Rohrabschnittshälften 1 und 2 des in 1 dargestellten Reinluftrohres. Aufgrund der Form der Rohrabschnittshälften sind die Aufnahmen 8 und 9 wannenartig ausgebildet und weisen zumindest abschnittsweise die Negativform der aufzunehmenden Rohrabschnittshälften auf.
  • Wie bereits im Zusammenhang mit 2 dargestellt, müssen die Aufnahmen aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Um zu verhindern, dass bei dieser Bewegung die Rohrabschnittshälften ihre Lage in den Ausnehmungen der Aufnahmen verändern oder gar herausfallen, sind die Aufnahmen mit Spann- bzw. Halteelementen 24 ausgestattet, die für den Be- bzw. Entladevorgang, d.h. das Einlegen oder Entnehmen der Rohrabschnittshälften bzw. des fertigen Reinrohres jeweils ausschwenkbar innerhalb der Vorrichtung gelagert sind.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Verschweißen von zwei oder mehreren, in Spritzgießtechnik hergestellten Form- oder Hohlkörperelementen zu einem Kunststoffform- bzw. Kunststoffhohlkörper, vorzugsweise zur Ausbildung von Bauteilen zur Luftkühlung von Bremskraftmaschinen, wobei die miteinander zu verbindenden Form- oder Hohlkörperelemente jeweils aus mindestens zwei Komponenten bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verschweißenden Form- oder Hohlkörperelemente im Bereich der Verbindungsstellen durch Anpressen von auf die Schmelztemperatur der jeweiligen Komponente erhitzten Kontaktelementen aufgeschmolzen und im Anschluss daran unter Einwirkung eines Pressdruckes zusammengeführt werden.
  2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Mehrkomponentenspritzgießtechnik hergestellten und miteinander zu verschweißenden Form- oder Hohlkörperelemente jeweils in einer Aufnahme (8, 9) im Abstand zueinander gehalten, auf Schmelztemperatur gebrachte Kontaktelemente (16a, 16b, 17a, 17b, 18a, 18b) jeweils gleichzeitig in den Bereich der Verbindungsstellen der Form- oder Hohlkörperelemente eingefahren und zur Anlage an den Verbindungsstellen gebracht werden, nach Abschluss des Aufschmelzvorganges ausgefahren und im Anschluss daran zum Zusammenfügen und zum Aufbringen der Presskraft die Aufnahmen (8, 9) zusammengefahren werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktelementen (16a, 16b, 17a, 17b, 18a, 18b) Isolierschichten (19, 20) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (8, 9) block- oder wannenartig ausgebildet sind und auf ihren einander zugewandten Seiten Ausnehmungen aufweisen, die zumindest abschnittweise die Negativform der aufzunehmenden Form- oder Hohlkörperelemente aufweisen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (8, 9) mit Spann- bzw. Halteelementen (24) für die zu verschweißenden Form- oder Hohlkörperelemente ausgestattet sind, die für den Be- bzw. Entladevorgang ausschwenkbar sind.
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