DE102013006610A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses und Kunststoffgehäuse - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses, insbesondere eines Verdichtergehäuses, durch Verbinden mindestens zweier Kontaktflächen mindestens zweier Kunststoffbauteile beschrieben, wobei die Kontaktflächen in einem Heißgasschweißverfahren und/oder in einem elektromagnetischen Widerstandsschweißverfahren miteinander verbunden werden.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses durch Verbinden mindestens zweier Kontaktflächen mindestens zweier Kunststoffbauteile. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Kunststoffgehäuse. Das Kunststoffgehäuse ist insbesondere ein Verdichtergehäuse aus Kunststoff, insbesondere für einen Abgasturbolader eines Kraftfahrzeugs.
- Stand der Technik
- Aus der
DE 103 14 209 B3 ist ein Radialverdichter bekannt, der Bestandteil eines Abgasturboladers ist und aus zwei schalenförmigen, aus Duroplast bestehenden Gehäuseteilen zusammengesetzt ist. Die Gehäuseteile sind zusammengeklebt, was einen verhältnismäßig hohen Fertigungsaufwand erfordert. - Darüber hinaus ist es bekannt, Kunststoffbauteile durch Ultraschallschweißen miteinander zu verbinden. Hierbei wird eine Sonotrode an die Schweißzone herangeführt, in der die Verschweißung der Bauteile stattfinden soll. Wenn mehrere Schweißverbindungen erforderlich sind, beispielsweise falls mehr als zwei Einzelteile miteinander zu verbinden sind, werden die Schweißverbindungen nacheinander ausgeführt. Problematisch ist allerdings, dass die beim Ultraschallschweißen entstehenden Schwingungen zu einer Schädigung in den bereits bestehenden Schweißverbindungen führen können. Weiterhin können Inhomogenitäten im Werkstoff oder Wandstärkensprünge zu Rissbildung führen. Um dies zu vermeiden, wäre ein Verbinden der Bauteile in einem Prozessschritt erforderlich. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Schweißgeometrie einfach ist und in einer Ebene liegt. Die Sonotrodengröße limitiert hierbei den Schweißumfang.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffgehäuse und ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses anzugeben, welches eine stabile Verbindung mindestens zweier Kunststoffbauteile beliebiger Formgebung und Größe ermöglicht.
- Offenbarung der Erfindung
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses durch Verbinden mindestens zweier Kontaktflächen mindestens zweier Kunststoffbauteile werden die Kontaktflächen in einem Heißgasschweißverfahren und/oder in einem elektromagnetischen Widerstandsschweißverfahren miteinander verbunden.
- In einer ersten Ausgestaltung wird entlang mindestens einer zweidimensionalen Kontur geschweißt. Die Kontaktflächen, welche über die Schweißung miteinander verbunden werden, liegen hierbei zumindest annäherungsweise in einer gemeinsamen Ebene bzw. grenzen an eine gemeinsame Ebene an. In einer weiteren Ausgestaltung wird zusätzlich oder alternativ entlang mindestens einer dreidimensionalen Kontur geschweißt. Die Kontaktflächen können in unterschiedlichen Ebenen liegen und hierbei eine beliebige Kontur besitzen. Auch gekrümmte Kontaktflächen sind möglich.
- Vorteilhaft werden mindestens zwei Schweißverbindungen in einem Arbeitsgang ausgeführt. Durch Heißgasschweißen oder Widerstandsschweißen ist ein Verbinden mindestens zweier Kunststoffbauteile an mindestens zwei unterschiedlichen Stellen in einem Arbeitsgang ermöglicht. Verschiedene Fügezonen, welche auch in unterschiedlichen Ebenen liegen können, sind gleichzeitig schweißbar. Beispielsweise sind auch drei oder mehr Kunststoffbauteile im selben Arbeitsgang miteinander verbindbar.
- Gemäß einer Ausführungsform wird zum elektromagnetischen Widerstandsschweißen mindestens ein metallisches Heizelement auf mindestens eine Kontaktfläche aufgebracht oder in mindestens eine Kontaktfläche eingebracht, beispielsweise eingespritzt. Das metallische Heizelement wird während der Durchführung des Widerstandsschweißverfahrens kontaktlos elektromagnetisch erhitzt, so dass bei gleichzeitigem oder unmittelbar darauf folgendem Anpressen der Kontaktfläche eines zweiten Kunststoffbauteils die beiden Kontaktflächen miteinander verschmelzen.
- In einer Ausgestaltung wird das Heißgasschweißverfahren mit Stickstoff durchgeführt. Durch die Verwendung von Stickstoff als Inertgas wird eine Oxidation des geschmolzenen Kunststoffs verhindert oder zumindest minimiert.
- Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass lose Schweißpartikel vermieden werden und somit eine Verschmutzung der Funktionsflächen verhindert wird. Hierdurch ist ein Kunststoffgehäuse mit einer hohen Sauberkeit herstellbar. Die mechanische Belastung der Kunststoffbauteile während des Verbindungsvorgangs ist gering, so dass sich das Verfahren auch zur Verbindung von Bauteilen aus spröden oder hochgefüllten Kunststoffen eignet. Weiterhin können mechanisch empfindliche Bauteile, beispielsweise Sensoren, vor dem Fügevorgang montiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind weiterhin Kunststoffgehäuse mit komplexer Geometrie herstellbar, da ein Schweißen entlang zweidimensionaler und/oder dreidimensionaler Konturen möglich ist.
- Die Erfindung wird weiterhin bezüglich eines Kunststoffgehäuses dadurch gelöst, dass das Kunststoffgehäuse im vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. In einer Ausführungsform ist das Kunststoffgehäuse als Verdichtergehäuse für einen Turbolader ausgeführt. Ein Verdichtergehäuse hat hohe Kräfte aufzunehmen. Durch die Herstellung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist das Verdichtergehäuse eine hohe Stabilität auf, so dass diese Anforderungen erfüllt sind. Vorteilhaft ist mindestens eine Verstärkungsrippe an dem Kunststoffgehäuse angeformt, welche sich über zwei gefügte Kunststoffbauteile des Gehäuses erstreckt. Die Kontaktflächen zwischen den einzelnen Abschnitten der Verstärkungsrippe sind vorzugsweise mittels Heißgasschweißen miteinander verbunden, so dass eine stabile durchgängige Verstärkungsrippe ausgebildet ist. Die Verstärkungsrippe kann jedoch auch mittels elektromagnetischem Widerstandsschweißen gefügt sein. Durch eine oder vorzugsweise mehrere Verstärkungsrippen weist das Verdichtergehäuse eine erhöhte Steifigkeit auf, was sich positiv auf die Kraftaufnahme durch das Verdichtergehäuse auswirkt. Durch den Einsatz von Heißgasschweißen oder Widerstandsschweißen sind die einzelnen Bestandteile des Kunststoffgehäuses trotz der durch die Verstärkungsrippen gebildeten Inhomogenitäten in der Wandstärke der Kunststoffbauteile auf einfache Weise zuverlässig miteinander verbindbar.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses und das in dem entsprechenden Verfahren hergestellte Kunststoffgehäuse an Hand der nachfolgenden Figur gemeinsam erläutert.
-
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Verdichtergehäuse eines Abgasturboladers. - Ausführungsform der Erfindung
- In
1 ist ein Verdichtergehäuse für einen Radialverdichter eines Abgasturboladers dargestellt. Das Gehäuse1 ist aus drei Kunststoffbauteilen2 ,3 ,4 zusammengesetzt. Bei den Kunststoffbauteilen2 ,3 ,4 handelt es sich beispielsweise um Spritzgussteile. Die Kunststoffbauteile2 ,3 ,4 bestehen zumindest anteilig aus einem thermoplastischen Werkstoff. - Das Kunststoffbauteil
2 bildet eine Verdichterrückwand, das Kunststoffbauteil3 ein Verdichterfrontteil und das Kunststoffbauteil4 eine Laufschale mit einem Verdichterradaufnahmeraum5 zur Aufnahme eines Verdichterrades. Dem Verdichterrad wird über einen Ansaugstutzen6 , der im Verdichterfrontteil gebildet ist, zu verdichtendes Gas axial zugeführt. Nach der Verdichtung wird das Gas radial über einen Diffusor7 in einen spiralförmigen Verdichterkanal8 geleitet, der von dem Verdichterfrontteil3 und der Verdichterrückwand2 begrenzt ist und in einen Auslassstutzen mündet, über den die komprimierte Verbrennungsluft schließlich den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. - Das Kunststoffbauteil
3 ist mit dem Kunststoffbauteil2 über eine erste umlaufende Schweißung verbunden, wobei die Verschweißung über je eine Kontaktfläche der beiden Kunststoffbauteile2 ,3 erfolgt. Weiterhin ist das Kunststoffbauteil3 mit dem Kunststoffbauteil4 über eine zweite umlaufende Schweißung verbunden. Die Schweißzonen sind in der Figur durch Kreise angedeutet, wobei sich durch die Schnittdarstellung4 Schweißzonen ergeben. Die Schweißzonen9 und12 sind der ersten Schweißung zugeordnet, die Schweißzonen10 und11 der zweiten Schweißung. Die Kontaktflächen sind im dargestellten Beispiel ringförmig und liegen in derselben Ebene oder grenzen zumindest näherungsweise an eine gemeinsame Ebene an. - Die Verbindung der Kunststoffbauteile
2 ,3 ,4 zur Ausbildung des Gehäuses1 erfolgt in einem Heißgasschweißverfahren oder in einem elektromagnetischen Widerstandsschweißverfahren. Die Schweißungen in den Schweißzonen9 ,10 ,11 ,12 können gleichzeitig mittels Heißgasschweißen vorgenommen werden. Es ist auch denkbar, Heißgasschweißen für eine erste Fügezone und Widerstandsschweißen für eine zweite Fügezone einzusetzen. Beim Heißgasschweißverfahren werden die Kunststoffbauteile2 ,3 ,4 kontaktlos durch heißes Gas plastifiziert und unter Druck gefügt. Eine Oxidation der Schmelze während des Plastifizierens ist beispielsweise durch den Einsatz von Stickstoff als Inertgas nahezu vollständig vermeidbar. Zum elektromagnetischen Widerstandsschweißen wird ein metallisches Heizelement auf mindestens eine der Kontaktflächen aufgelegt, in eine Nut eingelegt, oder in das Bauteil eingebracht. Bei dem Heizelement handelt es sich um ein passives Heizelement, welches mittels elektromagnetischer Energie kontaktlos erwärmt wird. Das Heizelement ist beispielsweise als Draht oder Stanzteil ausgeführt. Die Kontur des Heizelements ist an die Kontur der Kontaktfläche angepasst. Im dargestellten Fall von ringförmigen Kontaktflächen besitzt das Heizelement ebenfalls Ringform. - Die Kunststoffbauteile
2 ,3 ,4 können eine gleichbleibende Wanddicke oder Abschnitte mit verschiedenen Wanddicke aufweisen. Dies ist ein Vorteil gegenüber einer Verbindung mittels Ultraschallschweißen, wo Querschnittsprünge zu vermeiden sind um Rissbildung zu verhindern. Beispielsweise können an einem oder mehreren der Kunststoffbauteile2 ,3 ,4 eine oder mehrere Verstärkungsrippen angeformt sein. Die Verstärkungsrippen können sich auch über mehrere Kunststoffbauteile2 ,3 ,4 erstrecken, wobei deren Kontaktflächen wie die übrigen Kontaktflächen verschweißt sind. - In einer nicht dargestellten Variante ist die Schweißnahtgeometrie zumindest teilweise dreidimensional. Die Kontaktflächen zweier Kunststoffbauteile liegen dann zumindest abschnittweise nicht in derselben Ebene. Hierbei können die Kontaktflächen auch gekrümmt sein. Das Schweißen entlang dreidimensionaler Konturen ist in einem Heißgasschweißverfahren oder elektromagnetischen Widerstandsschweißverfahren problemlos möglich.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10314209 B3 [0002]
Claims (9)
- Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses (
1 ), insbesondere eines Verdichtergehäuses, durch Verbinden mindestens zweier Kontaktflächen mindestens zweier Kunststoffbauteile (2 ,3 ,4 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen in einem Heißgasschweißverfahren und/oder in einem elektromagnetischen Widerstandsschweißverfahren miteinander verbunden werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang mindestens einer zweidimensionalen Kontur geschweißt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang mindestens einer dreidimensionalen Kontur geschweißt wird.
- Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schweißverbindungen in einem Arbeitsgang ausgeführt werden.
- Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum elektromagnetischen Widerstandsschweißen mindestens ein metallisches Heizelement auf mindestens eine Kontaktfläche aufgebracht oder in mindestens eine Kontaktfläche eingebracht wird.
- Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißgasschweißverfahren mit Stickstoff durchgeführt wird.
- Kunststoffgehäuse (
1 ), hergestellt in einem Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche. - Kunststoffgehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (
1 ) als Verdichtergehäuse für einen Turbolader ausgeführt ist. - Kunststoffgehäuse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (
1 ) über mindestens eine Verstärkungsrippe verfügt, welche sich über mindestens eine Fügezone zwischen den mindestens zwei Kunststoffbauteilen (2 ,3 ,4 ) hinweg erstreckt.
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